投稿者: nagakura

Was ist ein Rührwerksbehälter?

Ein Rührwerksbehälter ist ein Behälter zum Rühren.

In einen Rührwerksbehälter werden verschiedene Feststoffe, Flüssigkeiten und Gase eingefüllt, um sie zu rühren und zu mischen. Die Geometrie eines Rührwerksbehälters wird durch das Verhältnis zwischen der Höhe des Flüssigkeitsspiegels und dem Innendurchmesser des Behälters angegeben. Im Allgemeinen liegt ein effizientes Verhältnis bei etwa 1,0 bis 1,5.

Ist der Rührwerksbehälter zu dünn, werden die Ober- und Unterseiten nicht richtig umgerührt und es kann zu einem Konzentrationsgefälle kommen. Während bei einem zu dicken Rührwerksbehälter der Behälterdurchmesser vergrößert wird und der Behälter dicker sein muss.

Anwendungen von Rührwerksbehältern

Rührwerksbehälter werden als Außenwände für Rührwerke verwendet, die Stoffe mischen. Je nach Verwendungszweck des Rührwerksbehälters werden Komponenten wie Schlangen, Mäntel, Leitbleche und Düsen eingebaut. Wenn Bauteile eingebaut werden, dürfen sie den Flüssigkeitsstrom durch das Rührwerk nicht behindern und müssen strukturell stabil sein.

Rohrschlangen und Mäntel werden zum Heizen und Kühlen verwendet. Umlenkbleche sorgen dafür, dass der horizontale Flüssigkeitsstrom vertikal fließt, und sollten mit 2-8 Umlenkblechen pro Tank ausgestattet sein, um eine maximale Wirksamkeit zu erzielen.

Düsen werden zum Einspritzen und Ablassen der Flüssigkeit im Tank verwendet. Wenn Gas in die Flüssigkeit eingespritzt wird, kann es durch die Düsen am Boden des Tanks eingeleitet werden, die auch Sprudelkomponenten sind.

Funktionsweise des Rührwerksbehälters

Rührwerksbehälter bestehen aus einem Motor, einem Untersetzungsgetriebe, einem Wellendichtring, einer Welle, Rührflügeln und Leitblechen.

1. Wellenabdichtungsvorrichtung

Der Motor dreht sich und überträgt die Leistung auf die Welle, die, wenn sie mit einem Untersetzungsgetriebe ausgestattet ist, entsprechend dem Untersetzungsgetriebe verlangsamt und das Drehmoment erhöht. Die Wellenabdichtungsvorrichtung dichtet auch das Innere des Tanks ab, ohne die Rotation zu beeinträchtigen. Übliche Wellendichtungen sind Stopfbuchspackungen und Gleitringdichtungen.

2. Rührwerksflügel

Die Welle dreht sich gleichzeitig mit den Rührflügeln und ermöglicht so das Rühren der Flüssigkeit. Das Rühren im Rührwerksbehälter wird durch Schub- und Radialkräfte verursacht, die von der Form der Rührflügel abhängen. Darüber hinaus fließt die Flüssigkeit, die mit den Rührwerksbehältern in Berührung kommt, nach oben, unten, links und rechts, was zu einem rührwerksbehälterspezifischen Verhalten führt.

3. Schikanen

Die gerührte Flüssigkeit kann durch im Behälter angebrachte Leitbleche weiter dispergiert werden. Mit Hilfe von Leitblechen kann die Strömung von einem laminaren in einen turbulenten Zustand versetzt werden. Stromstörer sind besonders effektiv beim Rühren von Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität, da diese dazu neigen, laminar zu fließen.

4. Tanks

Die Form des Tanks verändert den Grad der Flüssigkeitsverteilung. Die Form des Tankbodens hat einen besonders großen Einfluss auf die Flüssigkeitsansammlung. Üblich sind halbelliptische Formen im Verhältnis 2:1 oder 10 % Schalenform. Wenn das Verhältnis zwischen der Höhe der Flüssigkeitsoberfläche und dem Tankinnendurchmesser 1,2 beträgt, kann der Tankinnendurchmesser durch Multiplikation des Flüssigkeitsvolumens mit 1,14 und anschließender Multiplikation mit 1/3 berechnet werden.

Sonstige Angaben zum Rührwerksbehälter

1. Art der Rührwerksbehälter

Das Teil, das die Drehung des Motors auf den Rührwerksbehälter überträgt und das Material rührt, ist der Rührflügel. Die Rolle der Rührflügel kann in zwei Hauptkategorien unterteilt werden: Scherwirkung, die eine Scherkraft auf verschiedene Teile des Rührwerksbehälters ausübt, sowie Umwälzwirkung, die für die Bildung eines Umwälzstroms sorgt. Auf der Grundlage der Viskosität des zu rührenden Materials wird der Rührflügel mit dem optimalen Gleichgewicht ausgewählt, um das Ziel zu erreichen.

Typische in Rührwerksbehältern verwendete Rührflügel sind:

Propellerflügel
Propellerblätter sind dreiflügelige Rührblätter, die auf Schiffen verwendet werden. Sie eignen sich nicht zum Rühren von hochviskosen Rohstoffen, werden aber zur Verhinderung von Sedimentation eingesetzt, wenn Flüssigkeiten mit niedriger Viskosität einzelne Partikel enthalten. Aufgrund ihrer geringen Kosten und ihrer Kompaktheit werden sie auch häufig als Standard-Rührflügel verwendet.

Scheibenturbinenschaufeln
Scheibenturbinenschaufeln sind Rührschaufeln, die aus einer Scheibe mit mehreren daran befestigten Schaufeln bestehen. Sie haben einen hohen Stromverbrauch, erzeugen aber eine große Umwälz- und Scherwirkung. Sie können zum Rühren bei der Zerkleinerung von Feststoffen und zum Rühren von Reaktionen wie der Dispersion und Absorption von Gasen eingesetzt werden.

Ankerflügel
Ankerschaufeln sind Rührwerksschaufeln, die wie ein Schiffsanker geformt sind. In der Regel sind diese Rührwerksbehälter vom Boden des Rührwerks entlang der Wände geformt. Es können auch hochviskose Stoffe gerührt werden, die Rührleistung ist jedoch nicht so hoch wie bei anderen Rührwerksbehältern.

2. Arten von Rührwerksbehältern

Es gibt mehrere Arten von Rührwerksbehältern. Es ist wichtig, den Rührwerksbehälter nach der für die zu mischende Flüssigkeit geeigneten Rührmethode auszuwählen.

Zentrales Rühren
Hierbei handelt es sich um eine Rührmethode, bei der die Mittelachse der Rührflügel vertikal in der Mitte des Rührwerksbehälters angebracht ist. Diese Methode ist weit verbreitet und zeichnet sich durch eine gleichmäßige Strömung aus.

Exzentrisch geneigtes Rührwerk
Bei dieser Rührmethode sind die Rührflügel nicht in der Mitte des Rührwerksbehälters, sondern schräg zum Boden des Rührwerksbehälters angebracht. Auch ohne Leitbleche können turbulente Strömungsverhältnisse erzeugt werden.

