投稿者: Shinagawamotkyni

Was ist ein USB-Dongle?

Ein USB-Dongle ist ein kleines Gerät, das in einen USB-Anschluss gesteckt wird.

Ein USB-Dongle wird oft als Lizenzaktivierungsschlüssel verwendet, um das unerlaubte Kopieren von Software zu verhindern. Er kann über einen USB-Anschluss an einen PC angeschlossen werden, um die Nutzung lizenzierter Software zu ermöglichen. Sie sind klein, tragbar und sehr einfach zu bedienen.

Früher wurden parallele oder serielle Anschlüsse an PCs verwendet. Aus Gründen der Bequemlichkeit haben sich jedoch USB-Dongles durchgesetzt. In den letzten Jahren hat sich die Netzwerkauthentifizierung zum Mainstream entwickelt.

Anwendungen von USB-Dongles

USB-Dongles werden vor allem für kostenpflichtige Software verwendet, die Sicherheit bietet und das unerlaubte Kopieren verhindert.

Typische Beispiele sind CAD, Videobearbeitungssoftware, medizinische Software, numerische Simulationen usw. Der USB-Dongle begrenzt die Anzahl der Lizenzen und verhindert die unerlaubte Nutzung der Software.

In den letzten Jahren haben sie sich auch bei digitalen Mediaplayern wie Chromecast und Fire TV Stick durchgesetzt; es sind auch externe Wi-Fi-Ports für USB-Dongles erhältlich, die durch Anschluss an einen Computer genutzt werden.

Funktionsweise von USB-Dongles

Ein USB-Dongle ist ein Gerät mit einer Lizenzaktivierungsfunktion, indem ein Teil des Programms im Inneren umgeschrieben wird.

• Ein Teil des Programms wird kompiliert und im USB-Dongle gespeichert, damit es im Dongle ausgeführt werden kann.
• Das Programm selbst schreibt das Programm um, so dass das im USB-Dongle gespeicherte Programm abgerufen werden kann.

Nur wenn der Programmkörper und der USB-Dongle miteinander verbunden sind, funktioniert das Programm korrekt – das ist das Prinzip der Verhinderung einer unbefugten Nutzung des USB-Dongles. Damit ist sichergestellt, dass nur die Person, die den USB-Dongle besitzt, die Software nutzen kann.

Früher konnte ein Programm, wenn es vollständig kopiert wurde, in großen Mengen vervielfältigt werden. Mit dem Aufkommen der USB-Dongles können diese Vervielfältigungen nun aber verhindert werden.

Darüber hinaus werden die Daten durch Anlegen einer Spannung an die Elemente im Inneren des USB-Dongles gespeichert. Bei unsachgemäßer Handhabung können die Daten beschädigt werden.

Arten von USB-Dongles

Je nach Anwendung gibt es verschiedene Arten von USB-Dongles auf dem Markt, die sich in zwei Kategorien einteilen lassen: Dongles zur Änderung der Schnittstelle und Schutz-Dongles.

1. Schnittstellenänderungs-Dongles

Hierbei handelt es sich um Dongles, die andere Schnittstellen in USB umwandeln, wie z. B. USB-Dongles, die den Anschluss einer Sim-Karte an einen PC ermöglichen, oder Dongles, die Wifi ermöglichen.

Es gibt auch Dongles für die Umwandlung von USB in DVI- und HDMI-Formate. Einige Produkte werden für Anwendungen in Fahrzeugen verwendet und ermöglichen WLAN- und Bluetooth-Funktionen für Navigationssysteme im Auto. Es gibt auch Dongles, die Bildschirme von Smartphones auf Autonavigationssysteme übertragen können.

2. Geschützte Dongles

Ein Dongle, der zur Gewährleistung der Sicherheit an einen PC angeschlossen wird und die Funktion hat, zu überprüfen, ob eine Lizenzverletzung vorliegt. Ihre Verwendung ist in den letzten Jahren aufgrund mangelnder Bequemlichkeit und der zunehmenden Ausgereiftheit anderer Methoden zur Lizenzauthentifizierung zurückgegangen.

Weitere Informationen zu USB-Dongles

Zwei-Faktoren-Authentifizierung mit USB-Dongles

Da die Sicherheitsmaßnahmen in den letzten Jahren immer ausgefeilter geworden sind, werden USB-Dongles zunehmend als Bestandteil der Zwei-Faktor-Authentifizierung eingesetzt. Das bedeutet, dass zusätzlich zur Kennwortauthentifizierung der Zugriff nur von dem PC akzeptiert wird, an den der USB-Dongle angeschlossen ist.

In der Regel wird für die Zwei-Faktor-Authentifizierung ein physisches Gerät wie z. B. ein Smartphone verwendet, aber auch USB-Dongles werden manchmal als kostengünstiges Produkt für die Zwei-Faktor-Authentifizierung eingesetzt.

Die Zwei-Faktor-Authentifizierung mit USB-Dongles ist ein wirksames Mittel zur Verhinderung von Informationslecks, da sie strenge Beschränkungen dafür vorsieht, wer das Gerät zu welchem Zweck verwenden darf. Sie ist auch ein wirksames Mittel, um die Nutzung von gemeinsam genutzten PCs und speziellen PCs für bestimmte Zwecke zu autorisieren.

Was ist ein USB-Analysator?

Ein USB-Analysator ist ein Gerät, das zwischen einen Host und Peripheriegeräte, die über den USB kommunizieren, geschaltet wird und dazu dient, den USB gemäß dem USB-Protokoll zu analysieren, indem es die auf dem USB fließenden Datenpakete erfasst.

Bevor der USB standardisiert wurde, war die Schnittstelle zwischen dem PC und den Peripheriegeräten, wie Tastaturen, Mäusen und Druckern, für jedes Gerät unterschiedlich. Jedes musste separat vorbereitet werden, was nicht nur sehr kompliziert, sondern auch kostspielig war. Dies war nicht nur sehr kompliziert, sondern auch kostspielig, da die Schaltkreise und die Treibersoftware für die Steuerung des Busses entsprechend dem jeweiligen Schnittstellenstandard vorbereitet werden mussten.

Mit der Freigabe des USB-Protokolls müssen Peripheriegeräte nur noch das USB-Protokoll als Schnittstelle unterstützen.

Um die oben genannten USB-Protokolle zu analysieren, ist es in der Regel möglich, eine USB-Überwachungssoftware auf einem PC zu installieren, die relativ preiswert sein kann. Diese Softwareprogramme können jedoch nur die Datenkommunikation zwischen dem PC und dem Gerätetreiber analysieren.

Es ist nicht möglich, zu analysieren, welche Datenbereiche tatsächlich auf dem USB ausgetauscht werden. Der USB-Analysator ist in solchen Fällen sehr effektiv.

Anwendungen des USB-Analysators

USB wird in PCs, Tablets, Smartphones, Mobiltelefonen, Digitalkameras, Druckern, PC-Peripheriegeräten und neuerdings auch in Autos verwendet. Einige Geräte haben mehrere USB-Anschlüsse.

Die USB-Anschlüsse der einzelnen Geräte gibt es in verschiedenen Formen, je nach Größe des Geräts und seinen Einschränkungen.

Typ-A-Stecker haben von außen betrachtet eine rechteckige Einstecköffnung. Dieser Typ ist ein Standardstecker und wird normalerweise für PCs verwendet.

Typ-B wird für relativ große Geräte wie z. B. Drucker verwendet. Andere häufig anzutreffende Typen sind MicroUSB, der für Smartphones usw. verwendet wird, und MiniUSB, der für Digitalkameras usw. genutzt wird.

Außerdem kann TYPE-C ohne Rücksicht auf die Steckrichtung verwendet werden und ist mit dem USB 3.1-Standard kompatibel, der Hochgeschwindigkeitsübertragungen unterstützt. In letzter Zeit ist dieser Steckertyp immer beliebter geworden, da Notebooks und Smartphones immer kleiner, leichter und kompakter werden.

USB-Analysatoren werden verwendet, um die Datenübertragung auf dem USB-Bus in Geräten mit USB-Anschlüssen wie den oben beschriebenen zu analysieren.

