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Was ist ein Drucksensor?

Ein Drucksensor (englisch: pressure sensor) ist ein Gerät, das den Druck eines Gases oder einer Flüssigkeit misst.

Das Messelement wandelt die durch den Druck verursachten Veränderungen in ein elektrisches Signal um und gibt den Druck aus. Typische Messteile sind vom Typ Manometer.

In Drucksensoren vom Manometer-Typ werden Halbleitermessstreifen, Dehnungsmessstreifen und dünne Metallfilme verwendet. Einige Typen können auf atmosphärischen Druck, Absolutdruck oder einen beliebigen Standard für den Druck zum Zeitpunkt der Messung eingestellt werden.

Anwendungen von Drucksensoren

Drucksensoren werden in vielen industriellen Prozessen zur Messung des Drucks in Leitungen und Geräten eingesetzt.

Bei der Auswahl des geeigneten Drucksensors müssen der Druckbereich, die Art des zu verwendenden Gases oder der Flüssigkeit, die Temperatur, bei der er eingesetzt werden soll, die Haltbarkeit und andere Faktoren berücksichtigt werden.

Drucksensoren werden in vielen Anwendungsbereichen eingesetzt, unter anderem:

• Messung des Drucks von Flüssigkeiten in Flüssigkeitsabfüllanlagen
• Messung des Drucks von Flüssigkeiten und Gasen, die in Rohrleitungen in Anlagen fließen
• Druckmessung zur Druckkontrolle in Anlagen, in denen Stoffe mit hoher Druckempfindlichkeit verwendet werden
• Anwendung in Drucksensoren-Matten
• Anwendungen in Automobilen, Industriemaschinen, Luft- und Raumfahrt, Medizin, etc.

Funktionsweise der Drucksensoren

Drucksensoren vom Typ Manometer messen den Druck, indem sie die Verformung der Membrane feststellen. Es gibt verschiedene Arten von Erkennungsmethoden, wie z. B. den Drucksensor mit Halbleiter-Typ, den Dehnungsmessstreifen-Typ und den Dünnschicht-Typ.

Wenn die Membran durch Druck verformt wird, ändert sich der elektrische Widerstand. Die vier Messwiderstände sind in einer Brückenschaltung zusammengefasst, und die Widerstandsänderung wird als Spannung ausgegeben.

1. Drucksensor mit Halbleiter

Drucksensoren mit Halbleiter verwenden einen Halbleiter selbst als Membran und messen den Druck mit Hilfe des piezoelektrischen Effekts, dessen Eigenschaft darin besteht, dass sich der elektrische Widerstand des Halbleiters ändert, wenn er einem Druck ausgesetzt ist. Die Widerstandsänderung bei Druck ist viel größer als bei anderen Methoden, und die Geräte zeichnen sich durch eine hohe Lebensdauer aus, da eine robuste Membran hergestellt werden kann.

2. Drucksensoren mit Dehnungsmessstreifen

Bei Dehnungsmessstreifen-Drucksensoren werden Dehnungsmessstreifen auf der Rückseite der Membran angebracht und die Änderung des Dehnungswiderstands gemessen. Dehnungsmessstreifen sind Geräte, die die Dehnung messen, indem sie die Eigenschaft von Metallen nutzen, dass sich ihr elektrischer Widerstand ändert, wenn sie verformt werden, und indem sie die Dehnung dem Druck zuordnen, kann der Druck ausgegeben werden.

3. Dünnschicht-Drucksensoren

Dünnschicht-Drucksensoren bilden eine Metalldünnschicht auf einer Membran und messen den Druck durch Messung der Änderung des elektrischen Widerstands der verformten Metalldünnschicht aufgrund des Drucks. Sie zeichnen sich durch eine höhere Empfindlichkeit aus und können bei höheren Temperaturen eingesetzt werden als Dehnungsmessstreifen-Sensoren.

4. Andere Drucksensoren als Manometer-Drucksensoren

Neben den Manometer-Drucksensoren gibt es noch andere Arten von Drucksensoren wie kapazitive, faseroptische und Vibrations-Drucksensoren.

Der kapazitive Typ erfasst die Kapazität zwischen einer festen Elektrode und einer Membranelektrode. Die Verschiebung der Membran, die sich als Reaktion auf Druckänderungen verformt, wird als Kapazitätsänderung gemessen und in Druck umgewandelt. Geeignet für die Messung des Drucks mehrerer Gasarten oder Gasgemische.

Der faseroptische Typ verformt das Beugungsgitter am Ende der optischen Faser, wenn Druck auf die Membran ausgeübt wird, und misst die Änderung der Wellenlänge des reflektierten Lichts. Es können hochpräzise Messungen bei hohen Temperaturen vorgenommen werden, die zur Messung des Drucks von geschmolzenem Harz und des Blutdrucks im Körper verwendet werden.

Beim Vibrationstyp befindet sich der Messwertaufnehmer auf einem Siliziummembran-Chip. Wenn die Membran durch Druck verformt wird, ändert sich die Eigenfrequenz des Messwertaufnehmers. Die Frequenzänderung wird erkannt und in Druck umgewandelt. Zu den Merkmalen gehören hohe Genauigkeit, hohe Empfindlichkeit und hohe Auflösung.

Anwendungen von Drucksensoren

1. Drucksensormatte

Ein Beispiel für eine Drucksensor-Anwendung ist die Drucksensormatte. Drucksensormatten sind für die Verlegung auf dem Boden usw. vorgesehen und haben im Allgemeinen die Form einer dünnen Matte.

Mögliche Anwendungen für Drucksensormatten sind z. B. die Erkennung des Zugangs zu einem Hochsicherheitsraum oder zu einem gefährlichen Bereich in einer Fabrik. Tritt ein Benutzer auf die Drucksensormatte, kann auf der Grundlage der vom Drucksensor erfassten Informationen ein Signalton ertönen oder eine Lampe eingeschaltet werden.

Drucksensormatten können auch in Räumen der Einrichtung oder am Hauseingang installiert werden, damit Menschen mit Demenz wissen, wann sie das Gebäude verlassen müssen.

2. Drucksensoren für Kraftfahrzeuge

Drucksensoren für Kraftfahrzeuge werden als Sensoren zur präzisen Messung des Drucks von Flüssigkeiten und Gasen eingesetzt, um z. B. die Kraftstoffeffizienz zu verbessern. Drucksensoren, die in Kraftfahrzeugen verwendet werden, sind häufig Drucksensoren mit Halbleiter mit Piezowiderständen, da sie kompakt sind, hochpräzise Messungen durchführen können und in rauen Betriebsumgebungen eingesetzt werden.

