投稿者: ss1005yh

Was ist ein Komparator?

Ein Komparator ist ein Element, das zwei Eingangssignale vergleicht und je nach Ergebnis unterschiedliche Ausgänge erzeugt. Im Allgemeinen werden zwei Eingänge verwendet: der Eingang des zu messenden Signals und ein Referenzsignal.

Dies ermöglicht eine bedingte Verzweigung in der Schaltung, um beispielsweise eine bestimmte Operation durchzuführen, wenn ein Signal (Strom oder Spannung) eingegeben wird, das den Referenzwert überschreitet.

Komparator-Eingänge sind analog, aber die Ausgangssignale sind digital

Der Eingang eines Komparators ist analog, aber das Ausgangssignal ist digital. Komparatoren können daher als Schnittstelle zwischen analogen und digitalen Schaltungen verwendet werden.

Verwendungszwecke von Komparatoren

Komparatoren können zum Aufbau von Logikschaltungen verwendet werden, die Vergleiche zwischen Eingangssignalen (Strom und Spannung) und Referenzsignalen vornehmen. Sie können zum Beispiel übermäßige Spannungsanstiege oder -abfälle überwachen und Alarm schlagen, wenn sie außerhalb des Bereichs liegen, oder den Betrieb von Geräten steuern.

Auch andere bedingte Wenn-Dann-Zweige können verwendet werden, wie z. B. die automatische Anpassung der Temperatur eines Kühlschranks oder einer Klimaanlage oder die Begrenzung der Leistung eines Mobiltelefons oder PCs, wenn der Akku zur Neige geht.

Prinzip des Komparators

Komparatoren haben fünf Anschlüsse: einen positiven und einen negativen Stromversorgungsanschluss, zwei Eingänge und einen Ausgangsanschluss. Sie haben fast die gleiche Konfiguration wie ein Operationsverstärker, der einzige Unterschied besteht darin, ob eine invertierende Verstärkung durchgeführt wird oder nicht. Operationsverstärker haben ursprünglich die Eigenschaft, bei einer Differenz der Eingangsspannung die Spannung der Stromversorgung auszugeben, und Komparatoren machen sich diese Eigenschaft zunutze.

Umgekehrt kann eine Schaltung, die eine Rückkopplung von der Ausgangsklemme des Komparators zur negativen Eingangsklemme herstellt, als Operationsverstärker verwendet werden. Da Komparatoren nicht über einen Mechanismus zur invertierenden Verstärkung verfügen, bieten sie keine Phasenkompensation zur Vermeidung von Oszillationen wie Operationsverstärker.

Daher ist das Hauptmerkmal von Komparatoren, dass sie im Vergleich zu Operationsverstärkern ein besseres Ansprechverhalten haben. Wenn mehrere Komparatoren verwendet werden und der Referenzwert in Stufen eingestellt wird, können sie als AD-Wandler eingesetzt werden. AD-Wandler mit einer solchen Struktur können Hochgeschwindigkeitsumwandlungen durchführen.

Weitere Informationen über Komparatoren

Hysterese-Komparatoren

Wenn der Komparator einen einzigen Schwellenwert für den Vergleich hat, führt ein unerwartetes externes Rauschen, das dem Analogsignal überlagert wird, dazu, dass der Komparator als Reaktion auf das Rauschen den High/Low-Wert wiederholt. Dies führt zu einer Fehlfunktion, anstatt mit dem ursprünglichen Eingangswert zu schalten, weshalb ein Komparator mit der Bezeichnung Hysteresekomparator erfunden wurde.

Hysteresekomparatoren zeichnen sich durch zwei Schwellenwerte in Abhängigkeit vom Ausgangszustand aus. Sobald der Ausgang umschaltet, schaltet er auf einen anderen Schwellenwert um, der sich vom vorherigen unterscheidet, wodurch unerwartete, durch Rauschen verursachte Fehlfunktionen verhindert werden.

Bei der Schaltung eines Hysteresekomparators wird die Ausgangsklemme eines herkömmlichen Komparators über einen Widerstand o. ä. mit der Eingangsklemme rückgekoppelt. Diese Schaltung wird übrigens nach dem Namen des Erfinders (Otto Schmitt) als Schmitt-Trigger bezeichnet.

Schmitt-Trigger werden in der Regel in Kombination mit aktiven Elementen wie Zenerdioden verwendet, um Schwankungen der Versorgungsspannung zu verhindern, was die Schaltung vielseitiger macht. Die Schwellenwerte des Hysteresekomparators können entweder symmetrisch zu 0 V oder asymmetrisch eingestellt werden, wichtig ist jedoch, dass die Hysteresebreite nicht zu groß ist.

Denn eine Vergrößerung der Hysteresebreite verbessert zwar die Immunität gegen externes Rauschen, aber die Empfindlichkeit gegenüber dem ursprünglich zu beurteilenden Eingangswert wird verschlechtert. Daher sollte darauf geachtet werden, die Hysteresebreite nicht mehr als nötig über den tatsächlichen Rauschwert hinaus zu erhöhen. Für ein ausgewogeneres Design sollte auch das Verhältnis zwischen der Schwellenspannung und der Versorgungsspannung des Komparators berücksichtigt werden.

Was ist ein Schiebeschalter?

Ein Schiebeschalter ist ein Schalter, der durch Verschieben eines Knopfes ein- und ausgeschaltet wird.

Es gibt vertikale und horizontale Schiebeschalter und sie werden auch in bekannten Elektrogeräten verwendet. Die Möglichkeiten für ihre Verwendung in digitalisierten Produkten nehmen jedoch ab. Es gibt verschiedene Anschlussmethoden für Schiebeschalter, darunter Durchgangslöcher, rechtwinklige Anschlüsse, Lötzinn und Schrauben. In den letzten Jahren hat die Miniaturisierung Fortschritte gemacht, und einige Produkte werden als Dip-Schalter montiert.

Anwendungen von Schiebeschaltern

Schiebeschalter werden hauptsächlich zum Ein- und Ausschalten von Strom verwendet und kommen in einer Vielzahl von Anwendungen zum Einsatz, von Industrieprodukten bis hin zu Haushaltsgeräten. Nachfolgend einige Beispiele für den Einsatz von Schiebeschaltern.

• Haushaltsgeräte wie z. B. Ventilatoren
• Tragbare Produkte wie Rasierapparate und Haartrockner
• Beleuchtungsgeräte wie z. B. Taschenlampen
• Einstellungen von Industriegeräten wie Wechselrichtern

Einige Low-Profile-Produkte sind nur 1,4 mm dick und damit noch kompakter. Kompakte Schiebeschalter werden manchmal als in Leiterplatten integrierte Abblendschalter verwendet. Einige Produkte haben dank eines ausgeklügelten Kontaktmechanismus einen Selbstreinigungseffekt.

Funktionsweise von Schiebeschaltern

Schiebeschalter bestehen aus Klemmen, Knöpfen/Gehäusen und Kontakten.

Die Klemme ist das Bauteil, an das die externe Verdrahtung angeschlossen wird. Es werden Stiftformen und Lötanschlüsse verwendet. In der Regel werden Kupferlegierungen und andere Werkstoffe verwendet, bei geringen Strombelastungen können jedoch auch teure Kontakte aus Gold oder Silber eingesetzt werden.

Der Drehknopf ist der bewegliche Teil, der vom Menschen bedient wird, während das Gehäuse die anderen Teile trägt und isoliert. Starke Isoliermaterialien werden bevorzugt, daher werden im Allgemeinen harte Kunstharze verwendet. Unterhalb des Knopfes befindet sich ein beweglicher Teil der Kontaktstelle, der durch Umschalten des Knopfes geschaltet werden kann.

Die Kontaktstelle ist der elektrische Pfad und besteht aus einem beweglichen und einem festen Abschnitt. Produkte mit einem Zweipunkt-Kontaktmechanismus sind als Schalter zuverlässiger als solche mit einem einzigen Kontaktpunkt zwischen der beweglichen und der festen Zwischenschicht. Außerdem ist bei Gleitkontaktsystemen mit Klammern ein Selbstreinigungseffekt zu erwarten.

Auswahl eines geeigneten Schiebeschalters

Schiebeschalter werden nach der Anzahl der benötigten Stromkreise und Anschlüsse sowie nach anderen Faktoren ausgewählt. Die Auswahl basiert insbesondere auf den folgenden Aspekten.