Funktionsweise des USB-Analysators

Am USB können bis zu fünf Repeater (Hubs) einem Host untergeordnet sein und bis zu 127 Peripheriegeräte angeschlossen werden.
Der USB-Analysator analysiert den USB nach dem für den oben erwähnten USB definierten Protokoll. Das Verstehen des Prinzips ist daher gleichbedeutend mit dem Verstehen des USB-Protokolls.

Bei USB erfolgt die Kommunikation zwischen dem Host und den Peripheriegeräten über Pakete, deren kleinste Einheit ein Paket von Bitfolgen ist.
Die Kommunikation einer aus mehreren Paketen bestehenden Datensequenz wird als Transaktion bezeichnet. Dies ist die Grundlage der Datenkommunikation. Es gibt vier Übertragungsmodi der Kommunikation über diese physikalische Kommunikation: Kontrollübertragung, Unterbrechungsübertragung, Massenübertragung und isochrone Übertragung.

Betrachten wir die oben genannten Kommunikationsmodi, z. B. den Fall, dass eine Maus als USB-Peripheriegerät angeschlossen ist. Wenn eine Maus als neues Gerät an einen PC angeschlossen wird, ist es im Allgemeinen nicht erforderlich, einen Gerätetreiber zu installieren.

Dies liegt daran, dass das USB-Peripheriegerät den Host sofort nach dem Anschluss an den PC und dem Beginn der Kommunikation darüber informiert, wer es ist. Auf der Grundlage dieser Informationen des Peripheriegeräts ruft der Host den intern gespeicherten Standardgerätetreiber ab und konfiguriert ihn.

Dadurch wird vermieden, dass bei jedem Anschluss eines neuen USB-Peripheriegerätes ein neuer Gerätetreiber installiert werden muss.

Die Kontrollübertragung umfasst die Übertragung von Daten. Sie besteht aus drei Phasen: der Einrichtungsphase, der Datenphase und der Statusphase.

Das USB-Protokoll hat die unterstützten Kommunikationsgeschwindigkeiten mit jeder neuen Generation drastisch erhöht. Die wichtigsten Versionen und ihre Übersicht, einschließlich weiterer Entwicklungen, sind im Folgenden aufgeführt.

Die erste Generation, USB 1.0, wurde im Januar 1996 veröffentlicht und unterstützte Geschwindigkeiten von bis zu 12 Mbit/s.

USB 1.1, das im September 1998 veröffentlicht wurde, bot dieselbe Übertragungsgeschwindigkeit von bis zu 12 Mbit/s, schlug aber Verbesserungen gegenüber USB 1.0 vor, z. B. bei der Energieverwaltung usw. Es war auch das Jahr, in dem Windows 98 veröffentlicht wurde, und USB wurde weithin bekannt.

USB 2.0, das im April 2000 angekündigt wurde, unterstützte den Hi-Speed-Modus und wurde als Standard veröffentlicht, der die Geschwindigkeit auf bis zu 480 Mbit/s auf einmal erhöhte.

Mit dem im November 2008 angekündigten USB 3.0 wurde die maximale Übertragungsrate auf 4 Gbit/s erhöht, wobei die Abwärtskompatibilität mit früheren Versionen erhalten blieb.

Seitdem wurde im Juli 2017 USB 3.2 veröffentlicht und USB 4.0 wird derzeit standardisiert.

Verschiedene USB-Analysatoren

USB-Analysatoren gibt es in einer Vielzahl von Größen und Funktionen. Neben dem üblichen stationären Typ, der immer an einen PC angeschlossen ist, werden im Folgenden zwei typische Typen vorgestellt.

• PC-loser Typ: Mit diesem Typ können die Messergebnisse ohne PC überprüft werden. Einige sind mit einem Bildschirm zur visuellen Bestätigung, einer einfachen Druckfunktion zum Ausdrucken der Ergebnisse und einem Speichermedium wie einer SD-Karte zur späteren Übertragung der Daten auf einen PC ausgestattet.
• Kompakter Typ: Leicht und ultrakompakt, passt in eine Brusttasche. Es ist bequem zu tragen und wird über den USB mit Strom versorgt, sodass kein Netzteil oder Adapter erforderlich ist. In Anbetracht der Tatsache, dass sie in jeder Umgebung eingesetzt werden können, ist häufig gebündelte Software für verschiedene Betriebssysteme wie Windows, Linux und MacOSX erhältlich.

Software für USB-Analysatoren

Wie bei anderen Geräten gibt es auch bei USB-Analysatoren verschiedene Arten von Software: kostenpflichtige Software, kostenlose Software und mitgelieferte Software. Typische Software wird im Folgenden vorgestellt.

• USBTrace: Es ist Shareware aus dem Ausland, und obwohl das unterstützte Betriebssystem nur Windows ist, unterstützt es auch WindowsServer des Server-Betriebssystems. USB 1.x / USB 2.0 / USB 3.0 (low / full / high / super speed) ist auch alles unterstützt.
• Datenzentrum: USB-Analysator Software aus den USA. Sie ist im Lieferumfang des Geräts enthalten und für Windows, Linux und Mac OS X erhältlich. Es fallen keine Wartungsgebühren für die Software an und die API ist für die Öffentlichkeit kostenlos zugänglich. （Die Software ist in den Sprachen C, C #, NET, Python und VB verfügbar).
• USB Sniffer for Windows: Es ist freie Software aus dem Ausland, GPLv2-konform und unterstützt nur Windows, wie der Name schon sagt.

Was ist ein RC-Servomotor?

RC-Servomotoren sind kleine Servos für funkferngesteuerte Fahrzeuge. Ursprünglich wurden sie hauptsächlich für funkferngesteuerte Fahrzeuge wie Autos und Flugzeuge verwendet, aber in letzter Zeit sind sie auch als Gelenke für Roboter weit verbreitet und es gibt von verschiedenen Herstellern speziell für Roboter konzipierte RC-Servomotoren.
RC-Servomotoren bestehen aus einem Mikrocomputer, einem Motor, einem Untersetzungsgetriebe und einem Positionssensor und können durch ein Signal in jedem Winkel angehalten werden.

Anwendungen von RC-Servomotoren

Aufgrund ihrer geringen Größe und ihres geringen Gewichts, aber ihres hohen Drehmoments werden sie hauptsächlich in funkgesteuerten Spielzeugen verwendet. In den letzten Jahren hat sich die Leistung besonders stark entwickelt, so dass sie heute nicht nur in Hobbyanwendungen, sondern auch in kleinen Robotern weit verbreitet sind.
Einer der Gründe für ihren Einsatz ist, dass sie oft preiswert sind und verschiedene Bewegungen auch ohne spezielle Kenntnisse der Steuerungstechnik leicht zu realisieren sind.

Funktionsweise von RC-Servomotoren

Die meisten RC-Servomotoren haben drei parallele Drähte, die miteinander verbunden sind. Durch die Eingabe von impulsartigen Signalen an diese Signaldrähte kann der Motor in jeden beliebigen Winkel bewegt werden. Die Steckerform ist eine Buchse mit einem Raster von 2,54 mm.

• Signalleitung: Leitung, die für impulsförmige Signaleingänge verwendet wird. Die Farben sind in den meisten Fällen weiß, blau, gelb oder orange.
• Stromleitung +: Leitung, die für den Anschluss des Motors an die Stromversorgung + der Steuerleiterplatte verwendet wird; es ist die mittlere Leitung der drei parallelen Leitungen und hat häufig die Farbe rot.
• Stromleitung -: Leitung zur Verbindung der GND-Leitung zwischen dem Motor und der Steuerleiterplatte. Im Allgemeinen ist die Farbe oft schwarz oder braun.

Jeder RC-Servomotor hat eine definierte Drehposition und Drehrichtung in Bezug auf Impulse und der Motor kann durch Eingabe von impulsartigen Signalen gemäß diesen Spezifikationen in jeden beliebigen Winkel bewegt werden. Im Allgemeinen besteht die Spezifikation darin, HIGH-Impulse mit einem „15-20 mS-Zyklus“ und einer „0,5-2,5 mS-Breite“ hinzuzufügen. Die Position, an der sich der Motor dreht, hängt von der Breite der Impulse ab, so dass es notwendig ist, ein Signal einzugeben, das den Spezifikationen entspricht.

