Seminararbeit

Abb. Deckblatt „aus der Geschichte der mechanischen Prinzipien“, hier nach Galilei; aus „Handbuch der Sensortechnik“, Hersg.

Dietrich Juckenack,1989.

Inhalt

  Einleitung  

  Warum Sensoren?  

  Was ist ein Sensor?  

  Dehnmeßstreifen(DMS) Druckkraftsensoren  

  Kraft und Druck  

  Die Wirkung von Kraft  

  Woraus besteht ein Druckkraftsensor?  

  Federkörper  

  Dehnmeßsteifen(DMS)  

  Wheatstone'sche Meßbrücke  

  Abgleich, Kompensation und Standardisierung  

  Nullpunktsabgleich  

  Temperaturkompensation des Nullpunktes  

  Temperaturkompensation des Kennwertes  

  Standardisierung  

  Zusamenfassung  

  Literaturliste  

Einleitung

Warum Sensoren?

Sensoren sind heute ein fester Bestandteil aller technischen Produktionsprozesse und begegnen uns oft auch im täglichen Leben, wo wir sie meistens nicht wahrnehmen. In den letzten Jahrzehnten sind die Anforderungen an Qualität und Wirtschaftlichkeit von Industrieprodukten stark angestiegen. Der Mensch alleine konnte diese Anforderungen nicht mehr erfüllen, so dass automatische Überwachungen von Produktionsdaten erforderlich wurden. Sensoren bieten hier eine kostengünstige und meistens verlässliche Alternative, wenn es um die Kontrolle hoher Stückzahlen, Präzisionsmessungen und Messungen in für den Menschen gesundheitsgefährdender Umgebung geht. Ebenso übernehmen sie Messungen in alltäglichen Gebrauchsgegenständen, welche durch die Verbraucher nicht erfolgen können und wo sie für die Funktion dieser Gebrauchsgegenstände unverzichtbar sind. Man denke nur einmal an moderne Autos, bei denen z.Bsp. die Nockenwelle, die Einspritzung, der Airbag usw. über Sensoren gesteuert werden.

Was ist ein Sensor?

Ältere Bezeichnungen für Sensoren sind u.a. Meßwertaufnehmer, Fühler, Geber usw. Ein Sensor misst physikalische, chemische oder biologische Größen und formt diese in elektrische Signale um, die dann weiterverarbeitet werden können. Es ist somit nicht ganz richtig, von einem Sensor zu sprechen und nur das messende Element zu meinen. Ein Sensor ist heute ein System aus einem Meßwertaufnehmer, der aus einer Meßgröße ein elektrisches Signal erzeugt und an eine dazu gehörende (meistens) analoge Signalaufbereitung weiterleitet. Das aufgearbeitete Signal wird dann oftmals digitalisiert und zur Regelung weiterverwendet.

Dehnmeßstreifen(DMS)-Druckkraftsensoren

Wie funktioniert ein Kraftsensor?

1.Kraft und Druck

Kraft und Druck sind verschiedene Größen. Druck ist eine ungerichtete (skalare) Größe, die mit Hilfe von Medien übertragen wird. Kraft dagegen ist eine gerichtete (vektorielle) Größe, welche meistens mechanisch übertragen wird.

Kraft ist definiert als das Produkt der Masse m eine Körpers und der Beschleunigung a, welche der Körper erfährt:

F=m*a

Die Einheit der Kraft ist das Newton N. Ein Newton ist die Kraft, die einen Körper der Masse 1 kg um 1 m/s² beschleunigt.

Druck ist definiert als Kraft F pro Fläche:

p=F/A

Die Einheit des Drucks ist N/m². Dies ergibt allerdings oft unhandlich große Zahlen, deshalb wird meistens in „bar“ gerechnet: 1 bar=100000N/m².

Der Vektor Kraft greift in der Theorie nur an einem bestimmten Punkt an. Für die Kraftmessung aber ist es erforderlich, diesen Vektor in eine skalare Größe zu überführen, weil man keine punktförmigen Übertragungen realisieren kann.

Das Prinzip der Druck-und Kraftmessung ist somit gleich, es beruht in beiden Fällen auf den Verformungen, die diese Größen in einem Körper hervorrufen.