1. Zulässiger Strom und zulässige Spannung

Der zulässige Strom ist die Stromstärke, die der Schiebeschalter erregen kann. Je höher der zulässige Strom ist, desto größer ist der Strom, der fließen kann, aber je kleiner die Baugröße ist, desto niedriger ist der zulässige Strom in der Regel. Es sind Produkte von einigen zehn A bis zu einigen hundert mA erhältlich, im Allgemeinen von 0,1 bis 1 A.

Die zulässige Spannung (Stehspannung) ist die Spannung, der ein Produkt standhalten kann; Produkte, die für den Einsatz bei 100 VAC vorgesehen sind, werden oft mit einer zulässigen Spannung von 125 VAC beschrieben. Bei Produkten für die Leiterplattenmontage liegt die zulässige Spannung oft bei 30 VDC.

2. Montageverfahren

Die Montageart ist der Einbau des Schiebeschalters. Sie steht in engem Zusammenhang mit der Form des Anschlusses und ist für die Oberflächenmontage auf der Leiterplatte, das Einsetzen in ein Loch auf der Leiterplatte, etc. verfügbar. Es gibt auch verschiedene Formen, z. B. Produkte, bei denen die Schalter senkrecht oder waagerecht zur Montagefläche angeordnet sind.

3. Funktionsweise

Die Funktionsweise von Schiebeschaltern umfasst den Pol, den Schaltweg und die Kontaktart. Diese werden häufig kombiniert und z. B. als ‚zweipolig, umschaltbar‘ bezeichnet.

Die Pole eines Schalters sind die Anzahl der Stromkreise, die mit einer Betätigung geöffnet und geschlossen werden können. Sie gibt an, wie viele Kontaktschaltpunkte eines Stromkreises durch einen Schiebeschalter gleichzeitig geschaltet werden können. Kleinere Produkte sind oft einpolig, während es Produkte mit zwei bis vier Polen gibt.

Die Kontaktart bezieht sich auf die Art des Kontakts, der beim Schalten aktiviert wird, z. B. a-Kontakt oder b-Kontakt. Bei Schiebeschaltern werden häufig C-Kontakte verwendet, die einen Öffner- und einen Schließerkontakt sowie eine gemeinsame Klemme haben. Der Schaltweg eines Schalters gibt auch die Anzahl der Schaltungen an, die der Schalter ausführt. Schiebeschalter haben in der Regel einen doppelten Schaltweg, d. h. der Schaltweg eines Schalters entspricht zwei Kontakten.

4. Schaltverfahren

Das Schaltverfahren ist das Verhalten der Kontakte beim Schalten. Es gibt kurzschließende und nicht kurzschließende Produkte.

Kurzschluss ist eine Methode, bei der zwei oder mehr Kontakte beim Schalten gleichzeitig leiten, während Nicht-Kurzschluss eine Methode ist, bei der der Stromkreis im Moment des Schaltens der Kontakte einmal unterbrochen wird. Im Allgemeinen sind die meisten Produkte nicht-kurzschließend.

Was ist ein Dc-Motoren?

Dc-Motoren sind Motoren, die mit Gleichstrom betrieben werden. Im Allgemeinen wird er als Bürstenmotor bezeichnet.

Es gibt zwei Arten von Elektrizität: Gleichstrom- und Wechselstrom-Stromquellen. Bei einer Gleichstromquelle ist die Stromrichtung immer in eine Richtung gerichtet, während bei einer Wechselstromquelle die Stromrichtung zyklisch umgeschaltet wird. In der englischen Übersetzung steht DC für Direct Current (Gleichstrom) und AC für Alternate Current (Wechselstrom). Sie werden als DC- und AC-Stromquellen bezeichnet, wobei die Initialen DC bzw. AC verwendet werden.

Ein Dc-Motor ist also ein Motor, der mit einer Gleichstromquelle betrieben wird.

Verwendungszwecke von Dc-Motoren

Dc-Motoren sind sowohl in industriellen als auch in allgemeinen Anwendungen weit verbreitet. Für den allgemeinen Gebrauch werden sie in funkgesteuerten Spielzeugen und Automodellen eingesetzt. Der beliebte Mini-Vierradantrieb ist ein typisches Beispiel für ein Spielzeug, bei dem ein Dc-Motor zum Einsatz kommt: Dc-Motoren werden häufig in Spielzeugen verwendet, weil sie einfach und kostengünstig sind und mit Trockenbatterien betrieben werden können.

In der Industrie werden Gleichstrommotoren seit den 1800er Jahren für Zugantriebe verwendet. In den letzten Jahren wurden sie in Motoren für Elektrofahrzeuge und Motoren für die Rotation von Festplatten verwendet.

Das Prinzip von Dc-Motoren

Im Inneren eines Dc-Motors befindet sich in der Mitte ein Rotor, um den eine Spule gewickelt ist, die von einem Stator umgeben ist, der in N- bzw. S-Pole gepolt ist.

Wenn der Dc-Motor mit Strom versorgt wird, entsteht in der Spule ein Magnetfeld nach dem Flemingschen Gesetz. Wenn die magnetisierten Pole des Rotors und des Stators die gleiche Polarität haben, entsteht eine abstoßende Kraft; sind sie unterschiedlich gepolt, entsteht eine anziehende Kraft, die den Rotor in Drehung versetzt.

Durch Umkehrung des durch den Rotor fließenden Stroms ändern sich die Anziehungs- und Abstoßungskräfte, die sich abwechselnd wiederholen, um den Rotor in einer festen Richtung zu drehen. Die für die Magnetisierung erforderliche Energie wird von einer Leiterbürste geliefert, die in Kontakt mit einem Teil steht, das Kommutator genannt wird.

Aufgrund ihres einfachen Aufbaus können Motoren mit hohem Ausgangsdrehmoment zu geringen Kosten hergestellt werden. Da der Kommutator und die Bürsten jedoch in Kontakt miteinander rotieren, verschleißen die Bürsten. Daher ist bei kleinen bürstenbehafteten Dc-Motoren die Lebensdauer der Bürsten die Lebensdauer des Motors.

Arten von Dc-Motoren

Permanentmagnet-Gleichstrommotoren und Gleichstrommotoren mit elektromagnetischem Feld sind die Haupttypen von Gleichstrommotoren, obwohl es in den letzten Jahren auch bürstenlose Gleichstrommotoren gibt.

1. Permanentmagnet-DC-Motoren

Dc-Motoren mit Permanentmagneten verwenden Permanentmagnete im Stator. Der Rotor ist ein Elektromagnet, der aus einem Eisenkern und einer Spule besteht. Da der Stator nicht erregt werden muss, ist der Aufbau einfach und leicht zu steuern.

2. Gleichstrommotoren mit elektromagnetischem Feld

Beim Dc-Motor mit elektromagnetischem Feld sind sowohl der Stator als auch der Rotor Elektromagnete. Da der Feldfluss mit zunehmendem Statorstrom steigt, werden diese Motoren in mittleren und großen Dc-Motoren eingesetzt.

3. Bürstenlose Dc-Motoren

Bürstenlose Dc-Motoren verwenden Permanentmagnete im Rotor. Die Verschiebung des Rotors wird von einem Magnetsensor erfasst und durch Änderung des vom Stator erzeugten Magnetfelds gesteuert. Sie haben zwar eine lange Lebensdauer und sind aufgrund des Fehlens von Bürsten einfach zu warten, erfordern aber eine spezielle Stromversorgung für bürstenlose Dc-Motoren.

Weitere Informationen über Dc-Motoren

Unterschiede zwischen Dc-Motoren und Ac-Motoren

Der Unterschied zwischen Dc-Motoren und Ac-Motoren liegt in der Stromquelle: Dc-Motoren werden von einer Gleichstromquelle angetrieben, während Ac-Motoren von einer Wechselstromquelle angetrieben werden. Die Merkmale der beiden Motoren sind im Folgenden aufgeführt.