Was ist ein Schaltnetzteil?

Ein Schaltnetzteil ist ein Gerät, das Gleichstrom mit Hilfe eines Schaltregelverfahrens unter den Gleichstromversorgungen liefert.

Allgemeine Stromversorgungen lassen sich grob in das kostengünstige, aber schwere Linearsystem mit einfacher Schaltungsstruktur und das kompakte Schaltsystem mit IC-Technologie einteilen. Aufgrund ihrer jeweiligen Eigenschaften werden lineare Systeme für einfache Wechselstromadapter verwendet, während schaltende Systeme für die Stromversorgung von elektronischen Komponenten in Geräten eingesetzt werden.

Anwendungen von Schaltnetzteilen

Schaltnetzteile werden für die Stromversorgung von industriellen Informationsgeräten eingesetzt. In den letzten Jahren, als die elektronischen Geräte immer ausgereifter wurden, sind die Netzteile von schweren linearen Systemen auf kompakte Schaltnetzteile umgestellt worden.

Mit der Verbreitung von USB-Netzteilen sind Schaltnetzteile außerdem eine wesentliche Komponente für die Stromversorgung von kompakten elektronischen Geräten. In der Industrie werden Schaltnetzteile häufig als Komponenten für die stabile Versorgung mit Gleichstrom eingesetzt, um elektronische Steuerungskomponenten wie Magnetventile und Sensoren in automatisierten Anlagen zu betreiben.

Funktionsweise eines Schaltnetzteils

Ein Schaltnetzteil ist ein Gerät, das eine Wechselstromquelle (z. B. 100 V Wechselstrom) als Eingang verwendet, sie in eine Gleichstromquelle (z. B. 5-30 V Gleichstrom) umwandelt und diese stabil versorgt.

Die Schaltung eines typischen Schaltnetzteils ist wie folgt aufgebaut:

• Eingangsgleichrichtung und Gleichrichterschaltung
  Die AC-Eingangsstromversorgung wird so weit wie möglich geglättet.
• Schaltkreis
  Ermöglicht die Umschaltung der Wechselstromversorgung auf Gleichstromversorgung
• Ausgangsgleichrichtung und -gleichrichterschaltung
  Glättet die verzerrte DC-Stromversorgung nach der Umwandlung
• Regelkreise
  Steuert die Ausgangsspannung und die Ausgangsleistung

Mit dieser Konfiguration lässt sich eine stabile Gleichstromversorgung mit konstanter Spannung erzielen.

Weitere Informationen zu Schaltnetzteile

1. Unterschied zwischen einem Gleichrichter und einem Netzgerät

Gleichrichter ist ein allgemeiner Begriff für ein Element mit der Eigenschaft, Strom in eine Richtung zu leiten, während Stromversorgung ein allgemeiner Begriff für eine Stromquelle ist. Ein Gleichrichter kann als ein Element beschrieben werden, das eine Wechselstromquelle in eine Gleichstromquelle umwandelt. Dioden und Schaltgeräte lassen den Strom in eine Richtung fließen.

Es gibt zwei Arten der Gleichrichtung: Einweggleichrichtung und Vollwellengleichrichtung.

Einweggleichrichtung
In Wechselstromkreisen fließen positive und negative Ströme abwechselnd, und bei der Einweggleichrichtung wird entweder der positive oder der negative Strom entfernt. Die Schaltung ist einfach und kostengünstig, hat aber einen geringen Wirkungsgrad und kann keine großen Ströme bewältigen.

Vollwellengleichrichtung
Die Vollwellengleichrichtung ist eine Methode, bei der sowohl positive als auch negative Ströme in einen Strom in einer Richtung umgewandelt werden. Dieses Verfahren wird hauptsächlich in Schaltnetzteilen verwendet. Im Vergleich zur Einweggleichrichtung ist sie effizienter und die Pulsation kann auf ein Minimum reduziert werden.

Die Vollwellengleichrichtung umfasst Verfahren mit zwei Dioden und Brückenschaltungen mit vier Dioden. Da der Strom nach diesen Gleichrichtungen instabil ist, wird der Ausgang des Gleichrichters mit einer Schaltung wie z. B. einem Kondensator zur Glättung kombiniert, um die Pulsation zu beseitigen, so dass er als Stromversorgung funktionieren kann.

2. Ursachen für den Ausfall von Schaltnetzteilen

Es gibt zwei Ursachen für den Ausfall von Schaltnetzteilen, externe und interne Faktoren.

Ausfall durch äußere Faktoren

• Physikalische Zerstörung
• Plötzlicher Zufluss von Hochspannung oder Rauschen durch Blitzschlag
• Kurzschluss im Schaltkreis durch das Eindringen von Staub oder Feuchtigkeit
• Zerstörung verschiedener Teile des Stromkreises durch Chemikalien oder korrosive Gase

Insbesondere das plötzliche Auftreten hoher Spannungen aufgrund von Blitzeinschlägen kann elektronische Bauteile, einschließlich aller Elemente im Inneren des Netzteils, zerstören. Um diese Ausfälle zu verhindern, ist es sinnvoll, Schutzschaltungen wie Überspannungsschutzgeräte zu installieren.

Durch interne Faktoren verursachte Ausfälle
Interne Faktoren werden durch die Verschlechterung oder den Ausfall von Elektrolytkondensatoren, Lüftern und Halbleiterkomponenten verursacht. Die Anzahl der Jahre, die ein Netzteil verwendet werden kann, hängt weitgehend von der Umgebung ab, in der es eingesetzt wird, und von der Dauer der Nutzung.

Was ist ein Vibrometer?

Ein Vibrometer ist ein Gerät zur Messung der Schwingungsstärke eines Messobjekts. Die Größe der Schwingung wird im Allgemeinen auf drei Skalen angegeben: Weg, Geschwindigkeit und Beschleunigung.

Welcher Parameter gemessen werden soll, hängt von der Art der zu messenden Schwingung und dem zu bewertenden Objekt ab. Bei der Messung der Beschleunigung werden sie manchmal auch als Beschleunigungsmesser bezeichnet.

Anwendungen von Vibrometern

Vibrometer werden in der Forschung und Entwicklung, in Produktionsstätten und im Umweltschutz eingesetzt. Im Bereich Forschung und Entwicklung werden beispielsweise die Schwingungseigenschaften von Bauteilen während der Produktentwicklung gemessen, um Resonanzen, Schäden und anormalen Lärm zu vermeiden.

In der Produktion wird zum Beispiel die Schwingungsmessung von Motoren genutzt, um festzustellen, ob sie gut oder schlecht sind, sowie um den Versand der Produkte zu kontrollieren. Um Schäden während des Transports zu vermeiden, werden die Schwingungen während des Transports in einer Prüfmaschine reproduziert, um die Verpackung zu verbessern.

Bei Turbinengeneratoren zum Beispiel werden die Schwingungen während des Betriebs überwacht, um Fehler frühzeitig zu erkennen. Im Umweltbereich ist die Messung von Schwingungen von entscheidender Bedeutung für die Lösung von Problemen der Umweltverschmutzung, die durch Schwingungen in Fabriken und bei Bauarbeiten verursacht werden.

Die Wirkung von Schwingungen auf den menschlichen Körper wird durch die Messung des Schwingungspegels bestimmt, der ein Verhältnis zu einer Referenzbeschleunigung darstellt. Schwingungspegel sind in ISO definiert und werden auch zur Bestimmung des Fahrkomforts von Autos und Schienenfahrzeugen verwendet.

Sie werden auch zur Messung von Erdbebenschwingungen und zur Ausgabe von Warnungen sowie zur Messung der Wellenform von Erdbebenschwingungen zur Beurteilung der seismischen und schwingungsisolierten Struktur von Gebäuden verwendet.

Funktionsweise von Vibrometern

Vibrometer arbeiten mit einem so genannten Tonabnehmer. Die Aufnehmer können piezoelektrisch, elektromagnetisch, mechanisch, optisch oder elektromagnetisch sein.