Rühren am Boden
Hierbei handelt es sich um eine Rührmethode, bei der die Rührflügel vom Boden des Rührwerksbehälters aus montiert werden. Bei großen Rührwerksbehältern ist der Anbau einer langen Welle nicht mehr erforderlich.

Was ist ein Reflektometer?

Reflektometer sind Geräte, mit denen man überprüfen kann, wie viel Licht im Verhältnis zum eingestrahlten Licht auf ein Objekt zurückfällt.

Der Reflexionsgrad ist bei Autospiegeln sehr wichtig. Da sie durch die Reflexionen der Sonne und der Scheinwerfer nachfolgender Fahrzeuge geblendet werden, sind sie mit einer Technologie ausgestattet, die den Reflexionsgrad automatisch ändert.

Sie werden auch für andere Zwecke verwendet, z. B. für die Messung der Rauheit von beschichteten Oberflächen.

Anwendungen von Reflektometern

Reflektometer gibt es als direkte und indirekte Messmethoden.

Direkte Reflektometrie
Bei dieser Methode wird der Reflexionsgrad gemessen, wenn eine Lichtquelle direkt auf das zu messende Objekt gerichtet ist. Der wahre Reflexionsgrad wird aufgrund der absoluten Reflexion ermittelt. Diese Methode wird für Teile mit glatten Oberflächen verwendet, wie z. B. Autospiegel und Kunststoffprodukte, bei denen eine spiegelnde Reflexion zu erwarten ist.

Indirekte Reflexionsmethode
Bei dieser Methode wird der Reflexionsgrad gemessen, indem eine Lichtquelle indirekt auf das zu messende Objekt gerichtet wird. Die Lichtquelle wird auf eine Ulbricht-Kugel gestrahlt. Wenn das Licht auf die Ulbricht-Kugel fällt, wiederholt sich die diffuse Reflexion in der Kugel, und es kann Licht mit gleichmäßiger Intensität, unabhängig von der Position, auf das Material gestrahlt werden. Dies ist nützlich für Materialien, die uneben sind oder zu diffuser Reflexion neigen.

Funktionsweise des Reflektometers

Die Funktionsweise des Reflektometers beruht auf der Fresnelschen Gleichung. Die Fresnelsche Formel berücksichtigt einfallendes Licht, reflektiertes Licht, durchgelassenes Licht und den Brechungsindex.

Wenn Licht auf ein Objekt fällt, entstehen einfallendes und reflektiertes Licht, und der Winkel zwischen dem einfallenden Licht und dem Mittelpunkt des Objekts wird als Einfallswinkel bzw. als Reflexionswinkel bezeichnet.

Nicht das gesamte einfallende Licht wird reflektiert, sondern ein Teil wird in Richtung des Objekts durchgelassen. Wenn sich der Brechungsindex des Objekts von dem des Mediums, durch das das Licht fällt (Luft), unterscheidet sich der Transmissionswinkel zwischen dem Mittelpunkt des Objekts und dem durchgelassenen Licht vom Einfallswinkel.

Der Reflexionsgrad lässt sich berechnen, indem die Differenz zwischen dem Einfallswinkel (Reflexionswinkel), dem Transmissionswinkel und dem Brechungsindex in die Formel eingesetzt wird.

Ein typisches Beispiel für die Anwendung der Fresnelschen Formel sind optische Fasern. Lichtwellenleiter sind zweischichtig aufgebaut, wobei die innere und die äußere Schicht aus Materialien mit unterschiedlichen Brechungsindizes bestehen.

Wenn es keine Probleme an den Verbindungsflächen der Schichten gibt, treten keine Reflexionen auf, aber wenn durch Schneiden oder aus anderen Gründen Lücken entstehen, kommt es immer wieder zu Reflexionen. Anhand des Reflexionsgrads wird das Ausmaß des Spalts bestimmt.

Was ist eine bidirektionale DC-Stromversorgung?

Eine bidirektionale DC-Stromversorgung ist ein Stromversorgungsgerät, das gleichzeitig Strom in Gleichstrom liefern und Strom empfangen kann.

Herkömmliche Gleichstromversorgungen liefern Strom nur in eine Richtung und können den Stromfluss in die entgegengesetzte Richtung nicht steuern. Bidirektionale DC-Stromversorgungen können sowohl Strom liefern als auch zurückgewinnen. Darüber hinaus kann die Energieversorgung und -rückgewinnung flexibel gestaltet werden.

Daher wird diese Technologie als nützlich für die Verbesserung der Energieeffizienz und die Stabilisierung von Stromnetzen erachtet. Sie wird auch als Stromquelle für Elektrofahrzeuge genutzt.

Anwendungen bidirektionaler DC-Stromversorgungen

Bidirektionale DC-Stromversorgungen werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Die folgenden sind typische Anwendungen.

1. Systeme zur Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien

Bidirektionale DC-Stromversorgungen werden in Stromerzeugungssysteme für erneuerbare Energien wie Solar- und Windenergie integriert. Durch den Einsatz bidirektionaler DC-Stromversorgungen kann Gleichstrom aus erneuerbaren Energiequellen effizient zurückgewonnen und in das Stromnetz eingespeist werden.

Sie kann auch in Microgrids eingesetzt werden. Microgrids sind kleine Energiesysteme. Sie kombinieren erneuerbare Energieerzeugung, Speicherbatterien und Stromrichter zu einem unabhängigen Stromsystem.

2. Kraftfahrzeuge

Dies ist auch für die Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge wichtig. Gleichstrom-Ladestationen nutzen eine bidirektionale DC-Stromversorgung, um Elektrofahrzeuge durch die Einspeisung von Strom aus Speicherbatterien zu laden. Sie können auch den Rückstrom aus den Speicherbatterien steuern, um Strom in das Stromnetz zu liefern.

3. Andere

Bidirektionale DC-Stromversorgungen werden auch in Fahrzeuginfrastrukturen wie Elektrobussen und Straßenbahnen eingesetzt. Bidirektionale DC-Stromversorgungen können zur effizienten Einspeisung von Strom und zur Rückspeisung von Rückstrom verwendet werden.

Anwendungen sind auch in Baumaschinen zu finden. Gabelstapler und Kräne sind Beispiele dafür. Da Baumaschinen häufig bewegt und angehalten werden, kann eine bidirektionale DC-Stromversorgung einen effizienten Betrieb gewährleisten.

Prinzip der bidirektionalen DC-Stromversorgungen

Zu den Komponenten einer bidirektionalen DC-Stromversorgung gehören der Stromrichter und das Steuerungssystem. Diese Geräte und Systeme wandeln, steuern und schützen den Strom.

Bidirektionale DC-Stromversorgungen verwenden Wechselrichter und Konverter zur Umwandlung von Gleichstrom in Wechselstrom und umgekehrt. Dadurch ist es möglich, die Versorgung und Rückgewinnung von Strom in beiden Richtungen zu steuern.

Steuerungssysteme sind ebenfalls wichtig für die Steuerung der Stromversorgung und -rückgewinnung. Das Steuersystem steuert den Energiefluss, die Spannung und den Strom, um die erforderliche Energieversorgung und -rückgewinnung zu erreichen. Aufgrund der Art der Rückspeisung in das Netz wird dies auch als regenerative Energieversorgung bezeichnet.