Merkmale von Dc-Motoren

• Batteriestrom kann so verwendet werden, wie er ist
• Stabile Rotationseigenschaften
• Kann zu niedrigen Kosten hergestellt werden
• Hohe Drehmomentsteuerung und stabiles Ansprechverhalten
• Ungleichmäßige Rotation
• Es ist schwierig, eine hohe Gleichspannung zu erzeugen, was die Herstellung größerer Motoren erschwert

Merkmale von Ac-Motoren

• Handelsübliche Stromversorgungen können so verwendet werden, wie sie sind
• Keine Bürsten, einfache und robuste Konstruktion
• Es lassen sich leicht hohe Spannungen erzeugen und die Motoren können größer gebaut werden
• Die Drehzahl ist entsprechend der Netzfrequenz konstant
• Für die Drehzahlregelung ist eine VVVF-Ausrüstung erforderlich

Die Stromversorgung durch das Energieversorgungsunternehmen ist eine Wechselstromversorgung. Wenn ein Dc-Motor von einer Wechselstromquelle angetrieben wird, wird ein Gleichrichter (Konverter) verwendet, um ihn in eine Gleichstromquelle umzuwandeln.

Was ist ein AC-Motor?

Ein AC-Motor ist ein Elektromotor, der von einer Wechselstromquelle angetrieben wird.

AC steht für Wechselstrom, d. h. einen Strom mit einer Frequenz, die im Laufe der Zeit zwischen positiv und negativ wechselt. Eine Stromquelle, die einen solchen Strom liefert, wird als Wechselstromquelle (AC-Stromquelle) bezeichnet.

AC-Motoren bestehen im Wesentlichen aus einem Stator und einem Rotor.

• Stator: eine auf eine elektromagnetische Stahlplatte gewickelte Spule.
• Rotor: ein Rotorkern aus elektromagnetischem Stahlblech mit einem käfigförmigen Leiter aus Aluminium und Spulenwicklungen.

Elektromotoren, die von einer Gleichstromquelle angetrieben werden, nennt man Gleichstrommotoren oder DC-Motoren (englisch: direct current motor).

Anwendungen von AC-Motoren

AC-Motoren werden zum Antrieb von Geräten wie Pumpen, Förderbändern, Rollen und Ventilatoren für den Transport in Fabriken verwendet. Sie werden verwendet, indem das zu drehende Gerät und die Abtriebswelle des Rotors mit einer Vorrichtung, der so genannten Kupplung, verbunden werden.

AC-Motoren sind weit verbreitet, da sie wartungsfreundlicher sind als Gleichstrommotoren, die von einer Gleichstromquelle angetrieben werden und keine Bürsten haben, die verschleißen.

Ursprünglich galten Gleichstrommotoren als einfacher zu handhaben für den drehzahlgeregelten Betrieb, aber jetzt, da Wechselstrommotoren im Allgemeinen auch drehzahlgeregelt werden können, werden sie mehr und mehr eingesetzt.

Funktionsweise von AC-Motoren

Bei AC-Motoren wird eine um 120° phasenverschobene dreiphasige Wechselstromversorgung in die Statorspule eingespeist und der durch die Spule fließende Strom bewirkt, dass das elektromagnetische Stahlblech zu einem Elektromagneten wird und im Motor ein Magnetfeld erzeugt (die Polarität des Elektromagneten wird durch das Rechtsgewindegesetz bestimmt).

Da die Wechselstromversorgung mit der Zeit phasenverschoben wird, dreht sich die Richtung des Magnetfelds mit der Zeit.

Das Prinzip der Erzeugung des magnetischen Drehfelds wird in Abb. 1 veranschaulicht, wo zu sehen ist, dass sich die Richtung des Magnetfelds des Stators ändert, wenn sich die Phasen der U-, V- und W-Phasen des dreiphasigen Wechselstromnetzes ändern.

Das rotierende Magnetfeld erzeugt Wirbelströme im Rotor, und die Wirbelströme und das Magnetfeld erzeugen eine Rotationskraft, die den Rotor in Drehung versetzt. Die Richtung der Drehkraft wird durch die Fleming’sche Linke-Hand-Regel bestimmt.

Dieses Rotationsprinzip entspricht dem Prinzip der Arago’schen Scheibe.

Die Anzahl der Statorpole wird als Polzahl bezeichnet, z. B. 2-polig oder 4-polig. Die Geschwindigkeit des rotierenden Magnetfelds Ns wird durch die Polzahl p und die Frequenz f der Stromversorgung bestimmt und kann als Ns = 120 f/p berechnet werden.

Die Drehzahl N des Rotors hängt von der Art des Ac-Motors ab, aber Induktionsmotoren drehen sich etwas langsamer als das rotierende Magnetfeld. Der Geschwindigkeitsunterschied zwischen dem rotierenden Magnetfeld und dem Rotor wird als N=120f(1-s)/p unter Verwendung des Parameters s ausgedrückt, der als ‚Schlupf‘ bezeichnet wird.

Arten von AC-Motoren

AC-Motoren werden grob in Synchron- und Induktionsmotoren unterteilt, können aber auch nach der Art der Wechselstromquelle klassifiziert werden.

• Einphasige AC-Motoren
  Sie werden mit 100 V Wechselstrom betrieben, wie er in Haushalten verwendet wird. Motoren, die in Haushaltsgeräten verwendet werden, wie z. B. Waschmaschinenmotoren, werden in diese Kategorie eingestuft.
• Dreiphasen-Wechselstrommotoren
  Motoren für Pumpen und Förderanlagen, die mit einem dreiphasigen Stromnetz betrieben werden, wie sie in Fabriken eingesetzt werden, fallen in diese Kategorie. 

AC-Motoren können auch von Gleichstromquellen angetrieben werden. In diesem Fall wird ein Wechselrichter verwendet, der Gleichstrom in Dreiphasenwechselstrom umwandelt.

1. Synchronmotoren

Synchronmotoren sind Motoren, bei denen kein Schlupf (Synchronisierung) zwischen dem rotierenden Magnetfeld und dem Rotor besteht. Die Drehzahl wird durch die Anzahl der Pole des Motors und die Frequenz der Stromversorgung bestimmt.

Synchronmotoren werden je nach Bauart des Rotors in verschiedene Typen eingeteilt, wobei der relativ häufig verwendete Permanentmagnettyp hier erläutert wird.

Dauermagnet-Synchronmotoren haben Magnete im Rotorkern und drehen sich, wenn sich das Magnetfeld der Magnete mit dem rotierenden Magnetfeld der Stromversorgung synchronisiert.

Magnete, die an der Oberfläche des Rotorkerns befestigt sind, werden als Oberflächen-Permanentmagnete (SPM) bezeichnet, während die im Inneren des Rotorkerns eingebetteten Magnete als Innen-Permanentmagnete (IPM) bezeichnet werden.

2. Induktionsmotoren

Induktionsmotoren werden auch als Induktionsmotoren oder Asynchronmotoren bezeichnet.

Induktionsmotoren zeichnen sich durch eine etwas langsamere Rotordrehzahl als Synchronmotoren aus (die Geschwindigkeit der Stromversorgung und die Rotordrehzahl sind asynchron).

Induktionsmotoren sind im Allgemeinen aus Aluminium oder anderen Leitern in Käfigform aufgebaut, wie in der Abbildung dargestellt.

Das rotierende Magnetfeld der Wechselstromversorgung erzeugt nach dem Prinzip der elektromagnetischen Induktion einen induzierten Strom in dem käfigförmigen Leiter, und das Flemingsche Gesetz besagt, dass durch die Wirkung des Stroms und des Magnetfelds eine Kraft erzeugt wird. Diese Kraft versetzt den AC-Motor in Drehung und bewegt die mit der Abtriebswelle verbundene Maschine.

Was ist ein Durchflusssensor?

Durchflusssensoren sind Messgeräte, die den Durchfluss von Fluiden, von Gasen bis zu Flüssigkeiten, messen.

Er wird manchmal auch als Durchflussmesser bezeichnet. Die Durchflussmenge ist das Volumen oder das Gewicht der Flüssigkeit, die in einer Zeiteinheit durch einen Querschnitt fließt.

Es gibt verschiedene Arten von Durchflusssensoren, darunter analoge Durchflusssensoren, die zur Überwachung des durch einen Flüssigkeitskreislauf fließenden Fluids auf Anomalien verwendet werden, und digitale Durchflusssensoren, die mit einem Regelmechanismus verbunden sind, um beispielsweise die Gaszufuhr auf ein bestimmtes Volumen einzustellen.

