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Band 6 - Kapitel 10 & 11
Sensorik & Aktorik

Dieser sechste Band besteht aus

Kapitel 10 ‚Sensorik‘ und Kapitel 11 ‚Aktorik‘.

Die Kombination aus Sensoren und Elektronik heißt ‚Sensorik‘.
Sensoren wandeln eine Messgröße (Druck, Temperatur, magnetische Flussdichte) in eine elektrische Größe um: Spannung, Strom, Widerstand. Die zugehörigen Variationen sind äußerst gering. Deshalb müssen Verstärker nachgeschaltet werden. Ihr Ausgang ist ein Standard-Signal, z.B. ± 10V oder 4…20mA für den Messbereich.

Unter dem Begriff ‚Aktorik‘ werden die Kombinationen aus Stellgliedern (Motor, Ventil) und elektronischen Verstärkern zusammen gefasst. Als Beispiele simulieren wir hier den Piezo als Kraft-Erzeuger und das Peltier-Element als Kühler.

Die Themen zur Sensorik

  • Strömungs-Messer (Anemometer)
  • Photo-Elektronik: Photometrische Mess-Größen
  • Lichtstrom (lm), Beleuchtungs-Stärke (lx)
  • Strahlungs-Geometrie (Raum-Winkel in sr)
  • Beleuchtungs-Messer mit LDR
  • Photo-Diode und Photo-Transistor
  • Photo-Voltaik: Photo-Zelle und Solar-Modul
  • Strahlungs-Intensität und Beleuchtungs-Stärke
  • Der Hall-Effekt: Hall-Spannung und Empfindlichkeit
  • Induktiver Strömungs-Messer
  • Ladungsträger-Beweglichkeit und Hall-Konstante
  • Ladungsträger-Konzentration und Halbleiter-Widerstand
  • Messung des Erd-Magnetfeldes (Inklination und Deklination)
  • Der Magneto-resistive Effekt
  • Temperatur-Messung: Temperatur-Skalen (°C und K)
  • NTC, PTC, Pt100, Thermo-Element
  • Zwei, Drei- und Vierleiter-Technik

Warum Sie Kapitel 10 lesen sollten

  1. Um physikalische Größen steuern und regeln zu können, müssen sie möglichst genau gemessen werden – d.h., sie sind in analoge elektrische Signale umzuwandeln. Hier erfahren Sie an Beispielen aus den Bereichen Magnetismus, Licht und Temperatur, wie dies mit Hilfe der Elektronik erfolgt.
  2. Bei der Behandlung des elektrischen Strömungsfeldes  wurde gezeigt, dass die Elektronendichte in Leitern konstant ist. Der elektrische Strom verhält sich wie eine Flüssigkeit. In Halbleitern hängt die Elektronendichte von der Feldstärke ab. Deshalb sind die Ladungsträger in Halbleitern komprimierbar wie ein Gas. Einzelheiten dazu erfahren Sie im Abschnitt ‚Hall-Effekt‘.
  3. In Abschnitt ‚Photometrie‘ wird der Zusammenhang zwischen spektraler und effektiver Intensität hergestellt. Diese Methode wird bei Strahlungs-Messungen immer dann gebraucht, wenn Emitter und Sensor in unterschiedlichen Spektral-Bereichen aktiv sind – z.B. in der Photo-Voltaik.

Die Themen zur Aktorik

  • Peltier-Elemente
  • Kühlung einer Nebelkammer
  • Piezos: direkter und inverser Piezo-Effekt
  • Piezo als Generator: Kraft- und Druck-Messer,
  • Beschleunigungs-Messer, Elektret-Mikrofon
  • Piezo als Motor: Piepser (Beeper)
  • Piezo-Dynamik: Resonanz-Frequenz und Dämpfung
  • Der Piezo als Vierpol
  • Akustik: Schallpegel-Messung
  • Schall-Schnelle und Schall-Impedanz
  • Dynamischer Lautsprecher und dynamisches Mikrofon
  • Lautsprecher-Frequenzgänge: Hochtöner, Mitteltöner, Tieftöner
  • Schall-Übertragung

Warum Sie Kapitel 11 lesen sollten

  1. Zur Simulation von Aktoren  werden Kenntnisse aus vielen Bereichen der Physik benötigt. Hier z.B. aus der  Mechanik, dem Elektro-Magnetismus, der Pneumatik und der  Elektronik. Deshalb sind Beispiele mit Aktoren bestens zum Erlernen der  Simulations-Verfahren geeignet.
  2. Die meisten Aktoren können auch als Sensoren dienen. Aus Generatoren werden Motoren.  Dann ändern sich die steuernden und gesteuerten Signale in der Struktur. Das zu erkennen erfordert systematisches Denken, das für die Strukturbildung und Simulationen unerlässlich ist.

Inhaltsverzeichnis

Leseproben

Spektrometrie
Ulbricht-Kugel
Piezo-Resistor
Lautsprecher

Beispiele

Photostrom
Piezo

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