Bei der Verwendung von Akkumulatoren ist auch ein Akkumulatormanagementsystem erforderlich. Als Speicherbatterien werden Lithium-Ionen-Batterien und Blei-Säure-Batterien eingesetzt. Das Speicherbatterie-Management-System überwacht den Lade- und Entladezustand der Speicherbatterien und steuert die Einspeisung und Rückspeisung von Strom zum richtigen Zeitpunkt.

Wie wählt man eine bidirektionale DC-Stromversorgung aus?

Bei der Auswahl einer bidirektionalen DC-Stromversorgung sind die folgenden Faktoren zu beachten

1. Nennleistung

Die Nennleistung einer bidirektionalen DC-Stromversorgung ist ein wichtiger Faktor für die Bereitstellung oder Rückgewinnung der benötigten Leistung. Je nach Größe und Zweck der benötigten Leistung sollte die entsprechende Nennleistung gewählt werden. Die Nennleistung wird in Watt (W) oder Kilowatt (kW) angegeben.

Produkte mit einer höheren Nennleistung können mehr Leistung aufnehmen. Sie sind jedoch oft auch teurer.

2. Ausgangsspannung

Die Ausgangsspannung einer bidirektionalen DC-Stromversorgung wird entsprechend den Anforderungen des Geräts oder Systems, an das sie angeschlossen wird, gewählt. Die für den Betrieb des Geräts oder Systems erforderliche Spannungshöhe sollte berücksichtigt und die geeignete Ausgangsspannung gewählt werden. Im Allgemeinen sind die meisten Produkte in einem bestimmten Spannungsbereich einstellbar.

3. Wechselspannung

Bei der Einspeisung oder Rückgewinnung von Wechselstrom ist ein wichtiger Faktor die Wechselspannung. Die zu liefernde oder rückgewonnene Wechselspannung muss entsprechend den Spezifikationen des Stromnetzes und der anzuschließenden Geräte ausgewählt werden. Die Wechselspannung wird im Allgemeinen als eine Kombination aus Frequenz (Hz) und Spannung (V) angegeben.

In Japan werden Spannungen wie 3-Phasen 200 V oder 400 V verwendet. Die meisten Produkte haben eine Frequenz von 60 Hz oder 50 Hz.

4. Schnittstellen

Die Art der Verbindung und Kommunikation mit Systemen und Geräten ist ebenfalls ein wichtiger Faktor. Kommunikationsprotokolle, Steckertypen und Methoden zur Übertragung von Steuersignalen sind für die Schnittstelle von Bedeutung. Wählen Sie die geeignete Schnittstelle unter Berücksichtigung der Kompatibilität und Eignung des zu verwendenden Systems.

Was ist ein Relais-Steckverbinder?

Relais-Steckverbinder sind Steckverbinder, die zur Herstellung von Relaisverbindungen zwischen Geräten verwendet werden.

Steckverbinder dienen als Schnittstelle für die Verbindung von Geräten und Komponenten von außen in elektronischen Geräten und sind Vorrichtungen zum sicheren Verbinden und Trennen von angeschlossenen Geräten. Relais-Steckverbinder sind je nach Anwendung in einer breiten Palette von Spezifikationen erhältlich, z. B. für externe Verbindungen, interne Verbindungen und für Automobil- und Industrieausrüstungen.

Anwendungen von Relais-Steckverbindern

Relais-Steckverbinder werden zum sicheren Verbinden und Trennen von Geräten beim Relaisbetrieb verwendet.

Relais-Steckverbinder für externe Verbindungen sind oft einfach zu bedienen und können mit einer einzigen Berührung verriegelt werden. Relais-Steckverbinder für interne Verbindungen werden für Relais auf Platinen etc. verwendet und sind platzsparend und speziell darauf ausgelegt, Fehlsteckungen durch den Einsatz vieler Relais-Steckverbinder zu vermeiden.

Wasserdichte Relais-Steckverbinder haben eine Federstruktur im Kontaktbereich und kontaktieren nur, wenn der Steckersitz vollständig verriegelt ist. Bei unvollständigem Sitz der Steckverbinder verhindert die Rückstellkraft der Feder, dass sich die Steckverbinder lösen und einen Kontakt herstellen.

Relais-Steckverbinder mit fahrzeugspezifischen Eigenschaften verfügen über eine ausgezeichnete Hochspannungsfestigkeit und hohe Wärmebeständigkeit und haben die Prüfbedingungen bestanden, die für die Erfüllung der Normen der Fahrzeuge, in die sie eingebaut werden, erforderlich sind.

Funktionsweise der Relais-Steckverbinder

Steckverbinder sind in der Regel paarweise aufgebaut, wobei das Steckerteil und das Buchsenteil zu einem Teil zusammengefasst sind, das zum Verbinden und Trennen des Steckverbinders dient.

Der Aufbau des Steckverbinders besteht aus einem Kontakt, bei dem sowohl das Steckerteil als auch das Buchsenteil aus einem elektrisch leitenden Material bestehen, einem Isolator aus isolierendem Kunststoff und einem äußeren Schalenteil, das den Isolator schützt.

Die Kontakte bestehen aus einer hochleitfähigen Kupferlegierung mit einem nicht federnden Stiftkontakt im Stecker und einem federbelasteten Buchsenkontakt in der Dose, in den der Stiftkontakt eingesetzt und montiert wird. Der Steckerteil wird in den Buchsenteil eingesteckt und die Feder im Kontakt ermöglicht eine feste Verbindung zwischen beiden.

Was ist ein digitaler Drucksensor?

Ein digitaler Drucksensor ist ein digitales Druckmessgerät, das ein Kontaktsignal ausgibt, um anzuzeigen, dass ein bestimmtes Druckniveau erreicht wurde.

Sie können gleichzeitig als digitale Drucksensoren und als Druckschalter fungieren, indem sie den Druck auf einer 7-Segment-Anzeige anzeigen und die Einstellung des Ausgangsdrucks auf dem Bedienfeld ermöglichen.

Anwendungen von digitalen Drucksensoren

Digitale Drucksensoren werden hauptsächlich in der Produktion eingesetzt. Spezifische Anwendungen sind wie folgt:

• Zur Druckregelung in Vakuumanlagen für die Halbleiterproduktion
• Für die Druckkontrolle in Rohrleitungen in chemischen Anlagen
• Für die Druckregelung in Druckluftbehältern
• Zur Drucküberwachung in hydraulischen Pressen
• Zur Überwachung des Kältemitteldrucks in Klimaanlagen

Die Anwendungsbeispiele unterscheiden sich nicht wesentlich von denen der digitalen Druckmessgeräte. Das Hauptmerkmal des digitalen Drucksensors ist jedoch, dass er einen Kontaktpunkt ausgeben kann. Der Kontaktausgang des Drucks kann zum Einrichten von Verriegelungen und Alarmen verwendet werden.

Funktionsweise des digitalen Drucksensors

Digitale Drucksensoren bestehen aus einem Sensor, einer Recheneinheit und einer Anzeigeeinheit.