Anwendungen von Durchflusssensoren

Durchflusssensoren werden in folgenden Anwendungsbereichen eingesetzt:

1. Hydraulik, pharmazeutische/chemische und Lebensmittelindustrie

Sie werden hauptsächlich zur Kontrolle der Rohstoffzufuhr im Herstellungsprozess eingesetzt. In diesen Bereichen werden volumetrische Durchflusssensoren eingesetzt.

2. Messung von Industriegasen, Brenngasen und Abgasen

Sie werden zur Kontrolle des Einsatzes von Industrie- und Brenngasen sowie von Abgasen in Fabriken verwendet. Thermische Massendurchflussmesser, die auch als thermische Massendurchflussmesser bezeichnet werden, sind am weitesten verbreitet.

3. Trinkwasser, Soßen und brennbare/explosive Flüssigkeiten

Lebensmittelbezogene und hochgefährliche Flüssigkeiten erfordern eine berührungslose Messung, bei der die Flüssigkeit nicht berührt wird, wofür magnetisch-induktive Durchflusssensoren verwendet werden.

4. Industrieanlagen und Wasseraufbereitungsanlagen

In Industrieanlagen und Wasseraufbereitungsanlagen werden Durchflusssensoren zur Durchflusskontrolle eingesetzt. Ultraschallsensoren werden vor allem dann eingesetzt, wenn Durchflusssensoren zu bestehenden Wegen hinzugefügt werden.

5. In LNG-Anlagen, in der Automobil-, Chemie- und Pharmaindustrie

Durchflusssensoren werden in einer Vielzahl von Produktionsstätten eingesetzt. Der am häufigsten verwendete Typ von Durchflusssensoren ist der Coriolis-Typ.

6. Chemische und pharmazeutische Industrie

Kalman-Durchflusssensoren werden häufig in Anlagen eingesetzt, die mit Erdgas und Wasserdampf arbeiten.

Funktionsweise der Durchflusssensoren

Durchflusssensoren verwenden je nach Art der zu messenden Flüssigkeit und dem Zweck der Messung eine Vielzahl von Messverfahren. In diesem Abschnitt wird die Funktionsweise von Differenzdruck-Durchflusssensoren beschrieben, die für gängige Flüssigkeiten wie Luft und Wasser geeignet sind.

Die in Differenzdruck-Durchflussmessern verwendete Funktionsweise ist das Theorem von Bernoulli. Beim Durchfluss einer Flüssigkeit einer bestimmten Größe entsteht durch einen Druckabfall in der Flüssigkeit eine Druckdifferenz, wenn der Durchflussweg absichtlich verengt wird. Diese Druckdifferenz wird auf das Bernoulli-Gesetz angewendet, um die Strömungsgeschwindigkeit zu berechnen.

Je nach dem Mechanismus, der zur Verengung des Strömungsweges verwendet wird, gibt es verschiedene Typen, z. B. Blenden- und Düsentypen, die jedoch alle den Druckunterschied zwischen der Flüssigkeit vor und nach dem Verengungsmechanismus als Messfunktionsweise verwenden.

Auswahl eines Durchflusssensors

Welcher Durchflusssensor geeignet ist, hängt von der Art der zu messenden Flüssigkeit ab. Wird ein falscher Durchflusssensor für Gase oder Flüssigkeiten verwendet, ist nicht nur der falsche Durchfluss zu erkennen, sondern es besteht auch die Gefahr eines schweren Unfalls, wenn der falsche Durchflusssensor für die Messung des Durchflusses einer gefährlichen oder brennbaren Substanz ausgewählt wird. Es ist daher wichtig, zunächst die Art des zu messenden Stoffes sorgfältig zu prüfen.

Außerdem können Durchflusssensoren im Allgemeinen nicht einen großen Bereich auf einmal messen. Wenn die zu erwartende Durchflussmenge im Voraus bestimmt wird, ist es ratsam, einen Durchflusssensor mit einer hohen Genauigkeit für diesen Bereich zu wählen.

Weitere Informationen über Durchflusssensoren

1. Über Durchflusssensoren zum Anklemmen

Anklemmen bedeutet, dass das Gerät außerhalb der Rohrleitung montiert wird, durch die die zu messende Flüssigkeit fließt. Zu den Clamp-On-Durchflusssensoren gehören Ultraschall-Durchflussmesser und Ultraschall-Durchflusssensoren.

Sie können als Messgeräte eingesetzt werden, wenn es sich bei dem zu messenden Objekt beispielsweise um eine Flüssigkeit handelt, die mit Ultraschallwellen gemessen werden kann. Zu den Ultraschall-Durchflussmessern gehören das Laufzeitdifferenzverfahren und das Frequenzmessverfahren nach der Doppler-Methode. Der Vorteil von Ultraschall-Durchflussmessern ist, dass sie installiert werden können, ohne dass Rohrleitungen entfernt oder durchtrennt werden müssen, was die Installationskosten senkt.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die Wartung nach der Installation erheblich verbessert wird und Druckverluste in den Rohrleitungen vermieden werden. Nachteilig ist hingegen, dass ein langer gerader Rohrabschnitt erforderlich ist, da er außen an der Rohrleitung installiert wird, der Durchmesser der Rohrleitung ebenfalls von Bedeutung ist und die Messung nicht möglich ist, wenn die zu messende Flüssigkeit viele Feststoffe oder Blasen enthält.

2. Luftdurchflussmesser

Zu den Luftdurchflussmessern gehören Anklemm-Durchflussmesser und Verschraubungsdurchflussmesser. Beim Verschraubungstyp entfällt ein intuitives Teil und das Messgerät ist kompakt und platzsparend.

Herkömmliche Luftdurchflussmesser sind thermische Massedurchflussmesser, wenn das zu messende Gas eine kompressible Flüssigkeit ist. Es gibt mehrere Messmethoden für thermische Massedurchflussmesser. Beim Kapillartyp wird ein Durchflusselement mit einem Widerstandswert im Inneren des Rohrs installiert und ein Heizelement um die Außenseite des Rohrs gewickelt, wobei Temperatursensoren auf beiden Seiten des Heizelements die Durchflussbilanz messen.

Thermische Massedurchflussmesser sind jedoch anfällig für Verunreinigungen und eignen sich nicht für Umgebungen mit niedrigem Druck, so dass sie sich nicht für Anlagen mit viel Ölnebel eignen. Derzeit ist der Durchflusssensortyp der gebräuchlichste Typ von thermischen Massedurchflussmessern.

Dieser Typ besteht aus einem Halbleiter-Durchflusssensor und kann in Niederdruckumgebungen mit einem großen Messbereich und ohne Bedenken wegen Verschmutzung eingesetzt werden.

Was ist ein Lcd-Module?

Ein Lcd-Modul besteht aus dem LCD-Panel, das die LCD-Anzeige bildet, und dem Treiber/Controller für die Anzeige von Bildern.

Sie sind relativ preiswert, dünn und haben einen geringen Stromverbrauch, so dass sie in eine Vielzahl von elektronischen Geräten eingebaut werden. Neben eingebetteten Geräten werden sie auch häufig als Komponenten in der Elektrotechnik verwendet.

Es gibt zwei Haupttypen von LCD-Modulen: Zeichen-LCD-Module, die auf die Anzeige von Text spezialisiert sind, und Grafik-LCD-Module, die auch Grafiken und Bilder anzeigen können.

Verwendungsmöglichkeiten von Lcd-Modulen

Die Anwendungsmöglichkeiten von Lcd-Modulen werden von Tag zu Tag vielfältiger, und ihre Einsatzmöglichkeiten sind unbegrenzt.

1. Tragbare Geräte

In tragbaren Geräten wie Smartphones, Tablets und Laptops ist das Lcd-Modul ein zentraler Bestandteil der Benutzeroberfläche. Sie nehmen die Berührungseingaben des Benutzers entgegen und zeigen Informationen deutlich an, was die Benutzerfreundlichkeit dieser Geräte erheblich verbessert.

2. Haushaltsgeräte

Lcd-Module werden in Haushaltsgeräten wie Fernsehern, Kühlschränken, Klimaanlagen und Waschmaschinen zur Anzeige von Informationen und zur Bedienerführung eingesetzt. In Fernsehgeräten werden sie zum Beispiel zur Anzeige von Bildern verwendet, während sie in Kühlschränken und Klimaanlagen zur Anzeige der Temperatur und der Einstellungsmodi eingesetzt werden.