1. Piezoelektrische Vibrometer

Die durch die Vibration erzeugte Kraft wird durch den piezoelektrischen Effekt des piezoelektrischen Elements in eine zu dieser Kraft proportionale Spannung umgewandelt. Es gibt zwei Typen: den Schertyp, der die Dehnung an der Oberfläche des Piezoelementes misst, und den Kompressionstyp, der eine einfache Struktur mit einem Gewicht auf dem Piezoelement hat. Sie sind kompakt, leicht und können bis zu einem hohen Frequenzbereich messen.

2. Elektromagnetische Vibrometer

Dieser Vibrometertyp besteht aus einem Magneten und einer Spule und misst die Änderungen des elektrischen Stroms, die durch die elektromagnetische Induktion verursacht werden, die durch die Vibration in Abhängigkeit von der Lagebeziehung zwischen Magnet und Spule erzeugt wird.

3. Mechanische Vibrometer

Verwendet ein MEMS-Halbleiterelement (mikroelektromechanisches System) zur Messung von Kapazitätsänderungen als Reaktion auf die Verschiebung einer variablen Elektrode.

4. Andere Vibrometer

Es gibt auch optische Vibrometer, die die Auslenkung durch Einstrahlung eines Laserstrahls messen, und elektromagnetische Vibrometer, die Mikrowellen-Dopplerlaser zur Messung der relativen Auslenkung verwenden. Diese Methoden erfordern keine Befestigung eines Aufnehmers am schwingenden Objekt und eignen sich für die Schwingungsmessung an kleinen Objekten, heißen Gegenständen und flüssigen Oberflächen.

Weitere Informationen zu Vibrometer

1. Verwendungen eines Vibrometers

Es wird empfohlen, den Aufnehmer mit Stehbolzen oder ähnlichem fest zu befestigen, so dass er in engem Kontakt mit dem nicht gemessenen Objekt steht. Wenn die Befestigungsmethode nicht fest ist, kann der Aufnehmer filtern und eine genaue Messung verhindern.

Andere Befestigungsmethoden als Stehbolzen sind die Verwendung von Klebstoffen oder Magneten. Die Frequenzanalyse wird häufig bei der Analyse von Schwingungen eingesetzt. Dabei handelt es sich um eine Methode, mit der festgestellt werden kann, welche Frequenzen die gemessene Wellenform enthält und mit welcher Intensität jede Frequenz vorhanden ist.

2. Einheiten von Schwingungen

Maschinenschwingungen werden als eine zeitliche Änderung der Größe einer Größe, die die Bewegung oder Verschiebung eines mechanischen Systems darstellt, die zwischen Zuständen größer und kleiner als ein bestimmter Durchschnitts- oder Referenzwert wechselt, definiert. Schwingungen bestehen aus drei Elementen: Amplitude, Frequenz und Phase. Bei der Messung von Schwingungen werden Vibrometer für die drei Größen Auslenkung, Geschwindigkeit und Beschleunigung eingesetzt.

Die praktischen Einheiten für Schwingungen sind:

• Auslenkung: cm, μm (=10-6 m), nm (=10-9 m)
• Geschwindigkeit: cm/s, mm/s
• Beschleunigung: cm/s2, Gal (Gal = cm/s2), G (Gee = 9,80665 m/s2)

Bei Vibrometern zur Messung von Umweltschwingungen wird die Größe der Umweltschwingung durch den Schwingungspegel (dB) bewertet, der ein Messwert ist, der auf den schwingungssensorischen Eigenschaften des menschlichen Körpers beruht. Dies ist das gleiche Konzept wie bei Geräuschpegeln, bei denen der Messwert, der sich nach Korrektur der physikalischen Schwingungsgröße durch die sensorischen Eigenschaften des menschlichen Körpers ergibt, als Bewertungsziel verwendet wird.

• Schwingungspegel L = 20log(V/ V0) [dB]
• V0: Bezugsschwingungsbeschleunigung
• V: RMS-Wert der Schwingungsbeschleunigung (r.m.s.)

V0 wird als 10-6 m/s2 verwendet.

Was ist ein Linearmotor?

Ein Linearmotor (englisch: linear motor) ist ein Elektromotor, der sich in einer linearen Bewegung bewegt.

Während gewöhnliche Motoren eine Drehbewegung erzeugen, erzeugen Linearmotoren eine lineare Bewegung. Es handelt sich um Antriebseinheiten, die die Anziehung und Abstoßung von Magneten oder die Lorentzkraft zur Erzeugung von Vortrieb nutzen.

Während der Antrieb in linearer Richtung mit einem herkömmlichen Motor eine Kombination verschiedener Komponenten erfordert, ermöglichen Linearmotoren eine lineare Bewegung, ohne dass komplizierte Mechanismen erforderlich sind.

Anwendungen von Linearmotoren

Zu den bekanntesten Anwendungen von Linearmotoren gehören Lineartriebwagen wie der lineare Hochgeschwindigkeitszug. Bei linearen Hochgeschwindigkeitszügen beispielsweise schwebt der Wagenkasten aufgrund der Abstoßung durch Magnete auf den Schienen, sodass nur ein sehr geringer Verlust an Antriebskraft durch Reibungskräfte entsteht. Daher können sie mit hohen Geschwindigkeiten fahren.

Die Fahrzeuge der Toei Oedo-Linie der Tokioter U-Bahn und der Kaigan-Linie der städtischen U-Bahn von Kobe schweben nicht, sondern werden von Linearmotoren angetrieben. In den letzten Jahren werden Linearmotoren zunehmend in Antriebseinheiten von Industrieanlagen eingesetzt.

Sie werden häufig in Werkzeugmaschinen, Halbleiterfertigungsanlagen, Raumfahrzeugen, Beschleunigern und Linearmotorpistolen eingesetzt, bei denen es auf Präzision ankommt. Bei Konsumgütern werden sie beispielsweise für elektrische Vorhänge in Autos, Rasiermaschinen, den Autofokus von Kameras und drehbare Sushi-Restaurants verwendet.

Funktionsweise von Linearmotoren

Linearmotoren werden durch die Anziehungs- und Abstoßungskraft oder Lorentzkraft von Magneten angetrieben. Der Aufbau eines Linearmotors ähnelt dem eines konventionellen Motors, der aufgeschnitten wurde, um eine lineare Bewegung zu erzeugen.

Je nach Funktionsprinzip gibt es zahlreiche Typen, darunter Linear-Induktionsmotoren, Linear-Synchronmotoren, Linear-Gleichstrommotoren und Linear-Schrittmotoren.

1. Lineare Induktionsmotoren

Dieses System nutzt das gleiche Prinzip wie Induktionsmotoren, d. h. die Lorentzkraft aufgrund elektromagnetischer Induktion als Antriebskraft. Ein Elektromagnet wird auf einen Magneten mit NS-SN-Polen gesetzt und durch einen elektrischen Strom angetrieben. Diese Methode wird häufig bei Linearmotoren für industrielle Anwendungen eingesetzt, bei denen eine hohe Präzision erforderlich ist.

2. Linearmotoren mit Synchronantrieb

Dieses System nutzt das gleiche Prinzip wie die Synchronmotoren, d.h. die Anziehung und Abstoßung zwischen den Magnetpolen. Die Pole der linear ausgerichteten, feststehenden Magneten werden entsprechend der Bewegung der beweglichen Elektromagneten umgeschaltet, wodurch die Antriebskraft für die lineare Bewegung entsteht.

Linearsynchronmotoren zeichnen sich durch einen höheren Wirkungsgrad als andere Methoden aus. Die meisten Linearmotoren in Autos sind Synchronmotoren, um den Stromverbrauch zu senken. Es ist zu beachten, dass bei Linearmotoren mit Magnetschwebetechnik supraleitende Magnete in den Elektromagneten auf der Karosserieseite verwendet werden, um die Stromzufuhr zu minimieren.

3. Andere Methoden

Gleichstrom-Linearmotoren werden für Aktuatoren und andere Anwendungen eingesetzt. Zu den Anwendungen für lineare Schrittmotoren gehört die Präzisionssteuerung optischer Geräte wie die Autofokussierung von Kameras. Piezoelektrische Linearmotoren, die durch piezoelektrische Elemente angetrieben werden, sind weniger effizient, können aber mit hoher Präzision gesteuert werden und werden für Präzisionsmaschinen usw. verwendet.