1. Sensorteil

Der Sensorteil besteht aus einem Drucksensor und einer Membrane. Die Membrane besteht aus korrosionsbeständigem Edelstahl oder Silikon. Die Membran hat die Aufgabe, den Sensor vor dem zu beobachtenden Gas oder der Flüssigkeit zu schützen.

Der durch die Membran übertragene Druck wird von einem Drucksensor wie einem Dehnungsmessstreifen oder einem piezoelektrischen Element erfasst. Dehnungsmessstreifen sind Elemente, deren Widerstand sich mit dem Druck ändert, während piezoelektrische Elemente mit dem Druck eine Spannung erzeugen. Der ermittelte Druck wird vom Sensor an das Rechenwerk weitergeleitet.

2. Rechenwerk

Das Rechenwerk empfängt den analogen Eingang vom Sensor, berechnet die Daten und gibt sie aus. Es wird eine gedruckte Schaltung oder ähnliches verwendet. Das analoge Eingangssignal wird digital ausgegeben. Gleichzeitig wird der Analogeingang umgewandelt und an die Anzeigeeinheit ausgegeben.

3. Anzeigegerät

Die Anzeige visualisiert den zu beobachtenden Druck und wird in der Regel auf einer 7-Segment-LED-Anzeige dargestellt, wobei die Druckeinheit in den meisten Fällen in Pa angegeben wird. Es gibt auch Produkte, bei denen die Position des Dezimalpunktes geändert werden kann.

Arten von digitalen Drucksensoren

Es gibt verschiedene Typen von digitalen Drucksensoren, die hauptsächlich nach dem Druckbereich ausgewählt werden. Der zu überwachende Druck wird in drei Typen unterteilt: Überdruck, Verbunddruck und Unterdruck.

1. Überdrucküberwachung

Digitale Drucksensoren zur Überdrucküberwachung sind Geräte, die den Druckzustand überwachen. Sie überwachen die Filterverstopfung und den Pumpendruck und werden in einer breiten Palette von Produkten zur Überwachung kleinster Drücke von etwa 100 kPa bis hin zu Produkten zur Überwachung hoher Drücke von etwa 50 MPa hergestellt. Im Allgemeinen wird die obere Druckgrenze je nach Messobjekt gewählt.

2. Überwachung von Verbunddruck

Dieses Gerät kann Überdruck bis Unterdruck überwachen. Es eignet sich für den Einsatz in Rohrleitungen, in denen sich Über- und Unterdruck vermischen. Ein Beispiel ist die Überwachung des Kältemitteldrucks in Klimaanlagen.

3. Unterdrucküberwachung

Dieses Gerät kann den Unterdruck überwachen. Es wird auch Vakuummeter oder Vakuumschalter genannt. Es wird z.B. zur Überwachung des Unterdrucks in Vakuumanlagen verwendet.

Weitere Informationen zu digitalen Drucksensoren

1. Sensor- und Überwachungsstruktur der digitalen Drucksensoren

Digitale Drucksensoren sind mit einem integrierten Sensor/Verstärker oder mit einem separaten Sensor/Verstärker erhältlich.

Integrierter Typ
Der integrierte Typ ist ein Produkt, bei dem Sensor und Display in einer Einheit zusammengefasst sind. Er zeichnet sich durch einen platzsparenden Einbau und eine einfache Verdrahtung aus.

Getrennter Typ
Separate Produkte verfügen über eine separate Sensor- und Anzeigeeinheit. Die Sensoreinheit kann am Messort installiert werden, während die Anzeigeeinheit, die als Verstärker fungiert, in einiger Entfernung installiert werden kann. Dies wird z. B. verwendet, wenn sich der Messort in einer korrosiven Umgebung befindet und der empfindliche Verstärker- und Anzeigeteil geschützt werden kann. Das Display kann auch in eine Position gebracht werden, in der es für Personen leichter zu sehen ist.

2. Ausgangsspezifikationen der digitalen Drucksensoren

Die Ausgangsspezifikationen von digitalen Drucksensoren variieren von Produkt zu Produkt. Im Allgemeinen werden sie in Halbleiterausgang und Kontaktausgang unterteilt.

Halbleiterausgang
Halbleiterausgänge sind digitale Ausgänge, die einen Transistor oder ähnliches verwenden. Obwohl die Lebensdauer nicht von der Anzahl der Betätigungen abhängt, besteht die Gefahr eines Geräteausfalls, wenn die falsche Art der Stromversorgung verwendet wird.

Kontaktausgang
Kontaktausgänge sind physische elektrische Kontaktausgänge. Da sie über eine Antriebseinheit verfügen, hängt ihre Lebensdauer von der Anzahl der Betätigungen ab. Es ist jedoch eine relativ große Auswahl an Stromversorgungsarten möglich, die sich durch ihre Widerstandsfähigkeit gegen Hitze usw. auszeichnen.

Was ist ein Kabelschutzrohr?

Kabelschutzrohre sind Rohre, die in Richtung der Ausdehnung geschlitzt sind.
Mit Kabelschutzrohren werden Leitungen ummantelt und zum Schutz, zur Verstärkung und zum Binden verwendet.
Das Hauptmerkmal dieses Produkts ist, dass es Drähte nach der Verdrahtung einfach und schnell schützen kann.
Von einigen Herstellern werden sie auch als Wellrohre bezeichnet.

Dank des Schlitzverfahrens lässt es sich leicht anbringen und abnehmen und kann nach dem Abnehmen sogar wiederverwendet werden.
Die gebräuchlichsten Farben sind durchscheinend, weiß, grau und schwarz, die beim Bündeln von Kabeln weniger auffallen.
Zu den Materialien gehören Harz, 6-Nylon und Polyethylen.

Anwendungen von Kabelschutzrohren

Kabelschutzrohre werden aufgrund ihrer einfachen Verlegung und hohen Flexibilität in einer Vielzahl von Situationen eingesetzt.
Zu den spezifischen Anwendungsfällen gehören:

• Zum Schutz von Leitungen in Büros, Fabriken usw
• Zum Einbinden von Leitungen in großen Maschinen
• Als Schutz für Gummischläuche
• Zum Schutz und zur Organisation von Computerkabeln aufgrund seiner Stoßfestigkeit
• Zur Organisation der Verkabelung von Fernsehern, Computern, Audiogeräten, die zu Hause verwendet werden

Kabelschutzrohre mit einem kleinen Innendurchmesser werden auch als Schutz für optische Kabel verwendet.

Eigenschaften von Kabelschutzrohren

Kabelschutzrohre zeichnen sich durch ihr extrem geringes Gewicht und ihre hohe Flexibilität aus.
Darüber hinaus lassen sie sich dank des Schlitzverfahrens leicht in gekrümmte Bereiche einpassen und sind glatt, wenn sich die Leitungen nach der Montage bewegen oder verformen.

Die Montage ist sehr einfach und viele Produkte werden mit einer Montagevorrichtung geliefert.
Das Verfahren ist wie folgt: Klemmen Sie das zu montierende Objekt (Draht, Schlauch, etc.) mit Hilfe der Schablone ein und setzen Sie die Kabelschutzrohre mit dem geschlitzten Teil nach innen in die Schablone ein.
Die Schablone und das Ende der Kabelschutzrohre werden dann mit der Hand festgehalten und die Schablone zu sich gezogen, um die Installation abzuschließen.
Für die Endbearbeitung werden Bindebänder oder Vinylband verwendet.