3. Industrielle Geräte

Lcd-Module werden auch in den Bedienfeldern von Industrieausrüstungen eingesetzt, z. B. in Produktionsanlagen, Landmaschinen und Baumaschinen. Sie versorgen den Bediener mit den notwendigen Informationen und ermöglichen einen sichereren und effizienteren Betrieb der Geräte.

4. Medizinische Geräte

Auch im medizinischen Bereich spielen Lcd-Module eine wichtige Rolle. Sie werden in Geräten zur Überwachung der Vitalparameter von Patienten, in Ultraschallgeräten und MRT-Scannern usw. eingesetzt und liefern dem medizinischen Personal die notwendigen Informationen auf visuellem Wege.

5. Kraftfahrzeuge

In modernen Fahrzeugen wurden die traditionellen analogen Zähler digitalisiert und LCD-Module werden zur Anzeige von Informationen wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Motorstatus und Navigationsinformationen verwendet.

Grundlagen der Lcd-Module

Um die Funktionsweise von Flüssigkristallanzeigen (LCD-Modulen) zu verstehen, muss man zunächst die Eigenschaften von Flüssigkristallen kennen. Flüssigkristalle sind Substanzen, die sich in einem Zwischenzustand zwischen einem Festkörper und einer Flüssigkeit befinden und ihre Ausrichtung (Richtung) in Abhängigkeit von der Temperatur und dem elektrischen Feld ändern können. Diese Eigenschaften sind die Grundprinzipien von LCDs.

1. Flüssigkristalle

Einige Flüssigkristalle sind in der Lage, den Polarisationszustand des Lichts zu ändern, was von LCDs zur Bilderzeugung genutzt wird. Durch Anlegen einer Spannung an die Flüssigkristallzelle (bestehend aus einer Flüssigkristallschicht und Elektroden auf beiden Seiten) ändert sich die Ausrichtung des Flüssigkristalls, was zu einer Änderung der Lichtdurchlässigkeit führt.

2. Lcd-Modul

Das Lcd-Modul besteht aus einem Anzeigeteil, der auf der Flüssigkristallzelle basiert, und elektronischen Schaltkreisen, die diese steuern. Die elektronische Schaltung legt als Reaktion auf ein Eingangssignal eine Spannung an jede Flüssigkristallzelle an und steuert die Lichtdurchlässigkeit jeder Zelle. So entsteht ein komplexes Bild, wenn man es als Ganzes betrachtet.

3. Farbbildschirm

Bei Farbdisplays wird dies in der Regel durch eine Kombination von Hintergrundbeleuchtung und Farbfiltern für die drei Grundfarben Rot, Grün und Blau erreicht. Jedes Pixel besteht aus drei Flüssigkristallzellen (die jeweils Rot, Grün und Blau entsprechen), und die Durchlässigkeit jeder Zelle kann so gesteuert werden, dass jede beliebige Farbe entsteht.

Arten von Lcd-Modulen

Lcd-Module werden je nach Aufbau und Montageverfahren in drei Typen eingeteilt. Sie werden als COB-Typ, COG-Typ bzw. COF-Typ bezeichnet und unterscheiden sich in ihren Eigenschaften und Anwendungsbereichen.

Jeder der drei Typen wird nach Faktoren wie Produkteigenschaften, Anwendungsbereich und Produktionskosten ausgewählt.

1. COB-Typ (Englisch: Chip-On-Board)

Der COB-Typ bezieht sich auf einen Typ, bei dem das LCD-Panel und der IC-Chip auf derselben Leiterplatte montiert sind. Alle Funktionen können in einer einzigen Einheit untergebracht werden, aber dieser Typ hat den Nachteil, dass er in der Regel sehr groß ist.

2. COG-Typ (Englisch: Chip-On-Glass)

Der COG-Typ bezieht sich auf einen Typ, bei dem der IC-Chip direkt auf das Glassubstrat (LCD-Panel) montiert ist. Dies ermöglicht dünnere und kleinere Module als Ganzes. Die passiven Komponenten sind jedoch extern montiert.

3. COF-Typ (Englisch: Chip-On-Film)

Der COF-Typ bezieht sich auf einen Typ, bei dem der IC-Chip auf ein flexibles Foliensubstrat montiert ist; wie der COG-Typ kann der COF-Typ dünner und kompakter gemacht werden und kann auch auf gekrümmten Oberflächen eingesetzt werden.

Weitere Informationen über Lcd-Module

1. Einzelheiten der LCD-Struktur

Zu den Hauptbestandteilen einer Flüssigkristallanzeige (LCD) gehören Polarisationsfilter, Glassubstrate, transparente Elektroden, Ausrichtungsfilme und Farbfilter.

• Polarisationsfilter
  Der Polarisationsfilter befindet sich auf der äußersten Schicht des LCDs. Diese Filter sind dafür verantwortlich, dass nur Licht einer bestimmten Richtung durchgelassen wird. In der LCD-Zelle werden zwei Polarisationsfilter verwendet, zwischen denen sich die Flüssigkristallschicht befindet.
• Glassubstrat
  Es gibt zwei transparente Glassubstrate für die Flüssigkristallzelle. Der Flüssigkristall ist zwischen diesen Substraten eingeschlossen.
• Transparente Elektroden
  Auf einer Seite des Glassubstrats sind transparente Elektroden aufgebracht. Sie dienen dazu, eine Spannung an die Flüssigkristallschicht anzulegen.
• Ausrichtungsfilm
  Auf der transparenten Elektrode wird eine Ausrichtungsfolie aufgebracht. Diese Folie dient dazu, den Flüssigkristall in einer bestimmten Ausrichtung (Richtung) zu halten.
• Farbfilter
  Bei einem Farb-LCD wird ein Farbfilter auf einer Seite des Glassubstrats angebracht. Diese Filter entsprechen den drei Grundfarben Rot, Grün und Blau und bestimmen die Farbe der einzelnen Pixel.

2. Anzeigeverfahren des Lcd-Moduls

Es gibt drei Anzeigemethoden für Lcd-Module.

• Segment-Methode
  Bei dieser Methode werden Ziffern durch die Anordnung länglicher Anzeigeeinheiten in der Form der Ziffer 8 dargestellt.
• Dot-Matrix-Methode (Zeichenanzeige)
  Ein Verfahren, bei dem die Anzeigeeinheiten in einer vertikalen und horizontalen Matrix angeordnet werden, um Zeichen zu bilden.
• Dot-Matrix-Prinzip (Grafikanzeige)
  Ein Verfahren, bei dem Anzeigeeinheiten in einer vertikalen und horizontalen Matrix angeordnet sind, um Figuren usw. zu zeichnen.

Farbige Anzeigen werden durch Anwendung eines RGB-Farbfilters auf jede Anzeigeeinheit und deren Kombination erzeugt, um eine Vielzahl von Farben zu erzeugen.

Was ist ein Panel-Pcs?

Ein Panel-Pcs ist eine Form von Industriecomputer und ist ein dünner PC, der über ein Touch-Panel bedient werden kann.

Da die Bedienung hauptsächlich über ein Touchpanel erfolgt, können auch Personen, die normalerweise keine PCs benutzen, diese intuitiv bedienen. In letzter Zeit wurden sie an vielen Orten eingeführt, z. B. in Krankenhäusern, Empfangsbereichen, Lebensmittelgeschäften, Karaoke-Bars und Restaurants.

Viele Modelle sind wasser- und staubdicht und können in Bereichen eingesetzt werden, in denen sich die Einführung normaler PCs als schwierig erwiesen hat. Insbesondere werden sie jetzt an Orten eingesetzt, an denen es viel Staub und Wassertropfen gibt, wie in Küchen und Fabriken.

Verwendungszwecke von Panel-Pcs

Panel-Pcs werden dort eingesetzt, wo eine gut sichtbare Anzeige und eine einfache Bedienung erforderlich sind. Sie werden als Bedienpanels in Industrieanlagen eingebaut oder als Terminals in Bereichen wie Bestellung und Reservierung, Produktionssteuerung und Empfang eingesetzt.

Auch Kioskterminals wie Fotokopierer in Convenience Stores und Ticket-Reservierungen sind Panel-Pcs. Panel-Pcs werden auch für die Bestellung in Restaurants wie Kneipen und Familienrestaurants verwendet und sind zu einem vertrauten Gerät geworden.