Weitere Informationen zu Linearmotoren

1. Geschwindigkeit und Präzision von Linearmotoren

Die Vorteile höherer Geschwindigkeiten sind bei linearen Hochgeschwindigkeitsanwendungen von Bedeutung, sowie die Entwicklung von Leistungsaspekten und Steuerungstechnik für Linearmotoren steht kurz vor der praktischen Anwendung. Zu den Vorteilen von Linearmotoren gehört die Tatsache, dass sie keinen Untersetzungsmechanismus benötigen und mit hoher Präzision verfahren können, dass sie in langen Achsen eingesetzt werden können und dass mehrere Motoren für den gleichzeitigen Betrieb angeordnet werden können.

Zu den Nachteilen gehören die Schwierigkeit, die Auswirkungen von Störungen zu kontrollieren, die Schwierigkeit, eine hohe Schubkraft zu erzielen, und die Schwierigkeiten bei der Inspektion und Wartung, aber es werden Jahr für Jahr Verbesserungen erzielt. Unter diesen Umständen gewinnt neben höheren Geschwindigkeiten auch eine höhere Präzision an Bedeutung, die in Werkzeugmaschinen wie Schleif- und Drehmaschinen eingesetzt wird. Darüber hinaus sind Linearmotoren auch unter dem Gesichtspunkt des Umweltschutzes eine Zukunftsperspektive, z. B. durch ihren Einsatz in großen hydraulischen Maschinen.

2. Kühlung von supraleitenden Linearmotoren

Das am weitesten verbreitete Beispiel für den Antrieb von Linearmotoren mit Magnetschwebetechnik ist die Verwendung supraleitender Magnete: Durch Ausnutzung des Phänomens der Supraleitung, bei der der elektrische Widerstand bei niedrigen Temperaturen von 4 K (-269 °C) zu Null wird, kann ein starkes Magnetfeld ohne Verlust an elektrischer Energie erzeugt werden.

Um einen konstanten Zustand der Supraleitfähigkeit aufrechtzuerhalten, muss ein Kühlmechanismus installiert werden, der üblicherweise flüssiges Helium zur Kühlung verwendet. Nachteilig sind der Preis und der große apparative Aufwand. In den letzten Jahren ist es möglich geworden, supraleitende Magnete direkt zu kühlen, ohne flüssiges Helium zu verwenden, indem man die Materialien für die Spulen, aus denen der Magnet besteht, verändert.

Das verwendete Material ist ein Kupferoxid auf Wismutbasis, das auf 20 K (-253 °C) gekühlt werden kann, eine höhere Temperatur, bei der die Supraleitung erreicht wird, als es bisher möglich war. Diese Magnete werden als hochtemperatursupraleitende Magnete bezeichnet. Die für die Kühlung von supraleitenden Hochtemperaturmagneten verwendeten Geräte nutzen die adiabatische Ausdehnung, um das Material direkt zu kühlen, wodurch sie leicht und kompakt sind.

Was ist ein Beschleunigungssensor?

Beschleunigungssensoren sind Sensoren zur Messung der Beschleunigung.

Die Beschleunigung ist die Zunahme der Geschwindigkeit pro Zeiteinheit und ist in der Physik ein wichtiger Parameter, der eine Kraft auf ein Objekt ausüben kann.

Beschleunigungssensoren lassen sich grob in kapazitive, piezoelektrische (piezoresistive) und thermische Messverfahren einteilen. Die Sensoren der einzelnen Verfahren unterscheiden sich in der Beschleunigung, die sie erfassen können. Kapazitive Methoden können die Schwerkraftbeschleunigung erfassen, piezoelektrische (piezoresistive) Methoden hingegen nicht.

Anwendungen von Beschleunigungssensoren

Beschleunigungssensoren werden sowohl zur einfachen Messung der Beschleunigung als auch zur Messung anderer Parameter über die Beschleunigung eingesetzt. Zu ersteren gehören Sensoren in Smartphones und tragbaren Spielkonsolen, Sensoren zur Erkennung von Erschütterungen, um die Airbags in Autos zu aktivieren, und andere Sensoren wie Seismometer.

Zu den letzteren gehören Neigungsmesser und Schrittzähler, die Beschleunigungssensoren nach der Kapazitätsmethode verwenden, die in der Lage sind, die Gravitationsbeschleunigung zu erfassen.

Funktionsweise von Beschleunigungssensoren

Beschleunigungssensoren lassen sich grob in die kapazitive Methode, die piezoelektrische (piezoresistive) Methode und die thermische Methode einteilen. Die Grundfunktionsweise jeder Methode ist dasselbe. Der Sensor ist in einen festen und einen flexiblen Teil unterteilt. Wenn eine Beschleunigung auf den Beschleunigungssensor einwirkt, verformt sich der flexible Teil.

Die Differenz zwischen dem festen Teil und dem verformten flexiblen Teil wird von dem Element erfasst, das dann die Beschleunigung misst. Bei der kapazitiven Methode befinden sich im festen und im flexiblen Teil jeweils eine Elektrode. Die Konfiguration des Sensors ist eine kammartige Anordnung von abwechselnd festen und flexiblen Teilen mit Elektroden.

Die Kapazität zwischen den Elektroden des festen Teils und des flexiblen Teils ändert sich, wenn eine Beschleunigung einwirkt, so dass die Beschleunigung anhand des Betrags der Änderung bestimmt werden kann.

Piezoelektrische (piezoresistive) Verfahren verwenden ein piezoelektrisches Element zur Messung der Beschleunigung. Das piezoelektrische Element wird durch die Beschleunigung verformt und erzeugt einen elektrischen Strom. Der erzeugte Strom wird als Beschleunigung gemessen.

Weitere Informationen zu Beschleunigungssensoren

1. Unterschiede zwischen Beschleunigungssensoren und Kreiselsensoren

Ein Sensor mit ähnlicher Leistung wie Beschleunigungssensoren ist der Kreiselsensor. In diesem Abschnitt werden die Unterschiede zwischen Beschleunigungssensoren und Kreiselsensoren erläutert.

Wie der Name schon sagt, sind Beschleunigungssensoren Sensoren, die zur Messung der Beschleunigung verwendet werden. Kreiselsensoren hingegen sind für die Messung der Winkelgeschwindigkeit ausgelegt, was bedeutet, dass die physikalischen Größen, die sie erfassen, unterschiedlich sind.

Gyrosensoren nutzen die Corioliskraft, um die Richtung und Ausrichtung eines Objekts zu erfassen, die dann als elektrisches Signal ausgegeben wird. Sie werden beispielsweise verwendet, um die Neigung eines Objekts zu messen, und sind in einer Vielzahl von elektronischen Geräten wie Navigationssystemen für Autos, Digitalkameras mit Bildstabilisierung, Smartphones und Spielkonsolen eingebaut.

Beschleunigungssensoren und Kreiselsensoren können auch kombiniert werden, um die Bewegung eines Objekts genauer zu messen. Die kombinierte Sensortechnologie wird zum Beispiel in Navigationssystemen für Autos, einem der beliebtesten Produkte im Fahrzeug, eingesetzt, indem beide Sensoren miteinander kombiniert werden.

So kann der Gyrosensor die Richtung des Fahrzeugs und der Beschleunigungssensor die zurückgelegte Strecke bestimmen, so dass der aktuelle Standort auch an Orten mit schwierigem Signalempfang, wie z. B. in Tunneln, genau angezeigt werden kann.

2. Verwendung des Beschleunigungssensors

Um die gewünschte Anwendung mit Beschleunigungssensoren realisieren zu können, muss der benötigte Messbereich bzw. die Frequenzbandbreite im Vorfeld bestätigt werden. Soll beispielsweise ein Beschleunigungssensor an einem Controller für einen Spielautomaten angebracht werden, muss er einen Messbereich haben, der über den gewünschten Bereich hinausgeht, vorausgesetzt, der Benutzer schüttelt den Controller, um ihn zu bedienen.

Ist der geeignete Beschleunigungssensor für das Messziel gefunden, wird der Sensor tatsächlich verkabelt und das Messprogramm erstellt. An diesem Punkt ist die Parametereinstellung wichtig. In den Parametereinstellungen können Sie die Empfindlichkeit des Sensors, den 0g-Ausgangspegel (wenn die Gravitationsbeschleunigung 0 ist) usw. ändern. Wenn diese Einstellungen nicht angemessen sind, wird es schwierig sein, die gewünschte Anwendung zu realisieren.