Drucksensoren in Kraftfahrzeugen müssen bei Betriebstemperaturen von -30 °C bis 150 °C und, je nach Einsatzort, bis zu Temperaturen von über 300 °C langfristig zuverlässig und genau arbeiten. Da Dieselmotoren Kraftstoff-Luft-Gemische bei sehr hohen Drücken verdichten müssen, müssen Drucksensoren zudem in der Lage sein, Drücke von bis zu 200 MPa genau zu messen.

Was ist ein Nockenschaltwerk?

Ein Nockenschaltwerk (englisch: cam positioner) ist eine Maschine, die die Funktion einer mechanischen Nocke elektrisch umsetzt.

Eine Kurvenscheibe ist ein mechanisches Element mit einer Struktur zur Änderung der Bewegungsrichtung, z. B. von einer Drehbewegung zu einer linearen Bewegung.

Mechanische Nocken, wie sie z. B. in Fertigungsanlagen verwendet werden, haben eine physikalische Struktur, die als Reaktion auf den Drehwinkel eine bestimmte Aktion bewirkt.

Ein Nockenschaltwerk hingegen ist ein elektronisches Gerät, das Eingaben von einem Resolver, einem Absolutwertgeber oder einem anderen Gerät erhält, das den Drehwinkel erfasst und ein bestimmtes Signal ausgibt.

Anwendungen für Nockenschaltwerke

Nockenschaltwerke werden hauptsächlich für die Steuerung von Industriemaschinen eingesetzt.

Nockenschaltwerke verfügen über mehrere Nockenbänke, von denen jede mit einem EIN/AUS-Signal für den Nockenausgang in Abhängigkeit vom Winkel programmiert ist. Wenn das Betriebssignal des Nockenschaltwerks eingeschaltet wird, gibt es als Reaktion auf das Eingangssignal des Winkeldetektors ein Signal entsprechend dem Programm aus, mit dem es programmiert wurde.

In Produktionsbetrieben wird dieses System zur Steuerung von Geräten mit unterschiedlichen Funktionen in Abhängigkeit vom Winkel auf einer Rotationslinie eingesetzt.

Sie werden z. B. zur Automatisierung von Vorgängen eingesetzt, die mehrere Prozesse umfassen, wie z. B. Beutelfüll- und Einschlagmaschinen.

Funktionsweise der Nockenschaltwerke

Nockenschaltwerke wurden als Ersatz für mechanische Kurvenscheiben entwickelt.

Mehrere Steuerungen müssen mit dem Drehwinkel, der den physikalischen Zustand des Zielgeräts darstellt, als Eingangssignal realisiert werden.

Zu diesem Zweck besteht das Nockenschaltwerk aus zwei Eingängen und einem mehrkanaligen Ausgang.

Einer der Eingänge ist ein Steuersignal, z. B. zum Starten des Nockenschaltwerks oder zur Angabe des Ursprungs. Der andere ist ein Signal von einem Detektor, der den Drehwinkel erfasst.

Der Detektor, ein Resolver, besteht aus zwei orthogonalen festen Wicklungen und einer rotierenden Wicklung. Die festen Wicklungen führen Ströme unterschiedlicher Phasen, und durch die Untersuchung der Phase der Spannung in den rotierenden Wicklungen, die durch diese Ströme induziert wird, wird der Drehwinkel berechnet.

Ein weiterer Detektor, der Absolutwertgeber, verwendet einen Lichtempfangssensor und einen Magnetsensor, um den Drehwinkel des Antriebs zu ermitteln. Die beiden Eingangssignale werden von den Nockenschaltwerken verarbeitet und für jede Nockenbank auf einen Kanal ausgegeben, auf dem das EIN/AUS-Programm aufgezeichnet wird.

Die Ausgangssignale werden in den Ausgabemonitor und das Steuergerät des jeweiligen Gerätes eingespeist.

Was ist ein Bildsensor?

Ein Bildsensor ist ein Bauteil, das Lichtinformationen in elektrische Signale umwandelt.

Sie werden auch Bildsensoren genannt. Bildsensoren sind die CCD- (Charge Coupled Device) und CMOS- (Complementary Metal Oxide Semiconductor) Sensoren, die in Digitalkameras und fotografischen Geräten verwendet werden.

Bildsensoren sind die Augen des Geräts. Die Anzahl der Pixel eines Bildsensors in einer Kamera bezieht sich auf die Gesamtzahl der Bildsensoren. Jeder Sensor erfasst die Intensität des Lichts, die quantifiziert und als elektrisches Signal verarbeitet wird.

Anwendungen von Bildsensoren

Bildsensoren werden hauptsächlich in Produktionslinien für Massenprodukte eingesetzt. Sie sind z. B. in Produktionslinien für Automobilteile, Lebensmittel und medizinische Produkte, elektronische Geräte, Flüssigkristalle, Halbleiter und Kunststoffprodukte nützlich.

Bildsensoren sollen die visuelle Prüfung durch das menschliche Auge ersetzen. Sie werden beispielsweise bei Anwesenheits-/Abwesenheitskontrollen zum Zählen von Mengen und zur Prüfung auf fehlende Teile sowie bei Sichtkontrollen zur Prüfung auf Kratzer und Defekte eingesetzt.

In Kombination mit fortschrittlicher Bildanalysetechnik ermöglichen sie auch die Zeichenerkennung (OCR: Optical Character Recognition) und dreidimensionale Messungen. Bildsensoren werden auch in automatischen Fahrsystemen von Fahrzeugen eingesetzt und werden auch in Zukunft unverzichtbar sein.

Funktionsweise der Bildsensoren

Das lichtempfindliche Element (Fotodiode) ist das Herzstück eines Bildsensors. Dieser Halbleiter nimmt die Intensität des Lichts auf und speichert sie als elektrische Ladung. Wenn Licht auf die Fotodiode trifft, wird eine zur Lichtintensität proportionale Menge an Elektronen erzeugt.

Die Grundfunktionsweise der Bildsensoren besteht darin, die Eigenschaften des Halbleiters zu nutzen, um Elektronen zu speichern und die Menge der Elektronen zu quantifizieren. Bei Bildsensoren gibt es Geräte, die auf unterschiedlichen Funktionsweisen beruhen, je nachdem, wie die im lichtempfindlichen Element gespeicherten Elektronen in ein Signal umgewandelt werden. Die wichtigsten Geräte sind CCD und CMOS.