Mit der Einführung von Panel-Pcs werden die Kundenbestellungen sofort auf einem Panel-PC in der Küche angezeigt, so dass die Bestellungen sofort erfasst werden können.

Das Prinzip des Panel-Pcs

Der Panel-Pcs ist ein Computer mit einem schlanken Formfaktor, der durch die Integration von Touchscreen-Monitor und CPU erreicht wird. Die Spezifikationen der zu installierenden CPU usw. werden entsprechend dem Verwendungszweck ausgewählt. Für den Monitor werden häufig LCD-TFT-LCDs verwendet.

1. Berührungsbildschirm

Hauptsächlich werden analoge resistive und projiziert kapazitive Touchpanels verwendet.

Resistiv-analoges Verfahren
Bei der resistiven analogen Methode werden zwei transparente Elektroden mit einem Abstand zueinander angebracht. Wenn das Panel berührt wird, kommen die beiden transparenten Elektroden miteinander in Kontakt und es fließt ein elektrischer Strom. Die Position der Berührung wird anhand der Tatsache ermittelt, dass der Strom je nach Berührungsposition unterschiedlich fließt.

Berührungen können auch auf nicht leitenden Materialien erkannt werden. Sie ist auch resistent gegen Umgebungen, in denen Staub oder Wassertropfen auf die Berührungsoberfläche gelangen können. Beachten Sie, dass Multi-Touch nicht unterstützt wird.

Projiziert-kapazitives System
Bei der projiziert-kapazitiven Methode wird eine Elektrodenfolie auf dem Panel angebracht, wo durch kapazitive Kopplung ein elektrisches Feld erzeugt wird. Wenn sich ein leitfähiger Zeigefinger oder ein anderes Objekt der Elektrodenfolie nähert, ändert sich die kapazitive Kopplung zwischen den Elektroden.

Anhand dieser Änderung der kapazitiven Kopplung wird die berührte Position erkannt. Diese Methode ist in Smartphones und anderen Geräten weit verbreitet und ermöglicht Multi-Touch.

2. Wasser- und staubdicht

Die verschiedenen Verbindungen sind klein und mit Gummi oder Dichtungen versiegelt, um sie wasser- und staubdicht zu machen; einige Produkte entsprechen den Normen IP65/66/69.

Arten von Panel-Pcs

Panel-Pcs sind je nach Montageart in den folgenden Typen erhältlich.

1. Schalttafeleinbau

Das Gehäuse ist für die Montage an Gerätetafeln oder Wänden vorgesehen.

2. VESA-Montage

VESA-Standard-Schraubenlöcher sind vorhanden und der PC kann mit einem Ständer oder Arm, der mit dem VESA-Standard kompatibel ist, montiert werden.

3. Offener Rahmen

Innen liegende Teile an der Außenseite. Dies ist eine Form, bei der es keinen Rahmen zum Schutz der inneren Teile auf der Außenseite gibt, und die Leiterplatte, der Monitor usw. liegen blank vor. Sie wird verwendet, um Geräte und andere Komponenten als Teile einzubauen.

4. Tischgerät

Dieses Modell hat ein freistehendes Gehäuse.

Es gibt auch Modelle, die mit Schraublöchern nach VESA-Norm versehen sind, und Modelle, die der internationalen Norm 60601-1-2 für elektromagnetische Störungen in medizinischen Anwendungen entsprechen und so konstruiert sind, dass sie gegen Alkohol und andere Desinfektionsmittel beständig sind.

Es gibt auch leisere Modelle mit Aluminiumkühlkörpern, die die Wärme gut ableiten und lüfterlos sind.

Wie man einen Panel-Pcs auswählt

In diesem Abschnitt werden Punkte beschrieben, die bei der Auswahl eines Panel-Pcs zu beachten sind.

1. Touchscreen-Bedienung

In einer Umgebung, in der die Bedienung mit Handschuhen erfolgt, sollten Sie ein Modell mit einem resistiven analogen Touchscreen wählen.

2. Betriebsumgebung

Wählen Sie ein Modell mit einem wasser-/staubdichten Nachnamen, wenn es in einer Umgebung eingesetzt werden soll, in der es Staub oder Wassertropfen ausgesetzt ist.

3. Bestimmungsgemäße Verwendung

Schalttafelmontage oder offener Rahmen für die Verwendung als eingebettetes Gerät, oder VESA-Montage oder Desktop für die Verwendung als freistehendes Terminal.

4. Geräuscharmut

Je nach der Umgebung, in der der Panel-Pcs eingesetzt wird, kann eine gewisse Geräuscharmut erforderlich sein. So ist beispielsweise in Krankenhäusern und Bibliotheken ein leiser Betrieb erforderlich. In solchen Fällen sollten Sie einen lüfterlosen Panel-Pcs wählen.

5. Zu verwendende Software

Wählen Sie ein Modell mit einer Auswahl an Betriebssystemen, die mit der Software, die auf dem Panel-Pcs ausgeführt werden soll, kompatibel sind.

Was ist Rfid?

Rfid (radio frequency identifier) ist ein Oberbegriff für eine automatische Identifizierungstechnologie, die drahtlose Kurzstrecken-Kommunikation nutzt.

Sie unterscheidet sich wesentlich von der optischen Lesung mit Barcodes und QR-Codes, da es möglich ist, mehrere RFID-Etiketten mit elektronischen Informationen, die berührungslos über ein Lesegerät eingegeben werden, gleichzeitig zu lesen, wobei alle Informationen eingegeben, gelöscht und neu geschrieben werden können.

Allerdings ist die Installation von Lesegeräten derzeit noch sehr kostspielig, so dass die Hürde für die Einführung für Restaurants und Geschäfte in Privatbesitz hoch ist.

Einsatzmöglichkeiten von Rfid

Zu den bekannten Verwendungszwecken von Rfid gehören die IC-Karten für den Verkehr und die von den Eisenbahngesellschaften ausgegebenen Prepaid-IC-Karten. Der in einem Führerschein eingebettete IC-Chip ist ebenfalls ein Rfid-Tag, auf dem Informationen wie Name, Geburtsdatum, aktuelle Adresse, rechtmäßiger Wohnsitz, Lichtbild, Art des Führerscheins, Führerscheinnummer und Datum des Führerscheinerwerbs gespeichert sind, um Fälschungen zu verhindern.

Weitere Anwendungen finden sich in der Bekleidungsindustrie, im Vertrieb und im medizinischen Bereich, wo es als Instrument zur Verwaltung verschiedener Informationen über Lagerbestände und Vertriebsprodukte eingesetzt wird, wobei die Bequemlichkeit der gleichzeitigen Verarbeitung großer Datenmengen berücksichtigt wird.

Das Prinzip von Rfid

Rfid nutzt die drahtlose Kommunikation über kurze Entfernungen, um Informationen zwischen Rfid-Etiketten und Lesegeräten stapelweise auszutauschen und zu verwalten. Die Rfid-Etikette enthält in der Regel einen Speicher und eine Antenne zum Senden und Empfangen von Kommunikationssignalen, und die Eingabe und Ausgabe von Informationen mit der Rfid-Etikette als Medium erfolgt über diese Antennen und den Speicher.

Es gibt zwei Haupttypen von Rfid: passiv und aktiv, wobei der Unterschied darin besteht, ob eine Batterie in den Rfid-Tag eingebaut ist oder nicht.

1. Passiver Typ

Passive RFID-Tags nutzen die vom Lesegerät ausgesendeten Funkwellen als Betriebsenergie, und der RFID-Tag überträgt die in seinen Speicher eingegebenen Informationen. Der Informationsaustausch beginnt erst mit einer Antwort des Lesegeräts.

2. Aktiver Typ

Beim aktiven Typ sendet der mit einer Batterie ausgestattete RF-Tag aktiv Informationen, die dann vom Lesegerät empfangen werden. Die gelesenen Informationen werden in einem Computer gespeichert und können eingesehen, bearbeitet und verwaltet werden.