Was ist eine Teilezuführung?

Eine Teilezuführung (englisch: parts feeder) ist ein Gerät, das automatisch Teile in einer Produktionslinie zuführen kann.

Sie wird auch als automatischer Teilezuführer bezeichnet. Sie werden in Verbindung mit automatisierten Systemen wie Montagemaschinen, Verpackungsmaschinen, kooperativen Robotern und Prüfmaschinen eingesetzt.

In der Regel werden die Teile vibriert, so dass jedes Teil in einer unterschiedlichen Ausrichtung ausgerichtet und in der gleichen Ausrichtung zugeführt werden kann. So können verschiedene Prozesse wie Montage, Verpackung und Umhüllung effizient durchgeführt werden.

In Kombination mit Bildverarbeitungsgeräten oder künstlicher Intelligenz können die Teile gleichzeitig geprüft oder mit Geräten des nächsten Prozesses kombiniert werden, um die Genauigkeit des Vorgangs zu verbessern und die Personal- und Installationskosten zu senken.

Anwendungen von Teilezuführungen

Teilezuführungen werden eingeführt, um die Effizienz der Anlagenproduktion zu verbessern. Sie werden bei der Herstellung von mechanischen und elektronischen Bauteilen sowie von Arzneimitteln und Lebensmitteln eingesetzt. Teilezuführungen werden nicht nur zur Steigerung der betrieblichen Effizienz durch Automatisierung der Teilezuführung eingesetzt, sondern auch in Kombination mit Bildverarbeitungsanlagen und künstlicher Intelligenz.

Ziel ist es, Teile automatisch zuzuführen und gleichzeitig zu prüfen, um so die Betriebsgenauigkeit und die Produktqualität zu verbessern. Einige Teilezuführungen liefern mehrere Teile zusammen, z. B. werden Unterlegscheiben und Schrauben zusammen zugeführt, während andere die Teile zerlegen und zusammengesetzt zuführen.

Funktionsweise der Teilezuführungen

Teilezuführungen richten Teile aus, indem sie sie in Schwingungen versetzen. Der Teil, der die Teile in Schwingung versetzt, wird als Vibrationselement oder Oszillator bezeichnet und ist das Herzstück der Teilezuführungen. Die Vibrationsmethode ist mit Hilfe eines Elektromagneten hauptsächlich elektromagnetisch und die erzeugten Vibrationen werden durch eine Tellerfeder verstärkt, um noch stärkere Vibrationen zu erzeugen.

Andere Methoden sind die piezoelektrische Methode, bei der piezoelektrische Elemente verwendet werden. Die zugeführten Teile werden zunächst in eine Schale gelegt, die ein Behälter für die Teile ist, und dann wird die Schale durch ein Vibrationselement in Schwingungen versetzt, um die Teile auszurichten. Die ausgerichteten Teile werden in eine Rutsche geleitet und der Maschine für den nächsten Prozess zugeführt.

Die Teile in der Schüssel werden von einer Vorrichtung, dem so genannten Trichter, überwacht. Der Trichter erkennt die Anzahl der Teile in der Schale und steuert die Zuführung. Es gibt verschiedene Arten von Trichtern, z. B. elektromagnetische Trichter, Förderbänder und Zylindertrichter. Trichter verhindern eine Über- oder Unterfüllung des Fördertopfes und stabilisieren die Teilezuführungen des Teileförderers.

Die Teilezuführungen sind so konzipiert, dass sie mit einer Vielzahl von Sensoren und optionalen Teilen ausgestattet werden können, so dass sie für unterschiedliche Zwecke angepasst werden können.

Auswahl von Teilezuführungen

In der Trommelsektion des Teilezuführers werden verschiedene Antriebsmuster verwendet und je nach Teil muss der entsprechende Teilezuführer eingesetzt werden.

Der gebräuchlichste Typ von Teilezuführungen ist die elektromagnetische Teilezuführung, aber es gibt auch verschiedene andere Typen, wie z. B. motorische, piezoelektrische und Verbund-Drehscheiben-Typen. Jede hat ihre eigenen Vor- und Nachteile, so dass es sehr wichtig ist, die am besten geeignete Teilezuführung auszuwählen, nachdem man sich über die Einsatzbedingungen und Kosten im Klaren ist.

Arten von Teilezuführungen

Es gibt verschiedene Arten von Teilezuführungen, wie z. B. elektromagnetische, motorische, piezoelektrische (Piezo) und Verbund-Drehscheiben-Zuführungen, von denen jede ihre eigenen Merkmale hat.

1. Elektromagnetische Teilezuführungen

Elektromagnetische Teilezuführungen gibt es als Hohlwellen-, Vollwellen-, Hochfrequenz-Teilezuführungen und Dual Motion.

• Hohlwellensysteme: Mit einer Schwingungsfrequenz von 3000 bis 3600 Schwingungen pro Minute haben diese Systeme eine große Amplitude und eine hohe Förderleistung, sind einfach zu handhaben, werden häufig für leicht zu sortierende Teile verwendet und sind kostengünstiger als Vollwellensysteme.
• Vollwellensysteme: Mit einer Frequenz von 6000 bis 7200 Schwingungen pro Minute haben diese Systeme eine feine Schwingungsfrequenz und sind daher für kleine oder schwer zu sortierende Teile geeignet.
• Hochfrequenz-Teilezuführungen: erzeugen mit Hilfe einer Invertersteuerung eine feine Vibrationsfrequenz von 250 Hz bis 350 Hz. Geeignet für kleinste Werkstücke.
• Dual Motion: Die Dual Motion erzeugt eine elliptische Bewegung durch die Einrichtung von zwei Vibrationssystemen, einem horizontalen und einem vertikalen. Die vertikalen und horizontalen Vibrationen werden separat gesteuert, um einen schnellen Vorschub und eine gleichmäßige Förderung zu gewährleisten. Auch die Vibrationsrichtung kann zwischen vertikal und horizontal gewählt werden.

2. Motorisierte Teilezuführungen

Diese Teilezuführungen werden nur in der horizontalen Bewegung durch einen Motor angetrieben und zeichnen sich durch einen niedrigen Geräuschpegel aus.

3. Piezoelektrische Teilezuführungen

Piezoelektrische Teilzuführungen werden durch piezoelektrische Elemente angetrieben. Diese Teilezuführungen benötigen keine Schwingungsanpassung und sollen Energie sparen.

4. Kombinierte Teilezuführungen mit Drehscheibe

Dieser Teileförderer arbeitet nicht mit Vibrationen, sondern verwendet eine rotierende Scheibe, um die Teile sanft zu drehen und sie so ausgerichtet zuzuführen. Geringe Vibrationen, geringe Geräuschentwicklung und hohe Fördergeschwindigkeiten sind möglich.

Was ist ein Dehnungsmessstreifen?

Dehnungsmessstreifen sind Geräte, die die Dehnung eines Objekts messen. Sie werden auch in Druckmessgeräten und Kraftmessgeräten verwendet, da sie Dehnungen messen und Druck und Belastung berechnen können.

Anwendungen von Dehnungsmessstreifen

Dehnungsmessstreifen werden zur Messung der Dehnung in Produkten verwendet, bei denen sich die Dehnung direkt auf die Festigkeit auswirkt, zur Messung von Lasten in Produktionsanlagen und zur Messung des Verformungsgrads von Formen und anderen Bauteilen. Es muss jedoch darauf geachtet werden, dass die Dehnungskäfige in der richtigen Ausrichtung montiert werden, da sonst Messfehler auftreten.

Konkrete Beispiele für die Verwendung sind:

• Messung der Festigkeit und Dehnung von Leiterplatten
• Überwachung und Messung der Belastung von Druckmaschinen

Funktionsweise und Arten von Dehnungsmessstreifen

Im Folgenden werden die Grundsätze und Arten von Dehnungsmessstreifen erläutert.

1. Funktionsweise der Dehnungsmessstreifen

Dehnungsmessstreifen werden verwendet, indem sie an dem zu messenden Objekt befestigt werden, das dann mit dem Objekt belastet wird, wobei sich der innere elektrische Widerstand ändert. Die Dehnung wird durch Messung des Betrags, um den sich der Strom ändert, berechnet.