Der Schlitz in Verlängerungsrichtung erleichtert das Anbringen auch nach Abschluss der Verdrahtung.
Beim Lösen der Bindung kann der Schlauch leicht entfernt werden, indem das Schlauchende einfach nach oben gezogen wird.
Außerdem kann der Schlauch nach dem Entfernen wiederverwendet werden.

Je nach Anwendung stehen verschiedene Materialien zur Verfügung, insbesondere Nylon 6, das sehr hitze-, chemikalien- und abriebbeständig ist.
Viele der längeren Stücke sind in Kartons verpackt, was den Transport und die Lagerhaltung erleichtert.

Was ist ein Anbohrer?

Ein Anbohrer ist ein Werkzeug, das bei Bearbeitungsvorgängen verwendet wird, bevor der normale Bohrer zum Einsatz kommt.

Er wird auch als Vorbohrer bezeichnet. Wie der Name Anbohrer schon sagt, wird er zum Ansetzen und Anfasen von Bohrungen verwendet. Anbohrer zeichnen sich im Vergleich zu normalen Bohrern durch einen kürzeren Spiralabschnitt und einer 90 °-Spitze aus.

Diese Konstruktionsmerkmale ermöglichen ein sehr präzises Positionieren und Anfasen. Außerdem hat der Bohrer bei der Anwendung einen guten Biss, was das genaue Positionieren und Anfasen schnell und einfach macht. Anbohrer sind eines der wichtigsten Werkzeuge für die Bearbeitungsgenauigkeit.

Je nach Material kann es beim Bohren von Löchern mit einem normalen Bohrer zu Verformungen kommen, aber der Anbohrer ermöglicht genaues Bohren mit minimaler Verformung. Anbohrer sind auch nützlich, um Löcher vor dem Bohren zu positionieren. Eine exakte Positionierung verbessert die Genauigkeit des Bohrvorgangs.

Anwendungen von Anbohrern

Anbohrer werden hauptsächlich für Positionierungsaufgaben beim Bohren verwendet. Indem man ein Loch bohrt, das gerade groß genug ist, um die Meißelkante eines normalen Bohrers aufzunehmen, kann man beim Bohren Material und Bohrerschütterungen reduzieren. Dies verbessert die Bearbeitungsgenauigkeit.

Anbohrer können auch für die so genannte V-Nut Bohrung verwendet werden, bei dem eine V-förmige Nut gebohrt wird und der Anbohrer dazu dient, die ungefähre Position des zu bearbeitenden Bereichs zu bestimmen. Anbohrer spielen bei der Herstellung von V-förmigen Nuten eine sehr wichtige Rolle.

Darüber hinaus sind Anbohrer auch für andere Bearbeitungen als das Bohren nützlich, z. B. für Verformungen und Zentrierungen. Bei Verformungen wird der Anbohrer verwendet, um die Position des Bearbeitungspunktes vor dem Bohren zu bestimmen, während bei Zentrierbearbeitungen der Anbohrer verwendet werden kann, um die Mittelposition des zu bearbeitenden Teils zu finden.

Funktionsweise des Anbohrers

Anbohrer sind speziell für das Bohren von Positionierbohrungen konzipiert und können Bohrungen mit hoher Genauigkeit ausführen. Durch die kurze, starre Meißelschneide lassen sich Löcher in glatten Materialien leicht bohren und können auch zum Anfasen nach dem Bohren verwendet werden.

Der Winkel der Bohrerspitze hängt vom Verhältnis zwischen der normalen Bohrergröße und der Größe des Lochs ab. Wenn das Loch größer ist, wird die Mitte des Bohrers eher unscharf, was aber den Verschleiß des Bohrers beim Bohren vermeiden kann. Umgekehrt ist bei einem kleineren Loch die Unschärfe geringer, aber der Bohrerkörper ist anfälliger für Verschleiß.

Ein weiteres Produkt mit einer ähnlichen Struktur wie der Anbohrer ist der Zentrierbohrer. Der Zentrierbohrer kann auch für andere Zwecke als zum Positionieren verwendet werden, aber aufgrund seiner relativ dünnen Spitze ist das Risiko einer Beschädigung während der Bearbeitung relativ hoch.

Anbohrer haben eine 90 °-Spitze und eine kurze Meißelschneide, die eine genaue Positionierung und Anfasung ermöglicht. Sie sind unentbehrliche Werkzeuge, wenn eine hohe Präzision bei der Bohrbearbeitung erforderlich ist. Eine höhere Bearbeitungsgenauigkeit kann durch die Einstellung des Winkels in Abhängigkeit von der Glätte des Werkstücks und der Größe des Bohrers erreicht werden.

Arten von Anbohrern

Es gibt drei Haupttypen von Anbohrern: HSS-Anbohrer, Kobalt-Anbohrer und bestückbare Anbohrer.

1. HSS-Anbohrer

HSS Anbohrer sind Anbohrer für allgemeine Stahlwerkstoffe, die langlebig sind und sich für eine Vielzahl von Anwendungen eignen. Sie werden für die allgemeine Metallbearbeitung, einschließlich Stahl, verwendet und bieten eine hohe Genauigkeit beim Bohren.

2. Kobalt-Anbohrer

Kobalt-Anbohrer sind haltbarer und hitzebeständiger als HSS-Anbohrer und eignen sich daher für die Bearbeitung harter Materialien und in Umgebungen mit hohen Temperaturen. Sie werden auch für die Bearbeitung anderer Werkstoffe als Stahl verwendet.

3. Bestückbarer Anbohrer

Anbohrer mit Spitzen können mit austauschbaren Spitzen am Ende des Bohrers ausgestattet werden, die bei nachlassender Schärfe leicht ausgewechselt werden können. Sie sind für eine Vielzahl von Werkstoffen geeignet und bieten eine hohe Bohrgenauigkeit.

Was ist ein Piezo-Treiber?

Ein Piezo-Treiber ist ein Stromversorgungs- und Steuergerät für den stabilen Betrieb und die Steuerung eines piezoelektrischen Elements.

Piezoelektrische Elemente sind Vorrichtungen, die mechanische Verschiebungen in Spannungswerte oder angelegte Spannungen in mechanische Aktionen umwandeln und dabei den piezoelektrischen und inversen piezoelektrischen Effekt nutzen. Insbesondere bei der Umwandlung in mechanische Vorgänge können sehr feine Submikrometer-Steuerungen mit hoher Geschwindigkeit erreicht werden.

Piezo-Treiber spielen bei der Steuerung solcher präzisen Bewegungen mit piezoelektrischen Elementen die Rolle der Energiequelle und des Controllers.

Anwendungen von Piezo-Treibern

Piezo-Treiber werden häufig in Situationen eingesetzt, in denen eine feine Bewegungssteuerung erforderlich ist, wie z. B. in Mikroskopen und Präzisionswerkzeugmaschinen, bei denen es auf eine genaue Positionierung ankommt. In Anwendungen der optischen Mikroskopie können Piezo-Treiber zum Antrieb von X-Y-Tischen und Objektiven für eine schnelle und genaue Positionierung verwendet werden.