Bei CCDs wird die Ladung mit Hilfe einer CCD-Übertragungsstrecke in ein elektrisches Signal umgewandelt. Bei CMOS verfügt jeder Fotodetektor über eine eigene Verstärkerschaltung, so dass die Ladung übertragen werden kann, ohne dass sie mehrere Fotodetektoren durchlaufen muss.

CMOS hat den Vorteil eines geringen Stromverbrauchs und einer hohen Verarbeitungsgeschwindigkeit, da es von einem einzigen Gerät gesteuert wird. Auch die im Vergleich zu CCDs niedrigeren Herstellungskosten machen CMOS zu einem interessanten Verfahren.

Weitere Informationen zu Bildsensoren

1. Größen der Bildsensoren

Bildsensoren gibt es in verschiedenen Größen. Die Bildqualität verbessert sich in der Regel mit zunehmender Sensorgröße. Der Grund dafür ist, dass je größer der Sensor ist, desto mehr Licht kann er einfangen.

Die Bandbreite des Lichts, das erfasst werden kann, d. h. der dynamische Bereich, wird vergrößert, was bedeutet, dass Bilder mit weniger überstrahlten Weiß- und Schwarztönen aufgenommen werden können. Je größer ein Bildsensor mit der gleichen Anzahl von Bildpunkten ist, desto besser ist die Bildqualität, da die lichtempfindliche Fläche pro Bildpunkt (1 Pixel) größer ist, was auch zu einer Verringerung des Rauschens führt.

2. Die Rolle der Beleuchtung bei Bildsensoren

Die Beleuchtung ist eine Vorrichtung, die den Bildsensor für FA interpoliert. Die Beleuchtung ist erforderlich, um sicherzustellen, dass der Bildsensor das Werkstück stabil und unbeeinflusst vom Umgebungslicht erfassen kann. Die drei gängigsten Beleuchtungsmethoden sind:

Orthoreflektierendes Verfahren
Bei dieser Methode wird das Werkstück von oben schräg beleuchtet und das an der Oberfläche des Werkstücks reflektierte Bild aufgenommen. Mit dieser Methode ist es einfacher, einen Kontrast zwischen den ebenen und unebenen Teilen eines Werkstücks zu erzielen, z. B. bei einer Metallplatte mit unebenen Oberflächen.

Transmissionsverfahren
Bei dieser Methode wird das Werkstück von der Rückseite beleuchtet und das Bild von der Oberfläche aufgenommen. Die Konturen von Werkstücken mit komplexen Formen können genauer abgebildet werden.

Koaxiale Beleuchtungsmethode
Bei dieser Methode sind die optische Achse der Beleuchtung, die das Werkstück bestrahlt, und die optische Achse der Kamera koaxial. Das gesamte Werkstück kann gleichmäßig beleuchtet und Schatten minimiert werden.

3. Preis des Bildsensors

Der Preis eines Bildsensors wird durch das Sichtfeld und die Genauigkeit bestimmt.

Sichtfeld
Je größer die Anzahl der Pixel eines Bildsensors ist, desto mehr Details kann er in der Regel erkennen. Je größer die Anzahl der Pixel, desto größer ist der Sensor und desto höher ist der Preis.

Auch die Verarbeitungszeit nimmt tendenziell zu, da die Datenübertragung länger dauert. Es ist wichtig, einen Sensor zu wählen, der dem Takt des zu bedienenden Systems entspricht.

Genauigkeit
Bildsensoren mit höheren Pixeln sind genauer. Außerdem ist je nach dem zu erkennenden Objekt ein Monochromsensor oder ein Farbsensor erforderlich, wobei Farbkameras teurer sind.

Was ist ein Sicherungshalter?

Ein Sicherungshalter ist eine Vorrichtung zum Befestigen einer Sicherung an einem Stromkreis.

Er besteht aus einer Befestigungsklemme und einer Klemme für den Anschluss an den Stromkreis. Sie sind so konzipiert, dass die Sicherungen leicht ausgetauscht werden können.

Schmelzsicherungen werden verwendet, um Geräteausfälle aufgrund von Überströmen zu verhindern. Die Eignung hängt vom Sicherungsmaterial und dessen Zusammensetzung ab und wird je nach Situation ausgewählt.

Anwendungen von Sicherungshaltern

Sicherungshalter werden häufig eingesetzt, um den Schutz von Stromkreisen zu verbessern. Nachfolgend einige Beispiele für den Einsatz von Sicherungshalter:

• Fernsehapparate und andere Haushaltsgeräte
• Beleuchtungskörper für Haushalte und Industrie
• Bordgeräte für Auto-Audio und ETC

In vielen Haushaltsgeräten werden auch Sicherungshalter verwendet, die im Falle einer Anomalie eine Sicherung auslösen, um den Stromkreis zu schützen. Sicherungshalter sind auch in der Automobilindustrie weit verbreitet, um die Stromkreise des Fahrzeugs zu schützen, häufig in LED-Leuchten und hochpräzisen elektronischen Platinen.

Funktionsweise der Sicherungshalter

Die Funktionsweise der Sicherungshalter ist eng mit dem Prinzip der Schmelzsicherung verwandt. Sicherungen haben einen niedrigen Widerstand, um einen Stromkreis unter normalen Bedingungen mit Strom zu versorgen. Wenn der Strom jedoch ungewöhnlich hoch wird, kann die thermische Ausdehnung der Sicherung dazu führen, dass sie durchbrennt und den Stromkreis unterbricht.

Ein Sicherungshalter ist eine Vorrichtung, mit der diese Sicherung im Stromkreis befestigt wird. Er verfügt über eine Klemme zum Befestigen der Sicherung und eine Klemme zum Anschließen des Stromkreises.

Die Sicherung wird in den Sicherungshalter eingesetzt und mit dem Stromkreis verbunden. Sicherungshalter gibt es in verschiedenen Ausführungen, und die Größe wird nach der Größe der Sicherung ausgewählt.

Arten von Sicherungshalter

Es gibt verschiedene Arten von Sicherungshalter für unterschiedliche Situationen. Im Folgenden sind Beispiele für Sicherungshalter aufgeführt.

1. Schalttafelmontage

Sicherungshalter die in die Schalttafel eingebaut werden, werden in der Regel durch Bohrungen an der Schalttafel befestigt. Es gibt verschiedene Arten von Sicherungshaltern für die Schalttafelmontage auf dem Markt, darunter solche mit Befestigungsschrauben und solche, die mit Clips an der Schalttafel befestigt werden.