Wie oben beschrieben, ermöglicht Rfid das berührungslose Auslesen über eine drahtlose Kommunikation, so dass Informationen auch dann ausgelesen werden können, wenn der Abstand zwischen dem Rfid-Tag und dem Lesegerät groß ist. Die Möglichkeit, mehrere Etiketten gleichzeitig zu lesen, ist ein weiteres Merkmal, das bei Technologien, die Etiketten optisch lesen, wie z. B. Strichcodes, nicht gegeben ist.

Wenn sie beispielsweise bei Bekleidungsherstellern zur Bestandskontrolle eingesetzt werden, ist es nicht mehr notwendig, die Kleidungsstücke einzeln aus den Koffern zu nehmen und die Strichcodes zu lesen.

Weitere Informationen zu Rfid

1. Preis von Rfid

Für den Einsatz von Rfid benötigen Sie Rfid-Etiketten und Lesegeräte. Der Preis für RFID-Etiketten, die früher teuer waren, ist in den letzten Jahren gesunken, und preiswerte Etiketten sind bereits für 10 Yen pro Stück erhältlich. Tags, die auch Metall lesen können, kosten sogar nur ¥100 pro Tag.

Mit der Verbreitung von Rfid-Etiketten ist der Preis von Rfid-Etiketten weiterhin im Sinkflug, und es heißt, dass der Preis in Zukunft auf etwa 1 Yen pro Etikett fallen könnte, insbesondere bei passiven Typen. Kürzlich wurde ein Pilotprojekt zur Einführung von Rfid in das Produktmanagement von Convenience Stores durchgeführt, um die Effizienz von Bestellung und Wareneingang zu verbessern und die Betriebskosten zu senken. Dieser Preis (unter 1 Yen) gilt als Voraussetzung für die Vereinbarung zwischen dem Ministerium für Wirtschaft, Handel und Industrie und Convenience Store-Unternehmen über die Anwendung von Rfid in Convenience Stores.

Der Preis eines Lesegeräts hängt von seiner Leistung ab, aber die Standardpreisspanne liegt bei etwa 200.000 für einen Handheld-Typ und mehreren Millionen für einen Gate-Typ, der in Vertriebslagern eingesetzt wird. Lesegeräte mit eingeschränkter Leistung sind schon für ¥ 10 000 zu haben, aber es ist zu beachten, dass ihre Verwendung aufgrund der geringen Leseleistung und Stoßfestigkeit des Terminals eingeschränkt ist.

Zusätzlich zu den RF-Tag-Lesegeräten verkaufen einige Anbieter auch Software für die Produktverwaltung usw. als Set. Die Kosten müssen in diesem Fall je nach dem zu installierenden System individuell angegeben werden.

2. Für Rfid verwendete Frequenzen und Standards

Rfid wird je nach verwendeter Frequenz als “LF-Band (130 KHz-Band)”, “HF-Band (13,56 MHz-Band)”, “UHF-Band (900 MHz-Band)”, “ISM-Band (2,45 GHz)” usw. definiert, und je nach Standard unterscheiden sich nicht nur die Übertragungsdistanz und die Kommunikationsstabilität, sondern auch die Antennengröße stark. Auch die Größe der Antenne hängt eng mit dem Standard zusammen.

NFC, das Teil des Rfid-Technologiesystems ist, ist ein unabhängig definierter Standard, der die HF-Band-Kommunikationsmethode verwendet, die ein sehr bekanntes Rfid-Verfahren ist, das für den Transport von E-Geld wie My Number Card und Suica verwendet wird. 860-960 MHz des Ultrakurzwellenbandes wird für Rfid verwendet. Das UHF-Band ermöglicht eine Reichweite von bis zu 10 m, während das von NFC verwendete HF-Band eine Nahbereichskommunikation von etwa 10 cm ermöglicht.

NFC ist eine technische Spezifikation, die vom NFC-Forum, einer Organisation für Industriestandards, entwickelt wurde und für kontaktlose Zahlungen in Smartphones sowie für elektronisches Geld in Verkehrssystemen verwendet wird.

Was ist ein Wechselrichter?

Ein Wechselrichter (englisch: Inverter) ist ein Gerät, das Eingangsstrom in Wechselstrom umwandelt.

Der Eingangsstrom kann entweder Gleichstrom oder Wechselstrom sein. Im letzteren Fall wird der eingehende Wechselstrom einmal in Gleichstrom und dann wieder in einen anderen Wechselstrom mit modulierter Spannung und Frequenz umgewandelt.

Wechselrichter werden manchmal als Wechselrichtergeräte bezeichnet, um sie von den Wechselrichterschaltungen zu unterscheiden, die eine der Schaltungen sind, aus denen sie aufgebaut sind.

Verwendungszwecke von Wechselrichtern

Wechselrichter werden häufig in elektrischen Produkten eingesetzt, die mit Motoren arbeiten. Dies liegt daran, dass Wechselrichter hauptsächlich zur Steuerung der Rotation von Motoren verwendet werden.

Das bekannteste Produkt, bei dem Wechselrichter eingesetzt werden, sind Klimaanlagen. Der Wechselrichter ist in der Kompressorabteilung installiert und steuert, wie stark sich der Motor dreht. Ohne einen Wechselrichter müsste die Temperatur der Klimaanlage durch einfaches Ein- und Ausschalten des Betriebs geregelt werden.

Der Wechselrichter ermöglicht es, die Temperatur durch die Intensität des Betriebs und nicht durch das Ein- und Ausschalten des Betriebs zu steuern. Da das Ein- und Ausschalten des Geräts viel Strom verbraucht, tragen Wechselrichter zur Energieeinsparung bei. Aus diesem Grund sind die meisten der heute auf dem Markt befindlichen Klimaanlagen mit Wechselrichtern ausgestattet.

Das Prinzip der Wechselrichter

Ein Wechselrichter besteht aus drei Hauptbestandteilen: dem Umrichterkreis, dem Kondensator und dem Wechselrichterkreis. Um einen Wechselstrom in einen Wechselstrom mit einer anderen Spannungs- oder Frequenzmodulation umzuwandeln, wandelt der Wechselrichter den Eingangsstrom einmal durch den Umrichterkreis in einen Gleichstrom um.

Diese Umwandlung erfolgt durch Gleichrichtung des Stroms mit Hilfe von Dioden. Der gleichgerichtete Strom wird in einem Kondensator gespeichert und durch wiederholtes Laden und Entladen weiter geformt.

So entsteht ein Pseudo-Gleichstrom, der anschließend in eine Wechselrichterschaltung eingespeist wird. In der Wechselrichterschaltung werden durch schaltende Leistungstransistoren Pulswellen unterschiedlicher Breite erzeugt, die so genannte Pulsweitenmodulation (PWM).

Diese können kombiniert werden, um eine Pseudo-Sinuswelle zu erzeugen. Wenn eine Impulsspannung erzeugt wird, spricht man von einem Spannungswechselrichter, wenn ein Stromimpuls erzeugt wird, von einem Stromwechselrichter. Durch die Steuerung der Kombination der zu erzeugenden Impulsbreiten können die Spannung und die Frequenz frei verändert werden.

Weitere Informationen über Wechselrichter

1. Vor- und Nachteile der Steuerung von Wechselrichtern

Vorteile
Der Hauptgrund für den Einsatz von Wechselrichtern ist die Energieeinsparung. Wenn ein Wechselrichter in einer Maschine mit einem rotierenden Mechanismus installiert ist, kann die Drehzahl des Motors an die erforderliche Geschwindigkeit angepasst werden, so dass die Maschine nicht übermäßig läuft, was zu Energieeinsparungen führt.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die Genauigkeit der Temperaturregelung verbessert werden kann, wenn sie in Maschinen eingebaut wird, die die Temperatur von Flüssigkeiten regeln, wie z. B. Klimaanlagen und Ölkonsolen. Herkömmliche Produkte regelten die Temperatur nur durch Ein- und Ausschalten der Stromversorgung, was in der Regel viel Strom verbrauchte und zu großen Fehlern bei der eingestellten Temperatur führte. Wechselrichter haben sich bei der Lösung dieser Probleme als sehr effektiv erwiesen.

Nachteile
Zu den Nachteilen gehören die hohen Kosten und die Tatsache, dass die Kondensatoren im Wechselrichter Verbrauchsmaterial sind und regelmäßig ausgetauscht werden müssen. Wenn man den Einsatz eines Wechselrichters in Erwägung zieht, ist es wichtig, die Nachteile sorgfältig abzuwägen und eine umfassende Entscheidung zu treffen.