Dies eignet sich zum Beispiel sehr gut für die dreidimensionale Hochgeschwindigkeitsabbildung dynamischer Phänomene in lebenden Zellen. Piezo-Treiber werden auch häufig in Werkzeugmaschinen wie Drehbänken für Präzisionsarbeiten eingesetzt, bei denen eine Genauigkeit im Submikrometerbereich erforderlich ist.

Die Leistung des Piezo-Treiber-Treibers, der für die Steuerung des piezoelektrischen Antriebs verantwortlich ist, ist wichtig, um sicherzustellen, dass die Leistung des Antriebs mit piezoelektrischen Elementen voll ausgeschöpft wird.

Funktionsweise des Piezo-Treibers

Die Funktionsweise des Piezo-Treibers besteht darin, dass er über eine Stromversorgung für den Antrieb des piezoelektrischen Elements und eine Steuerschaltung für die präzise Handhabung kleinster Potenziale verfügt (um die piezoelektrischen und inversen piezoelektrischen Effekte zu nutzen). Das piezoelektrische Element selbst hat die Eigenschaften eines Kondensators, und die Stromversorgungsseite (Piezo-Treiber-Seite), die den Kondensator beim Laden und Entladen antreibt, muss die Eigenschaften eines verstärkerartigen Netzteils haben, das in der Lage ist, Ausgangsstrom aufzunehmen und abzugeben.

Piezoelektrische Geräte reagieren auf kleinste Spannungsänderungen. Wird eine Spannungsänderung in der Schaltung in einem stabilen Zustand ohne Eingabe festgestellt, wird das Piezoelement angesteuert, obwohl keine Aktion erfolgt.

Die Spannungsversorgung des Piezo-Treibers muss ausreichend stabil sein. Um die Stabilität der Spannungsversorgung zu gewährleisten, wird ein Shunt-Regler oder ein ähnlicher Regler eingebaut, der die am Piezoelement anliegende Spannung überwacht und ständig eine Rückkopplung anlegt.

Durch die Minimierung von Störungen und Driftgeräuschen auf diese Weise ist es möglich, stabil genug Strom zu liefern, um die Kapazität des Piezo-Elements zu füllen und den Antrieb in nur wenigen Mikrosekunden als Reaktion auf einen plötzlichen Anstieg der Steuerspannung am Eingang zu beenden.

Weitere Informationen zu Piezo-Treibern

1. Piezo-Treiber mit PWM-Steuerung

Im Einklang mit dem jüngsten Trend zur Energieeinsparung, wie er durch die SDGs verkörpert wird, nutzen Audioverstärker die PWM-Steuerung (Pulsweitenmodulation), um die Effizienz zu verbessern, und einige Hersteller wenden PWM-gesteuerte Verstärker auch auf Piezo-Treiber an.

Im Gegensatz zu spezialisierten Audioverstärkern hat die Entwicklung einzigartiger PWM-gesteuerter Verstärker mit niedrigem Strom und hoher Spannung, die für Piezo-Elemente geeignet sind, zur Kommerzialisierung von kompakten Piezo-Treiber-Treibern mit hohem Wirkungsgrad geführt.

2. Anwendungen in Kopfhörern und Lautsprechern

Piezoelektrische Elemente selbst werden schon seit einiger Zeit in der Akustik eingesetzt, aber ihre Verwendung war auf piezoelektrische Lautsprecher und dergleichen beschränkt. In den letzten Jahren wurden Piezo-Treiber jedoch in High-End-Kopfhörern für die hochauflösende Wiedergabe und andere Anwendungen eingesetzt. Wenn eine Spannung an einen Piezo-Treiber angelegt wird, erzeugt das piezoelektrische Element Druck. Wenn ein Musiksignal als Spannung an den Piezo-Treiber angelegt wird, schwingt die Membran entsprechend. Mit anderen Worten: Die Spannung wird in Schall umgewandelt.

Der Vorteil der Verwendung von Piezo-Treibern in Ohrhörern ist, dass es keinen Signalumwandlungsprozess gibt, wie z. B. bei dynamischen Typen, bei denen eine Spule verwendet wird, um das Musiksignal in eine magnetische Kraft umzuwandeln, die die Membran in Schwingung versetzt. Da der Piezo-Treiber die Membran direkt in Schwingung versetzt, arbeitet er außerdem mit extrem hohen Geschwindigkeiten, was zu einer sehr guten Wiedergabe von ultrahohen Frequenzen führt. Dies macht sie ideal für die Wiedergabe der reichhaltigen Ultrahochfrequenzinformationen von hochauflösenden Klangquellen.

Um die Leistung von Kopfhörern mit Piezo-Treibern nutzen zu können, müssen jedoch auch andere Treiber, z. B. für tiefe und mittlere Frequenzen, in der Spitzenklasse eingesetzt werden, und die Produkte sind teuer. Der Mechanismus von Piezo-Treiber-Lautsprechern ist fast der gleiche wie der von Piezo-Treiber-Kopfhörern. Die Piezo-Lautsprecher eines Herstellers haben jedoch eine sehr dünne und flexible Struktur, die es ihnen ermöglicht, eine Vielzahl von Objekten zur Klangerzeugung in Schwingung zu versetzen.

Außerdem haben sie ein breiteres Klangspektrum als frühere piezoelektrische Lautsprecher, mit einer verbesserten Leistung im Bassbereich, der bisher eine besondere Schwäche war. Neuere LCD-Fernseher haben ein sehr dünnes Gehäuse, so dass die vorhandenen Lautsprecher nicht mehr eingebaut werden können. Dünne Film-Piezotreiber-Lautsprecher wie die oben genannten sind für solche dünnen Fernseher geeignet, und für die Zukunft wird eine höhere Klangqualität erwartet.

Was ist ein Shunt-Regler?

Ein Shunt-Regler (Nebenschlussregler) ist ein integrierter Schaltkreis (IC), der die Eingangsspannung eines Schaltkreises überwacht und eine Rückkopplung anwendet, um die Ausgangsspannung konstant zu halten.

Im Allgemeinen weicht die Spannung in einem integrierten Schaltkreis aufgrund verschiedener Faktoren wie Temperaturschwankungen und individuellen Bauteilunterschieden ab oder variiert. Shunt-Regler hingegen werden auch als integrierte Referenzspannungsschaltungen bezeichnet, da sie die Spannung mit hoher Präzision steuern können und häufig als Referenzspannungsquelle verwendet werden.

Im Vergleich zu spannungsstabilisierenden Schaltungen wie Linearreglern und Schaltreglern zeichnen sich Shunt-Regler durch ihre Fähigkeit aus, die Spannung mit hoher Genauigkeit zu regeln.

Anwendungen von Shunt-Reglern

Shunt-Regler werden häufig in Anwendungen eingesetzt, in denen hochpräzise Referenzstromversorgungen erforderlich sind, z. B. als Referenzspannungsquellen für AD/DA-Wandler und DSP-Referenzen sowie zur hochpräzisen Steuerung elektronischer Geräte.