2. Arten von Dehnungsmessstreifen

Es gibt eine große Vielfalt von Dehnungsmessstreifen. Am weitesten verbreitet sind Dehnungsmessstreifen aus Folie, Dehnungsmessstreifen aus Draht und Halbleiter-Dehnungsmessstreifen.

Weitere Merkmale von Dehnungsmessstreifen sind solche, die für niedrige und hohe Temperaturen geeignet sind, solche, die feinere Dehnungen messen können, sowie solche, die aus Materialien bestehen, die für die verschiedenen zu messenden Werkstoffe geeignet sind.

Aufbau von Dehnungsmessstreifen

Die Strukturen von Dehnungsmessstreifen und Halbleiter-Dehnungsmessstreifen werden im Folgenden beschrieben

1. Dehnungsmessstreifen aus Folie

Der Aufbau des Folien-Dehnungsmessstreifens, der am weitesten verbreiteten Art von Dehnungsmessstreifen, besteht aus einer Metallfolie, die zickzackförmig auf einer Isolatorunterlage angebracht ist, wobei zwei Drähte aus der Metallfolie herausragen. Diese beiden Drähte sind mit einer Schaltung namens Hoinston-Brückenschaltung verbunden.

Die Hoinston-Brückenschaltung ist eine Schaltung, in der drei Widerstände mit bekanntem Widerstand und vier Dehnungsmessstreifen in einer Brückenkonfiguration angeordnet sind, und der Widerstand der Dehnungsmessstreifen kann durch Messung der Potenzialdifferenz zwischen den Mittelpunkten der Widerstände gemessen werden.

Wenn das Messobjekt, an dem die Dehnungsmessstreifen angebracht sind, verformt wird, dehnt sich die Folie der angebrachten Dehnungsmessstreifen aus oder zieht sich zusammen. Der Wert des elektrischen Widerstands ändert sich, und der Betrag der Widerstandsänderung wird aus der Potenzialdifferenz in der Hoinston-Brückenschaltung bestimmt. Der Dehnungsmessstreifen hat einen Dehnungsmessstreifen-Faktor, der ein innerer Wert der Widerstandsänderung bei Dehnung ist, sodass es möglich ist, die Dehnung des zu messenden Objekts aus dem Dehnungsmessstreifen-Faktor und dem Betrag der Widerstandsänderung zu berechnen.

2. Dehnungsmessstreifen für Halbleiter

Halbleiter-Dehnungsmessstreifen sind Dehnungsmessstreifen, die einen Halbleiter im Folienteil eines Folien-Dehnungsmessstreifens verwenden und sich die Eigenschaft zunutze machen, dass sich der elektrische Widerstand des Halbleiters ändert, wenn Spannung auf den Halbleiter einwirkt.

Weitere Informationen über Dehnungsmessstreifen

1. Wie werden Dehnungsmessstreifen eingesetzt?

Die Genauigkeit der Dehnungsmessung mit Dehnungsmessstreifen hängt stark von der Art und Weise ab, wie die Dehnungsmessstreifen angebracht werden (in vielen Fällen durch Kleben). Daher ist bei der Anbringung von Dehnungsmessstreifen auf dem Messobjekt besondere Sorgfalt geboten. Der erste Schritt besteht darin, die Oberfläche des Messobjekts, an dem der DMS angebracht werden soll, zu reinigen.

Um das Öl gründlich zu entfernen, eignet sich ein Reinigungsmittel auf Ölbasis oder ähnliches. Geschieht dies nicht, dringt das Öl tiefer in das Material ein, wenn die Oberfläche während der Anwendung geschliffen oder poliert wird. Nach der Reinigung heben Sie das Messgerät mit einer Pinzette an und kleben es vorsichtig auf die zu messende Oberfläche.

Dabei ist darauf zu achten, dass alle Luftblasen zwischen der Oberfläche und dem Messgerät aus dem Kleber gedrückt werden. In diesem Zustand warten Sie einige Minuten, bis der Klebstoff ausgehärtet ist. Nach Ablauf dieser Zeit wird die gesamte Oberfläche mit Isolierband umwickelt, um sie vor Beschädigungen zu schützen, und die Anwendung ist abgeschlossen.

2. Nachteile von Dehnungsmessstreifen und deren Behebung

Der Vorteil von Dehnungsmessstreifen besteht darin, dass sie durch einfaches Aufkleben auf das zu messende Objekt leicht zur Dehnungsmessung verwendet werden können. Ein Beispiel ist das Problem der Spannung.

Die Dehnung variiert aufgrund der Wechselwirkung zwischen von außen einwirkenden Kräften und inneren Spannungen im Material. Die Analyse von Dehnungen in zwei oder drei Richtungen erfordert daher den Einsatz von Dehnungsmessstreifen, die eine Kombination aus mehreren Dehnungsmessstreifen darstellen.

Darüber hinaus kann je nach Wärmeausdehnungskoeffizient des Materials, aus dem das Messobjekt besteht, eine Dehnung festgestellt werden, auch wenn tatsächlich keine Dehnung vorliegt. Um dies zu verhindern, muss das Material des Dehnungsmessstreifens an das zu messende Material angepasst werden.

Die Dehnungsmessung mit Dehnungsmessstreifen setzt eine gute Kenntnis dieser physikalischen oder mechanischen Eigenschaften voraus. Unter den zahlreichen verfügbaren Typen muss der am besten geeignete ausgewählt werden.

3. Dehnungsmessstreifen und Temperaturkompensation

Die wichtigsten Faktoren, die auf Dehnungsmessstreifen einwirken, die auf das Messobjekt aufgeklebt sind, sind die durch äußere Kräfte verursachte Dehnung und der Einfluss von Temperaturänderungen. Bei Temperaturänderungen werden die Dehnungsmessstreifen durch den Unterschied im linearen Ausdehnungskoeffizienten zwischen dem Messobjekt und den Dehnungsmessstreifen sowie durch die temperaturbedingte Änderung des Widerstands der Dehnungsmessstreifen beeinflusst.

Die Messung der Dehnung, als ob sie durch eine Temperaturänderung verursacht würde, wird als scheinbare Dehnung bezeichnet. Die Verwendung selbsttemperaturkompensierender Dehnungsmessstreifen ist die wirksamste Gegenmaßnahme gegen scheinbare Dehnungen. Selbsttemperaturkompensierende Dehnungsmessstreifen sind Dehnungsmessstreifen, bei denen der Widerstandstemperaturkoeffizient des Dehnungsmessstreifens an das Messobjekt angepasst und die temperaturbedingte Scheindehnung minimiert wird.

Die Auswahl des richtigen Dehnungsmessstreifens für das Messobjekt ist die beste Wahl, aber es können Fehler bleiben. In einigen Fällen haben sie nichtlineare Eigenschaften. In den meisten Fällen ist dieser Fehler auf dem Datenblatt des Dehnungsmessstreifens angegeben, und wenn genauere Messungen erforderlich sind, können Kompensationsberechnungen durchgeführt werden, um den aus dem Datenblatt errechneten Fehler zu berücksichtigen.

4. Dehnungsmessstreifen und Kriechkompensation

Kriechen ist ein Phänomen, bei dem die Dehnung mit der Zeit zunimmt, wenn eine konstante Last unter bestimmten Temperaturbedingungen aufgebracht wird. Kriechen ist der natürliche Feind von Dehnungsmessstreifen, und wenn es auftritt, kann es direkt zu Messfehlern führen.

Kriechphänomene bei Dehnungsmessstreifen werden fast immer durch das Grundmaterial, die Gitterform und den Klebstoff verursacht. Daher besteht eine gängige Methode darin, die Auswirkungen der Kriechphänomene gegenseitig aufzuheben, indem ein Dehnungsgenerator in der entgegengesetzten Phase des durch diese Faktoren verursachten Kriechens als das Materialkriechen verwendet und der Dehnungsmessstreifen daran befestigt wird.