2. In Reihe

Hierbei handelt es sich um Sicherungshalter, die direkt in den Stromkreislauf eingesetzt werden. Es gibt verschiedene Typen, z. B. solche, bei denen die Sicherung eingesteckt ist, und solche, die wie ein Schalter ein- und ausgeschaltet werden können. Inline-Typen bieten auch eine Vielzahl von Anschlussmöglichkeiten wie Durchgangslöcher und Drahtleitungen.

3. Durchgangsloch

Sicherungshalter mit Durchgangslochklemmen. Da die Sicherung durch eine Durchgangsbohrung montiert wird, ist die Kontaktfläche zwischen der Sicherung und dem Sicherungshalter groß. Dies hat den Vorteil eines geringen Übergangswiderstands und einer hohen Zuverlässigkeit.

4. Clip-Typ

Bei dieser Art von Sicherungshalter wird die Sicherung mit einem Clip befestigt. Anstatt die Sicherung einzuführen, wird der Clip geöffnet und die Sicherung eingeklipst. Der Vorteil ist, dass die Sicherung leicht entfernt und ausgetauscht werden kann.

5. Sicherungskasten

Ein kastenförmiger Sicherungshalter zur Aufbewahrung von Sicherungen. Der Kasten zur Aufbewahrung der Sicherung und die Klemmen zum Anschluss der Sicherung an den Stromkreis sind integriert. Sie sind staub- und wasserdicht und daher für den Außeneinsatz geeignet.

Auswahl eines geeigneten Sicherungshalters

Bei der Auswahl eines Sicherungshalter sind Größe, Typ, Stromstärke und Anschlussart zu berücksichtigen.

1. Größe

Zunächst müssen Sie einen Sicherungshalter auswählen, der zur Größe der Sicherung passt. Dies ist wichtig, da die Sicherungen in die Sicherungshalter eingebaut werden.

2. Typ

Auch hier ist es notwendig, aus einer Vielzahl von Typen das passende Produkt auszuwählen. Wählen Sie den richtigen Sicherungshalter für den jeweiligen Sicherungstyp. Wenn Sicherung und Sicherungshalter nicht übereinstimmen, können sie nicht korrekt in den Stromkreis eingeführt werden.

3. Nennstrom

Wählen Sie als nächstes den Nennstrom, wählen Sie die für den Strom geeignete Sicherung aus und setzen Sie sie in den Sicherungshalter ein.

4. Anschlussverfahren

Wählen Sie je nach Art der Verdrahtung, die an den Klemmenteil des Sicherungshalter angeschlossen werden soll, einen Sicherungshalter mit der geeigneten Anschlussmethode.

Was ist eine Hochspannungssonde?

Hochspannungssonden sind passive Sonden, die hohe Spannungen messen können.

Bei Hochspannungsmessungen, die mehrere hundert Volt überschreiten, versagen normale Spannungssonden und können nicht verwendet werden. Allzwecksonden haben Schwierigkeiten, mit hohen Frequenzen und Spannungen umzugehen. Im Gegensatz dazu können Hochspannungssonden Spannungen von Tausenden bis Zehntausenden von Volt messen und sind passive Sonden, die speziell für hohe Spannungen ausgelegt sind.

Hochspannungssonden werden z. B. zur Messung von Spannungskurven verwendet, indem sie an Oszilloskope oder spezielle Messgeräte angeschlossen werden. Bei der Messung großer Spannungen mit hohen Frequenzen erwärmt sich die Sonde schnell, sodass Vorsicht geboten ist, um Verbrennungen und Stromschläge zu vermeiden.

Anwendungen von Hochspannungssonden

Hochspannungssonden werden zur Messung von Wellenformen hoher Spannungen von mehreren hundert Volt oder mehr verwendet. Sie kommen häufig bei der Messung von Signalen in Motortreibern, Schaltnetzteilen, Wechselrichtern und Umrichtern zum Einsatz, die Leistungsbauelemente wie IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) verwenden.

Sie werden auch häufig dort eingesetzt, wo hohe Spannungslasten möglich sind, wie z. B. in Gleichstromkreisen, und eine Anwendung ist die Messung der Anodenspannung von Kathodenstrahlröhren. Weitere Anwendungen sind Sicherheitsprüfungen von Photovoltaik-Anlagen wie Mega-Solarkraftwerken ohne Netzunterbrechung und Messungen von Hochspannungs-Elektroanlagen in Hybrid- und Elektrofahrzeugen.

Bei der Auswahl eines Tastkopfes werden Frequenzband, Eingangswiderstand, Eingangskapazität, Betriebsspannungsbereich und das entsprechende Oszilloskopmodell berücksichtigt.

Funktionsweise der Hochspannungssonden

Hochspannungssonden messen hohe Spannungen, indem sie diese durch das Verhältnis zwischen dem Innenwiderstand des Oszilloskops oder eines anderen Messgeräts und dem Vergrößerungswiderstand der Sonde dividieren. Bei der Messung hoher Spannungen werden Hochspannungssonden mit einem Dämpfungsverhältnis von 100:1 oder 1.000:1 verwendet.

Der Tastkopf dient dazu, den Prüfpunkt, d. h. die Signalquelle, physikalisch und elektrisch mit dem Oszilloskop zu verbinden. Die maximal zulässige Spannung der Spannungssonde muss auf ihre Belastbarkeit hin überprüft werden, da sie mit zunehmender Frequenz abnimmt.

Der Tastkopf wird zwischen der Eingangsklemme und dem Oszilloskopeingang platziert und misst die Wellenform, die ihn durchläuft. Bei der Messung von Hochfrequenzsignalen wird die Eingangskapazität zu einer Last und beeinflusst das Signal, aber durch den Anschluss über einen Tastkopf mit einem hohen Dämpfungsverhältnis kann eine genauere Wellenform gemessen werden.

Aufbau von Hochspannungssonden

Der Aufbau von Hochspannungssonden variiert je nach dem zu messenden Spannungsbereich. Die von den Oszilloskopherstellern verkauften Produkte mit einer Spannung von etwa 25 KV DC können genauso gehandhabt werden wie allgemeine Tastköpfe.