Obwohl Shunt-Regler eine hochpräzise Spannungsregelung bieten, ist ihr Wirkungsgrad aufgrund ihrer Konstantspannungsfunktion parallel zur Last sehr gering, insbesondere bei hohen Strömen. Sie werden daher als Referenzspannungsquelle bei niedrigen Lastströmen verwendet, wo ihr geringer Wirkungsgrad vernachlässigbar ist, und auch zur Ansteuerung eines anderen Reglers mit höherem Strom in Reihe mit seiner nachfolgenden Stufe.

In Logikschaltungen, die zwei Spannungen vergleichen, wie z. B. Komparatoren, wird die Referenzspannung als Vergleichsziel verwendet. Der Wert der Referenzspannung muss so stabil wie möglich sein, da jedes Abdriften der Referenzspannung zum Zusammenbruch der beabsichtigten Schaltungsfunktion führen kann.

Funktionsweise des Shunt-Reglers

Das Funktionsprinzip eines Shunt-Reglers besteht darin, dass seine Komponenten, ein Fehlerverstärker und ein parallel zur Last geschalteter Transistor, Schwankungen der Eingangsspannung kompensieren und einen konstanten Laststrom aufrechterhalten, wodurch ein hochgenauer Spannungswert erzielt wird.

Shunt-Regler bestehen in der Regel aus einem internen Referenzspannungs-Pin, einem Fehlerverstärker und einem Transistor, die in der Schaltung parallel zur Last geschaltet sind. Wenn die Eingangsspannung ansteigt, versucht die Ausgangsspannung, mit ihr zu steigen. Der Fehlerverstärker erkennt dies jedoch und erhöht den durch den Transistor fließenden Strom, wodurch der durch die Last fließende Strom verringert und der Anstieg der Ausgangsspannung unterdrückt wird.

Ein Beispiel für den einfachsten Shunt-Regler ist der Zenerdioden-Regler. Eine Zenerdiode unterscheidet sich von einer normalen Diode dadurch, dass sie eine Spannung in umgekehrter Richtung anlegt, und wenn diese einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, beginnt ein großer Strom zu fließen. Die Spannungsschwelle an diesem Punkt wird als Zener-Spannung bezeichnet. Sie ist ein konstanter Wert, unabhängig von der Größe des fließenden Stroms, und die Zener-Spannung kann durch Hinzufügen von Verunreinigungen zum PN-Übergang genau festgelegt werden.

Shunt-Regler, die sich die Eigenschaften dieser Dioden zunutze machen, können Schaltungen vereinfachen und die Kosten senken, da eine konstante Spannung mit nur einer Diode erreicht werden kann. Wegen der großen Temperaturschwankungen sollte jedoch ein Shunt-Regler, der aus einem Fehlerverstärker und Transistoren besteht, verwendet werden, wenn die Temperatureigenschaften wichtig sind.

Weitere Informationen zu Shunt-Reglern

1. Der Unterschied zwischen einem Serienregler und einem Shunt-Regler

Linearregler sind DCDC-Wandler, die eine Ausgangsspannung erzeugen, die niedriger als die Eingangsspannung ist. Sie lassen sich in zwei Typen einteilen: Serienregler und Shunt-Regler.

Shunt-Regler sind DCDC-Wandler, die Widerstände zur Erzeugung von Spannungsabfällen und Steuerelemente parallel zur Last verwenden und auch als Parallelregelungstypen bezeichnet werden. Im Gegensatz dazu haben Serienregler Steuerelemente in Reihe mit der Last und werden auch als seriengesteuert bezeichnet.

Shunt-Regler unterscheiden sich von Serienreglern dadurch, dass sie einen bestimmten Strom fließen lassen. Sie haben in der Regel eine hohe Blindleistung und sind nicht für Hochstromanwendungen geeignet.

2. Dreipolige Regler und LDOs

Im Gegensatz zu den Shunt-Reglern lassen sich die Serienregler, die ebenfalls für Hochstromanwendungen eingesetzt werden, in Dreipunktregler und LDOs (Low Dropout Regulator) einteilen. Dreipolige Regler bestehen aus einem Gerät mit drei Anschlüssen: Eingang, Ausgang und GND. In der Regel werden in Gleichstromversorgungsschaltungen aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads Schaltregler verwendet, aber in einigen Anwendungen werden Dreipolregler aufgrund ihres geringen Rauschens, der geringeren Anzahl externer Komponenten und der niedrigen Kosten eingesetzt.

Bei LDOs handelt es sich um Serienregler, die mit einer kleinen Eingang-Ausgangspotenzialdifferenz arbeiten können und den Vorteil haben, dass sie weniger Leistungsverluste aufweisen als Allzweck-Serienregler. Aufgrund ihrer Funktionsweise sind bei ihrer Verwendung jedoch auch Vorsichtsmaßnahmen zu treffen, wie z. B. Grenzwerte für die Eingangsspannung und Lastbedingungen, weshalb es wichtig ist, die Spezifikationen zu überprüfen.

Was Ist Ein Kristall-Oszillatoren?

Kristall-Oszillatoren sind Geräte, die einen Schwingkreis in die mechanische Resonanz einer Quarzkristalleinheit (Quarz) einbauen und das piezoelektrische Phänomen des Quarzes nutzen, um eine konstante Frequenz zu erzeugen.

Andere Schwingkreise als Quarz sind die LC-Schwingung, die CR-Schwingung und die Schwingung mit keramischen Elementen. Die Kristalloszillation ist insofern überlegen, als sie eine hohe Genauigkeit in der Größenordnung von ppm erreichen kann (eine strenge Qualitätskontrolle ist möglich, wobei nicht mehr als ein Fehler pro Million Stück zulässig ist), während andere Oszillationsarten auf Schaltungen beschränkt sind, die eine Genauigkeit von % tolerieren können.

Der Grund, warum Quarz als elektronisches Schaltungselement verwendet werden kann, liegt in seinem piezoelektrischen Effekt. Quarz wird bereits seit dem 19. Jahrhundert als Element verwendet, lange vor der Erfindung von Transistoren und ICs.

Verwendungen von Kristall-Oszillatoren

Kristall-Oszillatoren, die auf der Vibration von Quarz basieren, wurden als Frequenzsignalquelle in Telekommunikationsgeräten, als Zeitgeber in Uhren (Quarz) und als Farbburstsignalquelle im Fernsehen verwendet. In den letzten Jahren werden sie in großer Zahl als Festfrequenz-Taktquellen in digitalen Schaltungen eingesetzt.

Taktreferenzsignale sind für ICs und LSIs (integrierte Schaltungen, die mehr hochintegrierte und komplexe Schaltungen als ICs enthalten) unerlässlich, und Kristall-Oszillatoren bieten die für die Takterzeugung erforderliche hohe Frequenzstabilität, Unveränderlichkeit und Kompaktheit.

Aus diesem Grund werden Kristall-Oszillatoren in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, nicht nur in herkömmlichen Telekommunikationsgeräten, Fernsehgeräten und Uhren, sondern auch in der Satellitenkommunikation, in Automobilen, Personalcomputern, DVD-Geräten und anderen Informationsgeräten.

