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Aufbau eines Funktionsmusters zur Durchflussmessung unter Verwendung eines piezoelektrischen Mehrschicht-Aktors

Bogdahn, Markus :
Aufbau eines Funktionsmusters zur Durchflussmessung unter Verwendung eines piezoelektrischen Mehrschicht-Aktors.
Technische Universität Darmstadt
[Haus-, Projekt- oder Studienarbeit], (2006)

Kurzbeschreibung (Abstract)

Zusammenfassung:

Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Aufbau eines Durchflusssensors unter Verwendung eines piezoelektrischen Biegeaktors. Unter Ausnutzung des reziproken piezoelektrischen Effektes lässt sich der Biegeaktor auch als Sensorelement verwenden. Dabei wird der Biegeaktor direkt in das strömende Fluid eingebracht. Die Durchflussmessung erfolgt zum einen über die Erfassung der statischen Aktorauslenkung, hervorgerufen durch den Staudruck, als auch über die Wirbel-Frequenz. Für eine kontrollierte Wirbelbildung ist ein Störkörper in der Strömung notwendig. Als Fluid kommt zunächst deionisiertes Wasser bei Raumtemperatur zum Einsatz. Der Innendurchmesser der Messstrecke soll 13 mm betragen und die zu messenden Durchflüsse liegen zwischen 100 l/h und 1000 l/h.

Für den Betrieb eines piezoelektrischen Biegeaktors in Wasser ist eine Schutzschicht erforderlich. Eindringendes Wasser führt ansonsten zu einer Zerstörung des Biegeaktors. Um das Auflösungsvermögen des Sensors so groß wie möglich zu halten, muss der Einfluss der Beschichtung auf das Biegeverhalten so gering wie möglich ausfallen. Weiterhin darf die Prozesstemeratur während des Beschichtungsvorganges die Curie-Temperatur der Piezokeramik nicht überschreiten, da sonst der piezoelektrische Effekt verloren geht. Die Curie-Temperatur gängiger Piezokeramiken liegen zwischen 180°C und 300°C. Als mögliche Beschichtungen werden Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Nickel, Polytetrafluorethylen, eine Chrom-Titan-Legierung und ein Hybridpolymer untersucht. In einer Versuchsreihe werden diese Beschichtungen auf Biegeaktoren appliziert und getestet.

Nach den bislang vorliegenden Ergebnissen eignet sich Polytetrafluorethylen (Teflon) und ein organisch-anorganisches Hybridpolymer (Ormocer) für die Beschichtung der Aktoren.

Für die Durchflussmessung nach dem Vortex-Prinzip ist ein. Anordnung notwendig, mit der sich die Wirbel, die an einer Störkörperkante abreißen, über den Biegeaktors erfasst werden können. Es lassen sich hier drei grundlegende Konzepte unterscheiden. Der vorgestellte Versuchsaufbau ermöglicht den Test der Anordnungen bei einem Innendurchmesser von d=34 mm. Durch einen entsprechend höheren Durchfluss können trotz der größeren Abmessungen die gleichen dynamischen Bedingungen über einen gleichen Reynoldszahlenbereich eingestellt werden, wie im ursprünglichen System gefordert. Ein Ladungsverstärker generiert ein verwertbares Ausgangssignal des Aktors. Der Aktor wird in der Ausschlagsmethode betrieben Messungen zeigen eine dem Durchfluss proportionale Wirbelfrequenz. Bei der Erfassung der statischen Auslenkung des Aktors kommt es zu Driftbewegungen, die sich derzeit noch nicht näher beschreiben lassen. Dabei steigt die Ausgangsspannug am Ausgang des Ladungsverstärkers stetig an.