Hochspannungssonden bestehen aus einem Sondenkörper, einer passenden Box und einem Verbindungskabel. Das Innere der Sonde ist mit Isolieröl oder -gas gefüllt, um die Spannungsfestigkeit zu erhöhen. Der Eingangswiderstand des Sondenkörpers hängt von der Dämpfung des Dämpfungsglieds ab, es wird jedoch ein großer Wert von 100-1.500 MΩ verwendet.

Die Anpassungsbox führt die Phasenkompensation durch, und das Einstellverfahren ist aufgrund der großen Dämpfung des Dämpfungsglieds und der Verwendung langer Kabel komplexer als bei normalen passiven Sonden. In einigen Fällen liefern die Hersteller von Hochspannungssonden diese justiert aus und verbieten die Justierung durch den Benutzer.

Weitere Informationen zu Hochspannungssonden

1. Sicherheitsmaßnahmen für Hochspannungssonden

Hochspannungssonden arbeiten mit hohen Spannungen, weshalb verschiedene Sicherheitsmaßnahmen getroffen werden.

• Es stehen lange Kabel (3 m bis 10 m) zur Verfügung, damit das zu prüfende System aufgrund der hohen Spannungen aus der Entfernung gemessen werden kann.
• Bei Sonden, die für den Handbetrieb konzipiert sind, ist ein großer Schutzring vorgesehen, um eine Entladung auf den menschlichen Körper zu verhindern. Das Gehäuse der Sonde, das für eine feste Montage ausgelegt ist, ist außerdem mit einem Anschluss für die Erdung der Sonde selbst versehen.
• Vorsichtsmaßnahmen bei der Handhabung sind ebenfalls wichtig. Bei der Messung von Hochfrequenzspannungen beispielsweise muss das Kennlinienfeld des Herstellers genau verstanden werden, denn je höher die Frequenz, desto niedriger die zulässige Spannung der Sonde. Wenn die Erdungsklemme der Sonde getrennt wird, treten an den Eingangsklemmen und am Gehäuse hohe Spannungen auf, die gefährlich sein können.

2. Isolierte Sonden

Isolierte Tastköpfe sind solche, bei denen nur der Tastkopf erdfrei ist. Er ist vom Gehäuse des Oszilloskops elektrisch isoliert.

Es gibt zwei Möglichkeiten, den Tastkopf zu isolieren: Entweder wird ein Transformator verwendet, um die Tastkopfspitze vom Oszilloskop zu trennen, oder das an der Tastkopfspitze empfangene elektrische Signal wird in ein optisch-elektrisches Signal umgewandelt, über einen Lichtwellenleiter übertragen und auf der Empfängerseite in das ursprüngliche Signal zurückgeführt. In beiden Fällen besteht keine elektrische Kontinuität zwischen der Sonde und dem Oszilloskop und sie sind voneinander isoliert, aber die von der Sonde erfassten Signale werden an die Oszilloskopseite übertragen.

Aufgrund dieser Konfiguration hat das Oszilloskop selbst, wenn es ordnungsgemäß geerdet ist, keine Auswirkung auf das Signal der zu prüfenden Schaltung, das zwischen der Spitze des isolierten Tastkopfes und dem Erdungskabel anliegt. Selbst wenn die zu prüfende Schaltung sehr hohe Gleichtaktspannungen führt, kann die Isolationssonde daher nur zur Messung der Differenzspannung zwischen der Spitze und der Masseleitung verwendet werden.

Was ist eine hydraulische Pumpe?

Hydraulische Pumpen erzeugen mechanische Energie durch den Betrieb eines Elektromotors. Wenn die hydraulische Pumpe angetrieben wird, zirkuliert Öl und wandelt mechanische Energie in Fluidenergie um. Die Fluidenergie wird manchmal auch als hydraulische Energie bezeichnet. Diese Fluidenergie ist eine Kombination aus Druck und Durchfluss, die für den hydraulischen Antrieb erforderlich sind. Der Druck drückt die Flüssigkeit nur dann, wenn keine dieser beiden Energien erzeugt wird. Wenn Öl in den hydraulischen Aktuator gelangt, wird die Fluidenergie in mechanische Energie umgewandelt. Die umgewandelte mechanische Energie wird in eine lineare oder rotierende Bewegung umgewandelt und treibt die Pumpe an.

Zu den Arten von hydraulischen Pumpen gehören allgemeine Verdrängerpumpen, Pumpen mit konstantem Verdrängungsvolumen und Pumpen mit variablem Verdrängungsvolumen.

Anwendungen von hydraulischen Pumpen

Bei Bauprodukten, die die Hydraulik nutzen, kommen eine Reihe von Betriebsmechanismen zum Einsatz, die als Hydraulikaggregate bezeichnet werden. Diese unterscheiden sich leicht in ihrer Bauart, verfügen jedoch alle über eine integrierte hydraulische Pumpe. Die Leistung eines Hydraulikaggregats ist eine Kombination aus Druck und Durchflussmenge, d. h. eine Verdopplung des Drucks ohne Änderung der Durchflussmenge führt zu einer Verdopplung der Leistung. Eine Verdoppelung des Durchflusses bei gleichbleibendem Druck führt ebenfalls zu einer annähernden Verdoppelung der Pferdestärken.

Im Allgemeinen wird die Hydraulik in schweren Maschinen wie Baggern und Kränen eingesetzt, insbesondere auf Baustellen, da viele Situationen eine große externe Leistung erfordern. Sie wird auch häufig in Geräten eingesetzt, die klein sind, aber ein großes Drehmoment benötigen. Sie werden zum Beispiel auch in der Transportindustrie eingesetzt, wie bei Flugzeugen, Schiffen und Autos.

Es gibt auch andere Pumpen, die sich natürliche Kräfte zunutze machen. Ein konkretes Beispiel ist der Einsatz von Geräten wie Wasserpumpen in landwirtschaftlichen Betrieben, wo solche Pumpen zusammen mit Sensoren zur Erfassung des Wasserstands eingesetzt werden, da sie kontinuierlich arbeiten müssen. Ein weiteres Beispiel sind Windturbinen. Windturbinen verwenden Hydraulische Pumpen, um mit der Kraft des Windes Wasser aus dem Boden zu pumpen.

Auswahl einer geeigneten hydraulischen Pumpe

Es gibt zwei Arten von Flüssigkeitskraft: pneumatisch und hydraulisch. Beide beruhen auf dem Pascal’schen Prinzip, das eine kleine Kraft in eine große Kraft umwandelt. Sie unterscheiden sich jedoch in ihren Eigenschaften.

