Höchstauflösender Drucksensor zur Leckagemessung pneumatischer Systeme

Dropalla, Christof

Höchstauflösender Drucksensor zur Leckagemessung pneumatischer Systeme

dc.contributor.advisor	Uhle, Mathias
dc.contributor.author	Dropalla, Christof
dc.contributor.referee	Brümmer, Andreas
dc.date.accepted	2010-06-02
dc.date.accessioned	2010-07-28T15:20:09Z
dc.date.available	2010-07-28T15:20:09Z
dc.date.issued	2010-07-28
dc.description.abstract	Die schnelle Detektion von Leckagen pneumatischer Systeme mittels eines Drucksensors zur Differenzdruckmessung gegen Atmosphäre setzt ein hohes Auflösevermögen des Sensors voraus. In Bezug darauf ist die Untersuchung von Druckmessverfahren, deren Auflösevermögen eine Unterteilung des Messbereichs in mindestens 10^6 Stufen erlaubt und der Nachweis des Auflösevermögens durch einen Prototyp, Gegenstand der vorliegenden Arbeit. Das Sensorkonzept sieht eine elastische Platte zur Druckaufnahme vor, deren Verformung, als Resultat der Untersuchungen und Bewertungen von verschiedenen Druckmessverfahren, kapazitiv ausgewertet wird. Sowohl der Zusammenhang zwischen eingeprägtem Druck und Verformung der Platte als auch die auftretende Beanspruchung derselben werden bestimmt. Hierzu findet ein linearer und für größere Verformungen, die hier eine Rolle spielen, ein nichtlinearer Ansatz Verwendung. Die Auswertung der Plattenverformung erfolgt mittels eines Messkondensators, der, nach Bewertung von Kapazitätsmessverfahren, als frequenzbestimmendes Glied in einem LC-Schwingkreis dient. Die Schwingfrequenz des Oszillators erlaubt unter Kenntnis der druckabhängigen Plattenverformung bzw. der daraus resultierenden Kapazität eine Aussage über den herrschenden Druck. Hierzu wird die Analyse der sich ergebenden Kapazität des Sensors durchgeführt. Zu dem wird ein zweites Konzept realisiert, welches zum Vergleich der Verfahren, einen kommerziell erhältlichen Kapazität zu Digitalwert-Umsetzer vorsieht. Von den möglichen Schaltungstypen der Oszillatoren wird eine Schaltung realisiert, die auf einem Franklin-Oszillator basiert. Sie erlaubt die hier vorausgesetzte Anbindung eines geerdeten Kondensators und weist ein geringes Frequenz- bzw. Phasenrauschen auf. Es erfolgt die Analyse der Oszillatorschaltung und des Rauschverhaltens, die eine Abschätzung der Frequenzschwankungen erlaubt. Ferner wird eine Optimierung der Bauteilparameter im Bezug auf ein geringes Phasenrauschen aufgezeigt. Zur Messung der Oszillatorfrequenz werden verschiedene Verfahren untersucht und bewertet. Daraus resultierend erfolgt hier die Frequenzmessung nach dem Verfahren der Frequenzverhältnismessung kombiniert mit der Schwebungsfrequenzmessung (Signalmischung). Mit Hilfe umfangreicher Experimente wurde nachgewiesen, dass es in dieser Arbeit gelungen ist, einen neuen Drucksensor mit einer relativen Druckauflösung von $dp/pmax < 2-3x10^ -7$, vorzustellen. Dabei kann der realisierte Sensorprototyp in einem Druckbereich von 0-1 MPa Differenzdruck gegen Atmosphäre arbeiten, ohne dass dazu Umschaltungen des Messbereichs nötig wären. Zudem zeichnet sich der Prototyp durch eine sehr einfache Konstruktion und damit auch durch eine hohe Zuverlässigkeit aus. Für eine Serienfertigung ist die verwendete elektronische Schaltung leicht auf einem Chip integrierbar.	de
dc.identifier.uri	http://hdl.handle.net/2003/27311
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.17877/DE290R-14705
dc.identifier.urn	urn:nbn:de:hbz:290-2003/27311-5
dc.language.iso	de	de
dc.subject	Leckage	de
dc.subject	Leckagemessung	de
dc.subject	Leckageratemesung	de
dc.subject	Auflösung	de
dc.subject	Druck	de
dc.subject	Druckmessung	de
dc.subject	Drucksensor	de
dc.subject	Platte	de
dc.subject	Plattentheorie	de
dc.subject	Oszillator	de
dc.subject	Franklin-Oszillator	de
dc.subject	Phasenrauschen	de
dc.subject	Frequenzmessung	de
dc.subject	Druckmodulator	de
dc.subject.ddc	620
dc.subject.ddc	670
dc.title	Höchstauflösender Drucksensor zur Leckagemessung pneumatischer Systeme	de
dc.type	Text	de
dc.type.publicationtype	doctoralThesis	de
dcterms.accessRights	open access

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