Das Prinzip von Kristall-Oszillatoren

Ein Kristall-Oszillator ist ein Gerät, das einen Resonator, einen so genannten Kristall-Oszillatoren (Quarz), als Referenzresonanz verwendet und mit Hilfe eines Schwingkreises ein Signal erzeugt, das als Referenzfrequenz dient. Quarzkristalleinheiten nutzen das piezoelektrische Phänomen des Quarzes, aber eine Quarzkristalleinheit allein kann die erforderliche Amplitude der Resonanzfrequenz nicht aufrechterhalten.

In einem Kristall-Oszillatoren-Oszillator wird daher ein zusätzlicher interner Schwingkreis eingebaut, und die Resonanzfrequenz des Resonators wird zur Steuerung der Intensität und Frequenz des Referenzfrequenzsignals verwendet. Dies ist das Funktionsprinzip von Kristall-Oszillatoren. Quarz wird aus Quarz (Sio2: Siliziumdioxid) hergestellt, aber das in Kristall-Oszillatoren verwendete Material ist künstlicher Quarz. Der künstliche Quarzkristall wird aus einem natürlichen Kristall namens Raska hergestellt.

Raska wird in einen mit einer alkalischen Lösung gefüllten Ofen (Autoklav) gegeben und bei hohen Temperaturen und hohem Druck geschmolzen. Durch die kontrollierten Temperaturen entstehen natürliche Konvektionsströme, die große, hochreine, rekristallisierte Kunstkristalle erzeugen. Diese werden dann in dünne Scheiben geschnitten und zu Kristall-Oszillatoren verarbeitet.

Weitere Informationen über Kristall-Oszillatoren

1. Schwingungsmoden von Quarzkristall-Oszillatoren

Je nach dem Winkel, in dem der Kristall im Verhältnis zur Kristallachse geschnitten wird, variieren die Temperatureigenschaften der Frequenz, der Schwingungsmode usw. Am häufigsten ist das MHz-Band, von dem der “AT-cut”-Kristall einen großen Temperaturbereich und eine geringe Abweichung aufweist.

Wenn der Kristall beispielsweise in einer Armbanduhr verwendet wird, wird er bei einer Temperatur nahe der Körpertemperatur oder der Raumtemperatur geschnitten.

Der Schwingungsmodus bezieht sich auf die Form der mechanischen Schwingung des Kristalls, die auch als AT-Schliff “Dicken-Schlupf-Schwingung” bezeichnet wird und der Schwingung von Tofu auf einem Schneidebrett ähnelt, wenn es geschüttelt wird. Die Schwingungsfrequenz wird also durch die Dicke des Ausschnitts bestimmt.

2. Genauigkeit von Kristall-Oszillatoren

Die Genauigkeit eines normalen Kristall-Oszillators liegt bei etwa 1/10.000 bis 1/100.000. Im Vergleich zu anderen Oszillatoren ist diese Genauigkeit etwa 1.000-mal höher als die von Silizium-Oszillatoren und etwa 100-mal höher als die von Keramik-Oszillatoren, die genauer sind als Silizium- und Keramik-Oszillatoren, aber nicht so genau wie die in Atomuhren verwendeten Cäsium-Oszillatoren.

Kristall-Oszillatoren sind auch mit höherer Genauigkeit erhältlich und gehören zum Typ der temperaturgarantierten Kristall-Oszillatoren (TCXO). Diese Art von Produkten enthält eine Schaltung, die als temperaturgarantierte Schaltung bezeichnet wird. Die Temperaturgarantieschaltung hebt die Temperatureigenschaften der Kristalleinheit auf und gewährleistet durch den Einbau dieser Schaltung eine stabile Leistung über einen größeren Temperaturbereich.

3. Funktionsweise einer Kristall-Oszillatoren-Uhr

Eine Quarzoszillator-Uhr oder Quarzuhr funktioniert als Uhr, indem sie die von einem Kristall-Oszillatoren erzeugten hochpräzisen Schwingungen mit Hilfe eines ICs, das die Frequenz teilt, in Frequenzen im Sekundentakt umwandelt. Analoge Uhren (mit Zeigern) verwenden diese Frequenz in Sekundenschritten, um einen Schrittmotor anzutreiben, der den Sekunden-, Minuten- und Stundenzeiger bewegt. Digitaluhren wiederum nutzen die von einem Kristall-Oszillatoren erzeugte Frequenz in Sekundenschritten, um die Flüssigkristallanzeige zu steuern und die Ziffern darzustellen.

Der Vorteil von Quarzuhren gegenüber mechanischen Uhren liegt nicht nur in ihrer höheren Ganggenauigkeit. Die Tatsache, dass sie mit Batterien betrieben werden können, bedeutet, dass sie lange Zeit ohne Wartung laufen können. Und selbst wenn die Batterie leer ist, kann sie ausgetauscht werden, und die Uhr läuft mit der gleichen Präzision weiter wie zuvor.

Auf dem Markt sind auch Quarzuhren, die ohne Batteriewechsel auskommen, wie z. B. solar- oder generatorbetriebene Uhren, die über einen längeren Zeitraum weiterlaufen können.

4. Vergleich mit MEMS-Oszillatoren

Die Geschichte der Kristall-Oszillatoren verbreitete sich rasch, nachdem japanische Uhrenhersteller in den 1950er Jahren Quarzuhren entwickelt hatten, und heute sind sie in Telekommunikationsgeräten, Fernseh- und Informationsgeräten weit verbreitet. In letzter Zeit haben jedoch die so genannten MEMS-Oszillatoren (mikroelektromechanische Systeme) aufgrund ihrer Miniaturisierung, ihres Preises und ihrer Leistung an Aufmerksamkeit gewonnen.

MEMS-Oszillatoren verwenden ein Herstellungsverfahren, das auf dem Halbleiterherstellungsprozess basiert, wodurch sie leicht in elektronische Schaltungen integriert werden können und sich für eine Miniaturisierung eignen. Es gibt auch Produkte auf dem Markt, die in Bezug auf ihre Eigenschaften, wie z. B. die einfache Frequenzeinstellung und den Stromverbrauch, Vorteile aufweisen, und es besteht die Möglichkeit, dass sie durch künftige Verbesserungen die Kristall-Oszillatoren in Bezug auf ihren Marktanteil überholen werden.

5. Anstrengungen zur Erreichung höherer Frequenzen

Mit der jüngsten Ausweitung des Volumens der Informationskommunikation steigen die von den Informations- und Kommunikationsgeräten zu verarbeitenden Frequenzen mit der Generation der Kommunikation, da eine größere Modulationsbandbreite für die Kommunikation und schnellere Taktfrequenzen zu verarbeiten sind. Daher besteht natürlich ein Bedarf an Kristall-Oszillatoren für die Erzeugung von Referenzfrequenzen zur Unterstützung höherer Frequenzen.

Mit Fortschritten in der analogen Schaltungstechnik wie PLLs ist es möglich, die Frequenz schaltungsseitig bis zu einem gewissen Grad anzuheben. Um die Oszillationsfrequenz der Referenz-Kristall-Oszillatoren zu erhöhen, wurden daher Produkte mit einer hohen Frequenz von 100 MHz auf den Markt gebracht, indem die Quarzeinheit selbst und die Oszillationsschaltung verbessert wurden, um hohe Frequenzen zu unterstützen.