Inhalte AKTORIK 1 Piezoelektrische Aktoren 2 Hydraulik 3

Inhalte AKTORIK 1. Piezoelektrische Aktoren 2. Hydraulik; 3. 4. Grundlagen, Komponenten, Proportional Hydraulik mit Praktikumsversuch am Hydrauliklehrstand 3. Pneumatik SENSOREN 1. Einleitung und Charakterisierung von Sensoren 2. Temperatursensoren 3. Feuchtesensoren 4. Kraft-, Gewichts- und Drehmomentsensoren 5. Druck-, Beschleunigungs- und Drehratensensoren 5. Weg-, Winkel-, Fül. Istands- und Neigungssensoren 6. Strömungssensoren 7. Magnetische Sensoren 8. Optische Sensoren 9. Chemische Sensoren

2. Temperatursensoren Inhalt 2. Temperatursensoren Überblick 2. 1 Thermoelektrische Sensoren Thermoelemente 2. 2 Resistive Temperatursensoren Metall-Widerstands-Temperatursensoren Keramiksensoren Heißleiter (NTC), und Kaltleiter (PTC) Halbleiter - Temperatursensoren 2. 3 Dioden und Transistoren als Temperatursensoren 2. 4 Sensoren zur berührungslosen Temperaturmessung Thermische Strahlungsempfänger Photoelektrische Strahlungsempfänger Pyrolelektrische Temperatursensoren 2

2. Temperatursensoren Überblick fast linear exponentiell fast linear 3

2. 1 Thermoelemente 2. 1 Thermoelektrische Sensoren; Thermoelemente Seebeck Effekt ( 1822 ) 4

2. 1 Thermoelemente Die Thermospannung (auch Elektromotorische Kraft EMK genannt) : liegt je nach Paarung zwischen ca. 5µV / °C und 80µV / °C. hängt nichtlinear von der Temperatur ab 5

2. 1 Thermoelemente 6

2. 1 Thermoelemente Integrierte Schaltung mit Eispunktkompensator für Thermoelemente Es stehen auch integrierte Schaltungen zur Messung mit Thermoelementen ohne 0°CReferenz zur Verfügung. Sie haben einen internen Eispunktkompensator, so dass man mit einem Thermoelement auskommt. Der Thermoelement-Signalumformer (AD 594/AD 595, Analog Devices) verstärkt die Thermospannung auf 10 m. V/°C. Blockschaltbild 7

2. 1 Thermoelemente Eine komplette Messanordnung hat die folgende Gestalt (Beispiel): Quelle: Koch 8

2. 1 Thermoelemente Ausführungsformen von Thermoelementen Mantelthermoelemente 9

2. 2 Resistive Temperatursensoren Metallwiderstands. Temperatursensoren Keramiksensoren Heißleiter (NTC) und Kaltleiter (PTC) Halbleiter. Temperatursensoren 10

2. 2 Resistive Temperatursensoren Metallwiderstandssensoren Der mit Abstand beste Werkstoff in Hinsicht auf möglichst große Unempfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen, Korrosion, mechanischer Beanspruchung und 11 Verformung sowie Gitterfehlern und Phasenumwandlungen ist Platin.

2. 2 Resistive Temperatursensoren Zulässige Abweichungen von den genormten Widerstandswerten Klasse A, Klasse B Quelle: Schaumburg 12

2. 2 Resistive Temperatursensoren Ausführungsformen Pt-100 Quelle: Schaumburg 13

2. 2 Resistive Temperatursensoren Kennlinien von NTC-Temperatursensoren Quelle: Schaumburg 14

2. 2 Resistive Temperatursensoren Linearisierung eines NTC-Temperatursensors durch einen parallelen Festwiderstand Durch einfaches Parallelschalten eines Festwiderstandes kann ein NTC in einem kleinen Bereich recht gut linearisiert werden. Typische Anwendung: elektronisches Fieberthermometer 15

2. 2 Resistive Temperatursensoren Kaltleiter- oder PTC-Thermistor Innerhalb von etwa 30 K Temperaturdifferenz nimmt der Widerstand um : typischerweise 4 Zehnerpotenzen zu ! praktisch Schalterverhalten 16

2. 2 Resistive Temperatursensoren Kaltleiter als Motorschutzschalter 17

2. 2 Resistive Temperatursensoren Halbleitertemperatursensoren Spezifischer Widerstand eines dotierten Halbleiters als Funktion der Temperatur I : Störstellenreserve; mit der Temperatur ansteigende freie Ladungsträgeranzahl durch thermische Ionisierung der Donatorstörstellen, so dass der Widerstand sinkt. II : Störstellenerschöpfung; alle Donatoren sind ionisiert (k. T ~ ED), mit steigender Temperatur nimmt die Beweglichkeit bedingt durch thermische Streuung ab, der Widerstand steigt. III : Eigenleitungsbereich; die thermische Energie k. T wird so hoch, dass intrinsische Elektron-Loch-Paare erzeugt werden, der Widerstand fällt wieder . Der mittlere Bereich lässt sich gut als Temperatursensor nutzen. 18

2. 3 Dioden und Transistoren als Temperatursensoren Messeffekt: Temperaturabhängigkeit des Stromflusses über einen pn-Übergang bei einer Diode oder einem Transistor Verschiebung der Durchlassspannung (Schwellspannung) durch die Temperatur bei einer Silizium-Diode. Diodenkennlinie IF = Strom in Flussrichtung IS = Sättigungssperrstrom UF = Durchlassspannung k = Boltzmannkonstante 19

2. 3 Dioden und Transistoren als Temperatursensoren Temperatursensor AD 590 (Analog Devices) 20

2. 4 Sensoren zur berührungslosen Temperaturmessung • Strahlungsthermometer arbeiten berührungslos • sind im Bereich von 300°C bis 3000°C geeignet • Planck´sches Strahlungsgesetz bildet die Grundlage • Strahlungsthermometer (Pyrometer) unterscheiden sich durch die – verwendete Optik zur Sammlung der Strahlung – verwendeten Strahlungsempfänger 21

2. 4 Sensoren zur berührungslosen Temperaturmessung Spektrale Strahldichte als Funktion der Wellenlänge Quelle: Koch 22

2. 4 Sensoren zur berührungslosen Temperaturmessung Farbpyrometer (Spektralpyrometer) 23 Quelle: Koch

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