Pneumatische Systeme sind kostengünstig und einfach im Aufbau. Sie sind stärker von der Umgebung abhängig, z. B. von der Umgebungstemperatur, und haben eine geringere Reaktionszeit. Sie können jedoch bei allen Wetterbedingungen eingesetzt werden, wenn die richtige Art von Hydrauliköl gewählt wird. Wird eine große Kraft benötigt, die mit pneumatischen Systemen nicht erreicht werden kann, ist es ratsam, ein Hydraulikaggregat und eine dazu passende hydraulische Pumpe zu wählen.

Funktionsweise der hydraulischen Pumpen

Alle Pumpen sind als Verdränger- und als Verdrängungspumpen erhältlich. Da die meisten hydraulischen Systeme Verdrängerpumpen verwenden, wird hier die Funktionsweise der Verdrängerpumpen erläutert.

Eine Verdrängerpumpe besteht aus zwei Teilen: einem Teil, der mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist, und einem Teil, der Verdrängerkammer genannt wird und nur Gas enthält. Bei Verdrängerpumpen wird die Flüssigkeit durch ein Einlassventil in die Pumpenkammer gesaugt und durch ein Auslassventil ausgestoßen.

Wenn eine äußere Antriebskraft aufgebracht wird, um eine Kolbenbewegung zu bewirken, entsteht zunächst ein Unterdruck auf der Seite der Volumenkammer, was zu einem Saugdruck führt. Dies wird als Expansionsvorgang bezeichnet.

Danach folgt der Ansaugvorgang. Wenn dieser Druck einen bestimmten Wert übersteigt, wird das Hydrauliköl aufgrund der Druckdifferenz zwischen der Hydraulikölkammer und dem angeschlossenen Öltank über das Einlassventil angesaugt. Zu diesem Zeitpunkt ist das Auslassventil geschlossen.

Die Druckdifferenz kehrt sich um, wenn die Volumenkammerseite mit Überdruck beaufschlagt wird. Dieser Vorgang wird als Verdichtungsvorgang bezeichnet.

Schließlich findet der Auslassvorgang statt. Das Öl wird durch die Kraft des Hydrauliköls, das nach außen gedrückt wird, aus dem Entlüftungsventil abgelassen. Wenn das Öl herausgedrückt ist, schließt sich das Einlassventil und das Auslassventil wird freigegeben.

Diese vier Vorgänge wiederholen sich unendlich oft als ein Zyklus, so dass das Hydrauliköl in einer konstanten Richtung weiter gepumpt werden kann.

Die Saug- und Druckseite des Hydrauliköltanks sind jeweils mit einem Rückschlagventil in einer Richtung ausgestattet, so dass bei Druckaufbau auf einer Seite eine Seite durch den Druck geschlossen wird, so dass es keinen Rückfluss gibt.

Aufbau von hydraulischen Pumpen

Hydraulische Systeme, zu denen auch hydraulische Pumpen gehören, werden in der Industrie häufig eingesetzt, weil sie mit wenig Kraft viel Leistung erbringen. Zunächst wird das System von einer Antriebsmaschine angetrieben, die den Druck des Hydrauliköls über eine hydraulische Pumpe erhöht. Anschließend wird das Hydrauliköl zu den hydraulischen Stellgliedern geleitet, indem der Druck z. B. mit Hydraulikventilen geregelt wird. Anschließend wird es in mechanische Energie, z. B. in eine Drehbewegung, umgewandelt. Die hydraulische Pumpe ist das wichtigste Bauteil, das für die notwendige mechanische Leistung sorgt, indem es den Druck des Hydrauliköls erhöht.

Hydraulische Pumpen werden hauptsächlich in Zahnradpumpen, Flügelradpumpen und Plungerpumpen unterteilt.

Zahnradpumpen erhöhen den Druck des Hydrauliköls durch ineinandergreifende Zahnräder im Gehäuse.

Bei Flügelradpumpen ist ein Rotor in dem Flügelrad im Gehäuse eingebaut, der das Flügelrad dreht, um den Druck des Hydrauliköls zu erhöhen. Die Flügel werden Schaufeln genannt.

Plungerpumpen haben einen sich hin- und herbewegenden Kolben oder Plunger, der Druck auf das Hydrauliköl ausübt, um den Druck zu erhöhen.

Beide Pumpen erhöhen den Druck des Hydrauliköls, aber jedes Austreten von Hydrauliköl verschmutzt die Umwelt und ist zeitaufwendig zu beseitigen. Dank des technischen Fortschritts ist die Dichtungsleistung heute auf einem hohen Niveau. Dennoch werden Leckagen nie ganz ausgeschlossen sein, so dass installierte Pumpenaggregate beispielsweise innerhalb eines Öldamms aufgestellt werden müssen. Transportable Pumpenaggregate müssen ebenfalls über eine verbesserte Abdichtung verfügen, um Leckagen zu vermeiden, da das gesamte Aggregat transportiert wird. Für den Fall, dass Hydrauliköl ausläuft, ist ein Öltank oder ähnliches vorgesehen, um ein Auslaufen des Öls zu verhindern.

Leistung von hydraulischen Pumpen

Hydraulische Pumpen gibt es als elektrische und manuelle Typen. Der elektrische Typ wird hauptsächlich in der Industrie und in Laborgeräten verwendet, wo die Pumpe mit Strom betrieben wird. Manuelle Pumpen hingegen werden durch menschliche Kraft angetrieben. Bei den manuellen Modellen wird die Kraft hauptsächlich durch einen Kolben in der Leitung erzeugt. Der Griff wird durch menschliche Kraft betätigt, die Hydraulikflüssigkeit zum Kolben leitet. Der Kolben gibt unter dem Druck der Hydraulikflüssigkeit Kraft an die Außenwelt ab. Der Vorteil eines manuellen Geräts besteht darin, dass der Mechanismus einfach und daher leicht zu warten ist. Darüber hinaus ermöglicht die langsame Kraftübertragung bei der Leistungsübertragung eine Feineinstellung. Dies führt zu einer Risikobewertung.

Ein häufig verwendeter hydraulischer Wagenheber ist der hydraulische Wagenheber, der zum Wechseln von Autoreifen verwendet wird. Dabei handelt es sich um eine manuell betriebene hydraulische Pumpe, die die Kraft überträgt, indem sie Hydrauliköl zum Anheben des Fahrzeugs leitet.

