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Untersuchung von Silikonmembranen bezüglich ihrer Eignung als Drucksensormembran

Adolf, Jan-Eric (2016):
Untersuchung von Silikonmembranen bezüglich ihrer Eignung als Drucksensormembran.
Institut EMK / FG M+EMS, [Bachelor Thesis]

Abstract

Kapazitive Drucksensoren detektieren Druckänderungen mit Hilfe einer Membran, die sich unter Belastung verformt. Das Problem beim Einsatz konventioneller Membranen besteht darin, dass diese bei Drucküberlastung zerstört werden. Im Rahmen dieser Arbeit wird das elektrische und mechanische Langzeitverhalten der Wacker Silikone P7670 und Film 2030 untersucht. Silikone können sich um bis zu 450% dehnen bevor sie versagen. Damit stellen sie eine Alternative zu herkömmlichen Metall- oder Keramikmembranen dar. Die Silikone sollen als Membran für kapazitive Niederdrucksensoren in der Klimatechnik eingesetzt werden. Dabei müssen Drücke bis 1 mbar (100 Pa) detektiert werden. Deshalb werden die Eigenschaften Elastizität, Rückstellverhalten, Formstabilität sowie Temperaturausdehnung und Permittivität unter Einfluss von Temperatur- und Luftfeuchtigkeitswechseln analysiert. Es werden Materialmodelle eingeführt, mit denen das Verhalten der Silikone näherungsweise beschrieben werden kann. Da Silikone viskoelastisches Verhalten aufweisen, wird zunächst definiert, wo die Gültigkeitsbereiche der einzelnen Modelle liegen. Dadurch lassen sich molekulare Ausgleichsvorgänge wie Kriechen und Relaxation innerhalb der Silikone beschreiben. Im Anschluss an die Modellbildung werden Aussagen über das theoretische Verhalten der Silikone unter wechselnden klimatischen Bedingungen abgeleitet, die dann im Rahmen von Messreihen in der Klimakammer Heraeus Vötsch HC4005 validiert werden. Es wird ein Versuchsplan aufgestellt, um die Eigenschaften der Silikone zu überprüfen. Dabei werden die auf die Silikone wirkenden Einflüsse, so anwendungsnah wie möglich gestaltet. Die Elastizität der Silikone wird durch einen Druckversuche ausgewertet, damit die Belastung des Silikons dem Sensorbetrieb entspricht. Die Abbildung zeigt das Versuchsergebnis zum Einfluss der Umgebungstemperatur auf die relative Permittivität beider Silikone. Zur Bestimmung der Permittivität werden die Silikone als Dielektrikum eines Plattenkondensators eingesetzt. Es zeigt sich, dass die Permittivität von P7670 stärker von der Umgebungstemperatur beeinflusst wird. Der Permittivitätsverlauf schwankt über einen größeren Wertebereich. Abschließend wird ein Vergleich des tatsächlichen Verhaltens der Silikone mit dem theoretisch erwarteten Verhalten durchgeführt. Bezüglich der mechanischen Eigenschaften hat P7670 Vorteile gegenüber dem Film 2030. Bei der Untersuchung der elektrischen Eigenschaften verhält sich allerdings der Film 2030 stabiler gegen Klimaeinflüsse. Deshalb können beide Silikone nur eingeschränkt für den Einsatz als Sensormembran in der Klimatechnik empfohlen werden. Es bedarf einer Lösung, welche die Vorteile beider Silikone vereint.

Item Type: Bachelor Thesis
Erschienen: 2016
Creators: Adolf, Jan-Eric
Title: Untersuchung von Silikonmembranen bezüglich ihrer Eignung als Drucksensormembran
Language: German
Abstract:

Kapazitive Drucksensoren detektieren Druckänderungen mit Hilfe einer Membran, die sich unter Belastung verformt. Das Problem beim Einsatz konventioneller Membranen besteht darin, dass diese bei Drucküberlastung zerstört werden. Im Rahmen dieser Arbeit wird das elektrische und mechanische Langzeitverhalten der Wacker Silikone P7670 und Film 2030 untersucht. Silikone können sich um bis zu 450% dehnen bevor sie versagen. Damit stellen sie eine Alternative zu herkömmlichen Metall- oder Keramikmembranen dar. Die Silikone sollen als Membran für kapazitive Niederdrucksensoren in der Klimatechnik eingesetzt werden. Dabei müssen Drücke bis 1 mbar (100 Pa) detektiert werden. Deshalb werden die Eigenschaften Elastizität, Rückstellverhalten, Formstabilität sowie Temperaturausdehnung und Permittivität unter Einfluss von Temperatur- und Luftfeuchtigkeitswechseln analysiert. Es werden Materialmodelle eingeführt, mit denen das Verhalten der Silikone näherungsweise beschrieben werden kann. Da Silikone viskoelastisches Verhalten aufweisen, wird zunächst definiert, wo die Gültigkeitsbereiche der einzelnen Modelle liegen. Dadurch lassen sich molekulare Ausgleichsvorgänge wie Kriechen und Relaxation innerhalb der Silikone beschreiben. Im Anschluss an die Modellbildung werden Aussagen über das theoretische Verhalten der Silikone unter wechselnden klimatischen Bedingungen abgeleitet, die dann im Rahmen von Messreihen in der Klimakammer Heraeus Vötsch HC4005 validiert werden. Es wird ein Versuchsplan aufgestellt, um die Eigenschaften der Silikone zu überprüfen. Dabei werden die auf die Silikone wirkenden Einflüsse, so anwendungsnah wie möglich gestaltet. Die Elastizität der Silikone wird durch einen Druckversuche ausgewertet, damit die Belastung des Silikons dem Sensorbetrieb entspricht. Die Abbildung zeigt das Versuchsergebnis zum Einfluss der Umgebungstemperatur auf die relative Permittivität beider Silikone. Zur Bestimmung der Permittivität werden die Silikone als Dielektrikum eines Plattenkondensators eingesetzt. Es zeigt sich, dass die Permittivität von P7670 stärker von der Umgebungstemperatur beeinflusst wird. Der Permittivitätsverlauf schwankt über einen größeren Wertebereich. Abschließend wird ein Vergleich des tatsächlichen Verhaltens der Silikone mit dem theoretisch erwarteten Verhalten durchgeführt. Bezüglich der mechanischen Eigenschaften hat P7670 Vorteile gegenüber dem Film 2030. Bei der Untersuchung der elektrischen Eigenschaften verhält sich allerdings der Film 2030 stabiler gegen Klimaeinflüsse. Deshalb können beide Silikone nur eingeschränkt für den Einsatz als Sensormembran in der Klimatechnik empfohlen werden. Es bedarf einer Lösung, welche die Vorteile beider Silikone vereint.

Uncontrolled Keywords: Mikro- und Feinwerktechnik Elektromechanische Konstruktionen Elektroaktive Polymere EAP Drucksensor kapazitiv Temperaturverhalten Silikonmembran
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design > Microtechnology and Electromechanical Systems
Date Deposited: 29 Aug 2017 12:25
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv Institut EMK. Anfrage über Sekretariate

Bibliotheks-Siegel: 17/24 EMKB 1935

Art der Arbeit: Bachelorarbeit

Beginn Datum: 01-12-2015

Ende Datum: 31-03-2016

Identification Number: 17/24 EMKB 1935
Referees: Schlaak, Prof. Dr. Helmut F.
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