In der vorliegenden Arbeit wird ein Konzept für den Aufbau eines Feuchtemessplatzes für Packagingmaterialien entwickelt. Dieser soll ermöglichen, das statische sowie dynamische Übertragungsverhalten eines piezoresistiven Sensors zu erfassen, um die Einflüsse von Temperatur und Feuchtigkeit auf den Sensor zu untersuchen. Diese Größen bewirken eine Deformierung des Packagingmaterials, welche zum störbehafteten Verhalten des Sensors führt. Der Messplatz soll über eine gegen Temperatur und Feuchte neutrale Halterung für den Sensor verfügen, um die Messungen nicht zu beeinträchtigen. Desweiteren soll eine Signalquelle zur Anregung des Prüflings vorhanden sein. Weitere Messgrößen sind Temperatur und relative Feuchtigkeit an der Halterung. Der gesamte Messablauf soll über eine automatisierte Steuerung durchgeführt werden. Eingesetzt wird der Feuchtemessplatz im Klimaschrank HC4005 des Herstellers Heraeus Vötsch, dieser wird über die serielle Schnittstelle gesteuert. Die Ist-Werte des Klimas werden über die Referenzsensoren des Klimaschrankes gemessen und über die serielle Schnittstelle an die Steuerung weitergeleitet. Die Messgrößen des zu entwickelnden Feuchtemessplatzes sind somit das Ausgangssignal des Prüflings für einen Nennbereich von 160mV und Temperatur und Feuchtigkeit an der Halterung, Messwerte zu diesen Größen über Referenzsensoren des Klimaschrankes HC4005 müssen ebenso erfasst werden. Der Messbereich von Temperatur und Feuchtigkeit beträgt jeweils 10 ◦ C bis 90 ◦ C und 10% bis 98%. Als Prüfling liegt ein piezoresistiver Sensor vor, welcher zur Erzeugung des Ausgangssignals über eine automatisch steuerbare Signalquelle mit einem Arbiträrsignal gespeist wird. Zu jeder Messgröße muss eine Messunsicherheit von kleiner als 2% bestehen. Um eine Vergleichbarkeit der unterschiedlichen Lösungen zu gewährleisten wird eine Messunsicherheitsberechnung nach der Norm „Guide to the Uncertainty in Measurement“ durchgeführt. Dabei wird die erweiterte Unsicherheit mit einem Erweiterungsfaktor k = 3 zu jeder Komponente berechnet. Die Recherche zum aktuellen Stand der Technik umfasst erhältliche Klimaschränke aus der Industrie, sowie wissenschaftliche Arbeiten, welche sich mit dem Aufbau eines Messplatzes für einen piezoresistiven Sensor beschäftigen. Es ergibt sich, dass im aktuellen Stand kein Messaufbau zur Analyse des elektrischen und thermischen Verhaltens eines piezoresistiven Sensors verfügbar ist. Für die Entwicklung eines Konzeptes werden analoge, sowie digitale Prinzipien zur Messung von Temperatur und Feuchtigkeit untersucht, ausgewählt wird der digitale Sensor SHT25. Die Messunsicherheit dieses Sensors beträgt je 0,87K und 5,46%. Somit wird die Anforderung zur Feuchtemessung nicht erfüllt. Die Generierung des Arbiträrsignals zur Speisung des Prüflings wird durch den D/A-Wandler AD5755 umgesetzt. Dieser weist eine Unsicherheit von ± 43,29mV bezüglich des Ausgangssignals auf. Zur Messung des erzeugten elektrischen Ausgangssignals des Prüflings und zur digitalen Datenverarbeitung werden unterschiedliche Prinzipen für eine analog-digital-Wandlung untersucht. Diese umfassen IC-Bausteine sowie Messelektroniken unterschiedlicher Kategorien wie Multifunktionskarte oder Oszilloskope. Ausgewählt wird das Oszilloskop Xi-44A von LeCroy mit einer Messunsicherheit von ± 2,76mV . Zu dieser Lösung wird ein Instrumentationsverstärker zur Bildung eines massebezogenen Signals benötigt. Anhand der Modellgleichung, die aus den ausgewählten Komponenten gebildet wird, lässt sich die Messunsicherheit der vollständigen Messkette berechnen. Diese ergibt sich in Bezug auf den verstärkten Messbereich zu 2,395% und überschreitet die Anforderung an die Messunsicherheit. Dieses Ergebnis wird mit der komponentenweise berechneten Messunsicherheit gegenübergestellt, dabei wird untersucht welcher Einfluss in der Messunsicherheit dominiert.

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv Institut EMK. Anfrage über Sekretariate

Bibliotheks-Siegel: 17/24 EMKB 1836

Art der Arbeit: Bachelorarbeit

Beginn Datum: 29-08-13

Ende Datum: 28-01-14