Typ des Eintrags: Haus-, Projekt- oder Studienarbeit
Erschienen: 2006
Autor(en): Bogdahn, Markus
Titel: Aufbau eines Funktionsmusters zur Durchflussmessung unter Verwendung eines piezoelektrischen Mehrschicht-Aktors
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Zusammenfassung:

Diese Arbeit beschäftigt sich mit dem Aufbau eines Durchflusssensors unter Verwendung eines piezoelektrischen Biegeaktors. Unter Ausnutzung des reziproken piezoelektrischen Effektes lässt sich der Biegeaktor auch als Sensorelement verwenden. Dabei wird der Biegeaktor direkt in das strömende Fluid eingebracht. Die Durchflussmessung erfolgt zum einen über die Erfassung der statischen Aktorauslenkung, hervorgerufen durch den Staudruck, als auch über die Wirbel-Frequenz. Für eine kontrollierte Wirbelbildung ist ein Störkörper in der Strömung notwendig. Als Fluid kommt zunächst deionisiertes Wasser bei Raumtemperatur zum Einsatz. Der Innendurchmesser der Messstrecke soll 13 mm betragen und die zu messenden Durchflüsse liegen zwischen 100 l/h und 1000 l/h.

Für den Betrieb eines piezoelektrischen Biegeaktors in Wasser ist eine Schutzschicht erforderlich. Eindringendes Wasser führt ansonsten zu einer Zerstörung des Biegeaktors. Um das Auflösungsvermögen des Sensors so groß wie möglich zu halten, muss der Einfluss der Beschichtung auf das Biegeverhalten so gering wie möglich ausfallen. Weiterhin darf die Prozesstemeratur während des Beschichtungsvorganges die Curie-Temperatur der Piezokeramik nicht überschreiten, da sonst der piezoelektrische Effekt verloren geht. Die Curie-Temperatur gängiger Piezokeramiken liegen zwischen 180°C und 300°C. Als mögliche Beschichtungen werden Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Nickel, Polytetrafluorethylen, eine Chrom-Titan-Legierung und ein Hybridpolymer untersucht. In einer Versuchsreihe werden diese Beschichtungen auf Biegeaktoren appliziert und getestet.

Nach den bislang vorliegenden Ergebnissen eignet sich Polytetrafluorethylen (Teflon) und ein organisch-anorganisches Hybridpolymer (Ormocer) für die Beschichtung der Aktoren.

Für die Durchflussmessung nach dem Vortex-Prinzip ist ein. Anordnung notwendig, mit der sich die Wirbel, die an einer Störkörperkante abreißen, über den Biegeaktors erfasst werden können. Es lassen sich hier drei grundlegende Konzepte unterscheiden. Der vorgestellte Versuchsaufbau ermöglicht den Test der Anordnungen bei einem Innendurchmesser von d=34 mm. Durch einen entsprechend höheren Durchfluss können trotz der größeren Abmessungen die gleichen dynamischen Bedingungen über einen gleichen Reynoldszahlenbereich eingestellt werden, wie im ursprünglichen System gefordert. Ein Ladungsverstärker generiert ein verwertbares Ausgangssignal des Aktors. Der Aktor wird in der Ausschlagsmethode betrieben Messungen zeigen eine dem Durchfluss proportionale Wirbelfrequenz. Bei der Erfassung der statischen Auslenkung des Aktors kommt es zu Driftbewegungen, die sich derzeit noch nicht näher beschreiben lassen. Dabei steigt die Ausgangsspannug am Ausgang des Ladungsverstärkers stetig an.

Freie Schlagworte: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Beschichten galvanisch, Beschichten Kunststoff, Biegewandler piezoelektrisch, Durchflussmessung Vortexprinzip, Störkörperanordnung
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik > Institut für Elektromechanische Konstruktionen > Mess- und Sensortechnik
Hinterlegungsdatum: 31 Aug 2011 10:15
Zusätzliche Informationen:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKS 1599

Art der Arbeit: Studienarbeit

Beginn Datum: 14-11-2005

Ende Datum: 21-03-2006

Querverweis: keiner

Studiengang: Elektrotechnik und Informationstechnik (ETiT)

Vertiefungsrichtung: Mikro- und Feinwerktechnik (MFT)

Abschluss: Diplom (MFT)

ID-Nummer: 17/24 EMKS 1599
Gutachter / Prüfer: Nuber, Dipl.-Wirt Michael ; Werthschützky, Prof. Dr.- Roland
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