Elektrische Typen werden vor allem in der Industrie eingesetzt, da diese Pumpen verwendet werden, wenn eine größere Arbeitsleistung erbracht werden muss. Der elektrische Typ ist komplexer aufgebaut als der manuelle Typ, so dass je nach erforderlicher Leistung eine breite Palette von Typen hergestellt wird. Es werden jedoch auch Pumpen mit einfacheren Strukturen hergestellt, die billiger und leichter zu installieren sind. Sie können auch an Land und auf dem Wasser eingesetzt werden, wo große Mengen an Energie benötigt werden.

Die elektrischen und manuellen Typen unterscheiden sich also nicht nur in der Energiequelle, sondern auch im Umfang der Anwendung, für die sie eingesetzt werden.

Was ist eine optische Sonde?

Optische Sonden sind elektrolytische Sonden, die die Nachteile herkömmlicher elektrolytischer Sonden überwinden und den Sensorteil ohne Metallelemente beibehalten.

Sie nutzen elektrotechnische Effekte zur genauen Messung und Auswertung. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass der Lichtwellenleiter das elektrische Feld nicht stört und kein Rauschen aufnimmt, dass der Sensorkopf klein ist und keine Stromversorgung benötigt, dass eine Vielzahl von Informationen wie Frequenz, Phase und Intensität gemessen werden kann und dass selbst in der Nähe von Metall keine Störungen auftreten.

Anwendungen von optischen Sonden

Optische Sonden werden auch in Steuerungen, Oszilloskopen und Endoskopen eingesetzt. Sie können auch verwendet werden, um eine breite Palette von Informationen zu Untersuchungs- und Analysezwecken mit optischen Mitteln zu messen.

Zu den Messanwendungen gehören folgende:

1. Messung der spezifischen Absorptionsrate (SAR)

Dies ist ein Maß für die Energiemenge, die vom menschlichen Körper absorbiert wird, wenn er elektromagnetischer Strahlung mit Frequenzen über 100 kHz ausgesetzt ist. Die Messung basiert auf Normen und muss an einem so genannten Phantom durchgeführt werden, das die gleichen elektrischen Eigenschaften wie der menschliche Körper aufweist.

Wenn kleine drahtlose Geräte wie Smartphones in unmittelbarer Nähe des menschlichen Körpers verwendet werden, kommt es zu einer Energieabsorption in bestimmten Teilen des menschlichen Körpers.

2. Messung des Plasmas

Dieses System wird auch zur Messung von Plasma verwendet, das durch Anlegen eines starken elektrischen Feldes an ein Gas mit geladenen Teilchen erzeugt wird. Optische Sonden ermöglichen die Messung der lokal erzeugten elektrischen Felder.

3. Magnetresonanztomographie (MRI)

Optische Sonden werden verwendet, um die Exposition des Menschen gegenüber elektromagnetischen Feldern zu messen. Es sind Messungen unter sehr starken Magnetfeldern erforderlich, die mit optischen Sonden genau gemessen werden können.

Weitere Anwendungen sind die Messung von gepulsten und ultrastarken elektrischen Feldern in der EMV-Entwicklung und die Validierung von Simulationsmodellen.

Funktionsweise der optischen Sonden

1. Der Pockels-Effekt

Elektrische Feldsonden verwenden EO-Kristalle mit dem Pockels-Effekt in ihren Köpfen. Der Pockels-Effekt ist ein Phänomen, bei dem sich der Brechungsindex eines Materials aufgrund einer Änderung der Polarisationsrate innerhalb des Materials ändert, wenn eine externe Spannung an das Material angelegt wird.

Wenn kein elektrisches Feld angelegt wird, wird Licht, das auf einen EO-Kristall fällt, reflektiert, während sein Polarisationszustand erhalten bleibt. Wird jedoch ein elektrisches Feld angelegt, ändert sich der Brechungsindex des EO-Kristalls und der Polarisationszustand des einfallenden Lichts ändert sich, und das Licht wird zurückgeworfen.

Durch Messung der Intensität des Lichts im Polarisationszustand mit einem Analysator erhält man ein Signal, das proportional zur Intensität des elektrischen Feldes ist.

2. Einfluss auf das zu messende elektrische Feld

Dipolantennen werden manchmal in Sonden für elektrische Felder verwendet, nicht aber in optischen Sonden. Dipolantennen haben eine Struktur mit zwei geraden Leitern am Ende eines Kabels und bestehen aus metallischen Elementen. Dadurch werden die Funkwellen durch Streuung an der Feldsonde gestört.

Optische Sonden verwenden Kristalle im Sensorteil anstelle von Dipolantennen usw., ohne das zu messende elektrische Feld zu beeinträchtigen.

Zusammensetzung der optischen Sonde

Neben dem EO-Kristall bestehen die Komponenten der Spitze aus der optischen Faser, der Ferrule, der Kollimatorlinse und dem dielektrischen Reflexionsfilm.

1. EO-Kristalle

EO-Kristalle sind etwa 1 mm groß und quadratisch. Wenn man bedenkt, dass die Antennenlänge von Feldsonden mit Dipolantennen mehrere Zentimeter bis zu einigen zehn Zentimetern beträgt, ermöglicht ihre kleine Struktur die Messung kleinster Bereiche.

2. Lichtwellenleiter

Vom EO-Kristall wird über eine Kollimatorlinse und eine Ferrule ein Lichtwellenleiter angeschlossen. Die optische Sonde wird nicht durch Rauschen beeinträchtigt, da das Signal über eine optische Faser übertragen wird.

Dies ermöglicht die Umwandlung von Spannungssignalen in optische Signale für die Übertragung über große Entfernungen, unabhängig von der Frequenz.

3. Dielektrische Reflexionsschichten

Dielektrische Reflexionsschichten werden an der Spitze des EO-Kristalls angebracht. Bei der Messung elektrischer Felder fällt linear polarisiertes Licht, das von einer Lichtquelle erzeugt wird, auf den EO-Kristall, und das von der dielektrischen Reflexionsschicht zurückgeworfene Licht wird gemessen.

Das von der optischen Sonde reflektierte Licht wird durch eine Fotodiode in ein elektrisches Signal umgewandelt und durch einen Differenzverstärker verstärkt. Das elektrische Ausgangssignal ist proportional zu der Polarisationsänderung.

Die Intensität und die Phase des elektrischen Feldes werden mit einem Spektrumanalysator oder ähnlichem berechnet.

Was ist eine Stromsonde?

Eine Stromsonde ist eine Sonde zur direkten Messung des Stroms mit einem Oszilloskop.