2. Ursachen für den Ausfall von Wechselrichtern

Nach jahrelangem Gebrauch sind Wechselrichter anfällig für Überstrom- und Überspannungsauslösungen. Die wahrscheinlichste Ursache dafür ist die “Lebensdauer” der im Wechselrichter eingebauten Kondensatoren.

Die meisten Kondensatoren in Wechselrichtern sind “Elektrolytkondensatoren”. Elektrolytkondensatoren werden leicht von den Umgebungstemperaturen beeinflusst, und es heißt, dass sich die Lebensdauer des Kondensators halbiert, wenn die Temperatur um 10 °C steigt.

In vielen Fällen, z. B. bei Klimaanlagen, die während der heißen Sommermonate ununterbrochen laufen, nutzt sich der Elektrolytkondensator daher schnell ab und fällt schließlich aus. Zusätzlich zu den Überstrom- und Überspannungsauslösungen wird ein frühzeitiger Austausch des Wechselrichters empfohlen, wenn der Motor während des Betriebs vibriert oder anormale Vibrationsgeräusche erzeugt. In einigen Fällen kann eine weitere Verschlechterung dazu führen, dass der Elektrolytkondensator anschwillt oder undicht wird.

Was ist ein Aluminium-Elektrolytkondensator?

Aluminium-Elektrolytkondensatoren sind kleine Kondensatoren mit hoher Kapazität, die Aluminiumoxid als Dielektrikum verwenden.

Beim nassen Typ wird ein Elektrolyt für die Kathode verwendet, aber es gibt auch trockene Typen, die Feststoffe wie leitende Polymere mit verbesserter Leistung verwenden. Aufgrund ihres niedrigen Preises und ihrer großen Vielseitigkeit werden sie in vielen Produkten mit elektronischen Leiterplatten verwendet, z. B. in Haushaltsgeräten und Personalcomputern.

Anwendungen von Aluminium-Elektrolytkondensatoren

Aluminium-Elektrolytkondensatoren werden in einer Vielzahl von Produkten mit elektronischen Substraten in den unterschiedlichsten Bereichen eingesetzt, z. B. in der Automobil-, Haushaltsgeräte- und Industrieausrüstungsbranche, da sie kleiner sind, eine höhere Kapazität haben und preiswerter als andere Kondensatoren sind. Spezifische Anwendungen sind wie folgt:

• Automobilbereich
  Motorsteuergeräte, fortschrittliche Fahrerassistenzsysteme, Airbag-Steuerungen, Autoradios, Navigationssysteme
• Haushaltsgeräte
  Fernsehgeräte, Recorder, Digitalkameras, Audiogeräte, Kühlschränke, Waschmaschinen, Klimaanlagen, Mikrowellenherde, Beleuchtungsgeräte, PCs, TV-Spielkonsolen
• Industrielle Ausrüstung
  Verschiedene Produktionsausrüstungen, Stromaufbereiter für erneuerbare Energie

Beim Einsatz als Leistungsaufbereiter für regenerative Energie wird eine große Anzahl von 10 bis 100 Aluminium-Elektrolytkondensatoren verwendet. Aufgrund ihrer hohen Vielseitigkeit steigen die Leistungsanforderungen an Aluminium-Elektrolytkondensatoren von Jahr zu Jahr.

Funktionsweise von Aluminium-Elektrolytkondensatoren

Aluminium-Elektrolytkondensatoren verwenden dünne Aluminiumfolie als Anode und Kathode und Aluminiumoxid als Dielektrikum. Auf der Oberfläche der Aluminiumfolie bildet sich durch einen elektrochemischen Oxidationsprozess (chemische Umwandlung) Aluminiumoxid.

Die Oberfläche der Aluminiumfolie wird durch ein Ätzverfahren uneben gemacht, um den Oberflächenbereich zu vergrößern. Die Kapazität eines Kondensators wird durch die folgende Formel ausgedrückt, die proportional zur Oberfläche des Dielektrikums und umgekehrt proportional zu seiner Dicke ist, so dass Aluminiumoxid, das durch Ätz- und chemische Umwandlungsprozesse hergestellt wird, ein Dielektrikum mit einer extrem hohen Kapazität ist:

Kapazität C = ε x S/d　

ε: Dielektrische Permittivität des Dielektrikums

S: Oberfläche des Dielektrikums

d: Dicke des Dielektrikums

Ein Nachteil der Aluminiumoxidbeschichtung ist, dass sie aufgrund des geringen Stromflusses beim Anlegen einer Spannung mehr Leckstrom erzeugt als andere Kondensatoren. Da in der Innenkathode von nassen Aluminium-Elektrolytkondensatoren Elektrolyt verwendet wird, besteht die Gefahr, dass der Elektrolyt im Falle eines Fehlers ausläuft.

Ein weiterer Nachteil ist die geringe Haltbarkeit des Elektrolyts, die sich durch Auslaufen oder Verdampfen desselben verringern kann. Trockene Aluminium-Elektrolytkondensatoren hingegen verdampfen aufgrund der Verwendung leitfähiger Polymere in der Innenkathode nicht und sind haltbarer als nasse Kondensatoren.

Weitere Informationen zu Aluminium-Elektrolytkondensatoren

1. Lebensdauer von Aluminium-Elektrolytkondensatoren

Unter den elektronischen Bauteilen sind Aluminium-Elektrolytkondensatoren vom nassen Typ dafür bekannt, dass sie eine besonders kurze Lebensdauer haben: Während LSIs Zehntausende von Betriebsstunden benötigen, hat ein typischer Aluminium-Elektrolytkondensator eine Lebensdauer von 2000 Stunden bei 85 °C oder 5000 Stunden bei 105 °C, selbst bei Kondensatoren, die hohe Zuverlässigkeit versprechen.

Der Grund für die kurze Lebensdauer liegt im Aufbau des Aluminium-Elektrolytkondensators, bei dem der im Isolierpapier getränkte Elektrolyt mit der Zeit aus dem abdichtenden Gummiteil austritt. Mit dem Auslaufen des Elektrolyts nimmt die Kapazität ab und der ESR (äquivalenter Serienwiderstand) steigt.

Die Lebensdauer eines Aluminium-Elektrolytkondensators folgt dem Arrhenius-Gesetz (chemische Reaktionsformel auf der Grundlage der thermischen Energie), wenn der Kondensator unterhalb der maximalen Betriebstemperatur liegt und die Lebensdauer verdoppelt sich ungefähr, wenn die Temperatur um 10 °C niedriger ist. So hat ein Aluminium-Elektrolytkondensator mit 85 °C/2000 Stunden eine Lebensdauer von 4000 Stunden, wenn er bei 75 °C eingesetzt wird und 8000 Stunden bei 65 °C.

Aluminium-Elektrolytkondensatoren haben einen höheren ESR als andere Kondensatoren und wenn während des Betriebs ein großer Strom fließt, entsteht im Inneren des Kondensators Wärme. Diese Erwärmung lässt die Temperatur des Kondensators ansteigen, was das Auslaufen des Elektrolyts weiter fördert und die Lebensdauer verkürzt.

2. Polaritätskennzeichnung auf Aluminium-Elektrolytkondensatoren

Gepolte Kondensatoren sind immer in irgendeiner Weise gekennzeichnet, so dass die Polarität leicht zu erkennen ist:

• Vertikale Elektrolytkondensatoren
  Im Allgemeinen befindet sich auf der Seite des Minuspols an der Unterseite des Gehäuses ein Strich. Außerdem ist die Anodenleitung verkürzt.
• Oberflächenmontierter Elektrolytkondensator
  Kapazität und Spannungsfestigkeit sind auf der Oberseite des Elektrolytkondensators angegeben und in einer Ecke befindet sich eine farbige Markierung. Die Elektrode unter dieser Markierung ist die negative Elektrode.
• Axial bedrahtete Kondensatoren
  Die Linie mit dem Pfeil zeigt den Anschluss der negativen Elektrode an. Der Elektrolytkondensator hat eine Vertiefung im Gehäuse, die Seite mit dieser Vertiefung ist die positive Elektrode.

Es ist äußerst wichtig, die Polaritätsangabe zu überprüfen, denn bei falscher Polarität kann der Kondensator nicht nur ausfallen, sondern auch Feuer fangen.