Wichtig ist die Kombination der Werkstoffe. Wenn die Kriechphänomene in entgegengesetzter Phase sind, aber ihre absoluten Werte sehr unterschiedlich sind, können sie nicht aufgehoben werden und die Wirkung wird in eine Richtung spürbar sein. Es ist zu beachten, dass die Kriecherscheinungen je nach Werkstoff in den meisten Fällen bei höheren Temperaturen stärker ausgeprägt sind. Je höher die auf den Dehnungsmessstreifen ausgeübte Spannung ist, desto kürzer ist die Zeit bis zum Bruch (Lebensdauer), wenn man die Zunahme der Dehnung aufgrund des Kriechphänomens berücksichtigt.

Was ist ein Tachometer?

Ein Tachometer (englisch: revolution indicator, tachometer) ist ein Messgerät, das die Anzahl der Umdrehungen oder die Drehgeschwindigkeit eines Objekts in Rotationsbewegung misst. Ursprünglich wurde die Drehzahl als Winkelgeschwindigkeit ausgedrückt, in der Industrie wird sie jedoch häufig als Anzahl der Umdrehungen in einer bestimmten Zeitspanne, z. B. Umdrehungen pro Minute (U/min), angegeben. Daher werden Instrumente, die die Drehzahl messen, im Allgemeinen als Tachometer bezeichnet.

Die zwei Arten von Tachometern sind solche, die durch Kontakt mit einem rotierenden Objekt messen, und solche, die ohne Kontakt messen. Beim berührenden Typ wird das Schütz direkt gegen das rotierende Objekt gedrückt, was eine schnelle Messung ermöglicht. Der berührungslose Typ misst durch das Anbringen einer reflektierenden Markierung auf dem rotierenden Objekt oder durch das Anbringen von Sensoren. Auch schnell drehende Objekte und heiße Objekte können gemessen werden.

Tachometer werden hauptsächlich für die Wartung von rotierenden Geräten und zur Messung der Drehzahl von Motoren, Elektromotoren, Generatoren, Turbinen usw. verwendet.

Anwendungen von Tachometern

Tachometer werden zur Messung der Drehzahl oder Geschwindigkeit von rotierenden Objekten durch berührende oder berührungslose Methoden verwendet. Beispiele sind Motoren und andere Verbrennungsmotoren, Motoren, Turbinengeneratoren, Kühlaggregate und eine Vielzahl anderer industrieller Produkte. Ein bekanntes Beispiel ist die Anzeige der Motordrehzahl auf dem Armaturenbrett eines Autos.

Funktionsweise von Tachometern

Tachometer lassen sich grob in mechanische und elektronische Typen unterteilen. Mechanische Tachometer sind seit der Antike in Gebrauch und kombinieren ein Dezimalgetriebe zum Zählen der Umdrehungen mit einem Zeitmessungsmechanismus, der das Gerät über einen bestimmten Zeitraum betreibt. Gemessen wird die Anzahl der in einer bestimmten Zeit zurückgelegten Umdrehungen.

Kontakttachometer bestehen hauptsächlich aus einem Dauermagneten, einer Messspule und einem Magnetkreis. Die Spule erfasst eine induzierte Spannung, die proportional zu der durch die Drehung verursachten Änderung des magnetischen Flusses ist. Diese Spannung wird umgewandelt und als Ausgangssignal für die Drehung verwendet. Instrumente, die den Momentanwert der Rotationsgeschwindigkeit, d. h. die Winkelgeschwindigkeit, kontinuierlich messen und anzeigen, wandeln die Winkelgeschwindigkeit in andere leicht zu handhabende physikalische Größen um, die ihr proportional sind, wie z. B. die Zentrifugalkraft, die viskose Kraft der Flüssigkeit oder die elektromotorische Kraft aufgrund elektromagnetischer Induktion.

Berührungslose Tachometer gibt es nach verschiedenen Methoden. Bei der Reflexionsmethode wird das von einem Reflexionsband auf dem rotierenden Körper reflektierte Licht gezählt, während bei der Magnetkraftmethode Änderungen des Magnetfelds von einem Magneten auf dem rotierenden Körper erfasst werden. Und die Sensormethode zählt Signale von einem Sensor, der an dem rotierenden Element angebracht ist. Es gibt verschiedene Arten von Sensoren, darunter optische, magnetische und elektromagnetische Induktionssensoren.

Arten von Tachometern und Messverfahren

Bei Tachometern unterscheidet man zwischen Kontakt-, berührungslosen, Dual-Use- und Sensortypen.

1. Kontakt-Tachometer

Kontakt-Tachometer werden verwendet, indem sie gegen die Mitte einer rotierenden Welle drücken. Sie verwenden Zahnräder, um die Anzahl der Umdrehungen zu zählen, die in einer bestimmten Zeit gemacht werden. Das Drücken des Druckknopfes dauert in der Regel 3 Sekunden und die Anzahl der Umdrehungen wird in U/min angezeigt. Es gibt verschiedene Arten von elektronischen Typen. Die Drehzahl kann direkt abgelesen werden, indem der Hand-Tachometer gegen den Mittelpunkt der rotierenden Welle gedrückt wird.

Zur Messung der Umfangsgeschwindigkeit kann ein Drehzahlring am Tachometer angebracht und gegen die Umfangsfläche der rotierenden Welle gedrückt werden. Die Verwendung von Kontakttachometern zur Messung schnell drehender Geräte ist gefährlich. Sicherer ist es, sie für niedrige Drehzahlen zu verwenden.

2. Berührungslose Tachometer

Berührungslose Tachometer gibt es in verschiedenen Ausführungen, darunter Reflexionsmarken-, Magnet- und Sensortachometer. Es gibt analoge und digitale Anzeigesysteme. In der Regel sind sowohl analoge als auch digitale Ausgänge vorhanden. Bei beiden Systemen wird das erfasste Rotationssignal verstärkt und in eine Gleichspannung umgewandelt, die als Rotationsausgangssignal verwendet wird.

Bei der Reflexionsmarkenmethode wird ein Reflexionsband am äußeren Umfang der rotierenden Welle angebracht, rotes sichtbares Licht oder LEDs werden vom Tachometer ausgestrahlt und das von der Reflexionsmarke reflektierte Licht wird gezählt. Die Anzahl der Umdrehungen wird dann umgerechnet und angezeigt. Der Messbereich hängt von der Anzahl der reflektierenden Bänder ab. Der Erfassungsbereich liegt bei 20-300 mm. Bei der magnetischen Methode handelt es sich um ein Tachometer, bei dem die rotierende Welle magnetisiert wird und die Änderungen des magnetischen Flusses erfasst werden.

3. Kontakttachometer und berührungslose Tachometer

Kontakttachometer werden verwendet, indem ein Kontaktadapter und ein Drehschütz an den Kopf eines berührungslosen Hand-Tachometers angeschlossen werden.

4. Sensor-Tachometer

Bei dieser Art von Tachometern werden Sensoren an der rotierenden Welle angebracht. Es gibt optische, magnetische und elektromagnetische Induktionssensoren. Die meisten sind berührungslos.

Optischer Typ
Eine Scheibe mit einem Schlitz wird am rotierenden Körper angebracht, und durch Lichteinfall wird die Anzahl der Schlitze gezählt, die die Scheibe durchlaufen. Das System hat eine schnelle Reaktionszeit.

Magnetischer Typ
Ein Verfahren, bei dem ein Magnet am Motor befestigt ist und die durch die Drehung verursachten Änderungen des Magnetfelds erfasst werden. Das magnetische Verfahren ist resistent gegen Verunreinigungen wie Wasser und Öl. Es kann in Umgebungen eingesetzt werden, die anfällig für Verunreinigungen sind, wie z. B. industrielle Nähmaschinen und Werkzeugmaschinen.

Elektromagnetische Induktionsmethode
Bei dieser Methode werden Änderungen des Magnetfelds erfasst, wenn die Sensorspule über einen Vorsprung auf dem rotierenden Körper fährt. Geeignet für die Messung hoher Rotationsgeschwindigkeiten. Wird in ABS-Systemen von Kraftfahrzeugen verwendet. Es gibt inzwischen FFT-Tachometer, die die Drehzahl durch Erkennung von Vibrationen und Geräuschen schätzen und messen, ohne dass ein Rotationssensor oder andere Spezialgeräte erforderlich sind.