Die Stromwellenform wird beobachtet, indem man das Kabel mit dem Kopf dort abklemmt, wo der zu messende Strom fließt. Ein Zangenmessgerät ist ein Instrument zur Messung des durch ein Kabel fließenden Stroms, ohne das Kabel zu zerschneiden.

Der Hauptvorteil besteht darin, dass der Strom gemessen werden kann, während die Beleuchtung oder das Gerät wie gewohnt in Betrieb ist, da das Kabel nicht jedes Mal für eine Messung durchtrennt werden muss. Wie Zangenmessgeräte können Stromsonden auch Stromwellenformen beobachten, ohne dass Kabel getrennt werden müssen.

Anwendungen von Stromsonden

Stromsonden werden zur Beobachtung von Stromverläufen mit Oszilloskopen verwendet. Zu den Anwendungen gehören Strommessungen in industriellen und elektronischen Geräten. Die spezifischen Anwendungen reichen von der Messung von Strömen in Wechselrichtern, Lastströmen in Motoren und Schaltnetzteilen bis hin zur Bewertung der Ansteuerungsschaltungen von LED-Beleuchtungen.

Je nach Größe des Stroms und der Anwendung stehen verschiedene Modelle zur Verfügung, z. B. für große Ströme, kleine Ströme und Ströme mit hoher Geschwindigkeit. Es gibt auch Stromsonden für Gleich- und Wechselströme und reine Wechselstromsonden, die nur Wechselströme messen können.

Funktionsweise der Stromsonden

Stromsonden nutzen den magnetischen Fluss, der erzeugt wird, wenn Strom durch ein Stromkabel fließt. Im Gegensatz zum Einsetzen eines Amperemeters können sie also Messungen durchführen, ohne den zu prüfenden Stromkreis zu unterbrechen. Der Kopf der Stromsonde (der Teil, der das Kabel einklemmt) besteht aus einem magnetischen Material mit hoher Permeabilität (Material auf Eisenbasis wie Permalloy), ähnlich dem Kern eines Transformators, um den vom Kabel erzeugten magnetischen Fluss einzufangen.

Die Methode zur Erfassung des magnetischen Flusses unterscheidet sich jedoch zwischen reinen Wechselstromsonden und kombinierten AC/DC-Stromsonden.

1. Reine Wechselstromsonden

Ein Transformator ist in der Lage, einen an der Primärseite angelegten Wechselstrom in eine Spannung oder einen Strom auf der Sekundärseite umzuwandeln, je nach dem Übersetzungsverhältnis. Bei einer Stromsonde wird ein Kabel, das Wechselstrom führt, in den vom Kern umschlossenen Raum gelegt, der sich wie die Primärwicklung des Transformators verhält.

Der Kern ist ebenfalls mit einer Spule gewickelt, die der Sekundärwicklung entspricht, und der Wert des im Kabel fließenden Stroms kann anhand der Spannungen bestimmt werden, die an seinen beiden Enden als Reaktion auf die Änderungen des magnetischen Flusses im Kern auftreten. Diese Methode wird hauptsächlich bei Stromsonden für Wechselstrom verwendet.

Bei Gleichstrom tritt jedoch keine Spannung in der Sekundärwicklung auf, da sich der magnetische Fluss nicht ändert. Daher kann die oben beschriebene Methode nach dem Transformatorprinzip nicht angewendet werden.

2. Wechsel-Gleichstrom-Sonden

Die Wechselstromsonden, die auch Gleichströme messen können, verwenden einen Kopf mit einem im Kern eingebetteten Hall-Element. Das Hall-Element gibt eine Spannung aus, die der magnetischen Flussdichte aufgrund des Hall-Effekts sowohl für Gleich- als auch für Wechselströme entspricht, so dass bei Eingabe dieser Spannung in die Oszilloskopklemmen der Stromwert (Wellenform) auf dem Display angezeigt wird.

Weitere Informationen zu Stromsonden

1. Einstellen der Stromsonde

Bei der Verwendung der Stromsonde sollten zwei Dinge eingestellt werden, bevor die Stromsonde verwendet wird:

Offset-Abgleich
Obwohl AC-DC Stromsonden einfach zu benutzen sind, da sie von DC bis 120 MHz AC messen können, ist ein DC-Offset unvermeidlich, da ein Hall-Element für die Stromerfassung verwendet wird und dessen Ausgang durch einen DC-Verstärker verstärkt und mit dem Eingangsanschluss des Oszilloskops verbunden wird. Für genaue Messungen ist es daher notwendig, diesen Offset auszugleichen.

Das Verfahren ist wie folgt:

1. Entmagnetisieren Sie den Kern am Ende der Sonde, um jeglichen Restmagnetismus zu beseitigen.
2. Verwenden Sie die Funktion zur Einstellung der Offsetspannung, um die Anzeige des Oszilloskops so einzustellen, dass sie 0 A anzeigt.
3. Nach diesem Abgleich wird die Stromsonde an den zu prüfenden Stromkreis angeschlossen. Der oben beschriebene Vorgang muss jedoch von Zeit zu Zeit wiederholt werden, da der DC-Offset allmählich schwankt und sich die 0-A-Position im Laufe der Messung über einen längeren Zeitraum ändert.

Skew-Abgleich
Wenn Strom- und Spannungswellenformen gleichzeitig mit Strom- und Spannungssonden beobachtet werden, wie z. B. bei der Leistungsmessung in einem Stromkreis, ist es notwendig, die Phase der Signalwellenformen einzustellen, der so genannte Skew-Abgleich, da die Verzögerungszeit der am Oszilloskopkörper ankommenden Signale für jede Sonde unterschiedlich ist. Zur Einstellung der Phase zwischen den Tastköpfen stehen Justiervorrichtungen wie z. B. Schräglagenausgleichsvorrichtungen für die Leistungsmessung zur Verfügung.

2. Was mit Wechselstromsonden zu messen ist

Wie bereits erwähnt, arbeiten Wechselstromsonden nach dem Transformatorprinzip, um den im zu prüfenden Stromkreis fließenden Strom zu erfassen, aber die Kurvenform ist bei niederfrequenten Strömen eher klein. Insbesondere die Wellenform von Impulssignalen mit niedriger Geschwindigkeit ist aufgrund von Durchhängen verzerrt.

Daher ist es wichtig, bei der Messung von niederfrequenten Signalen, die Gleichstrom enthalten, eine Stromsonde mit doppeltem Verwendungszweck (AC/DC) zu wählen.

3. Frequenzgang von Stromsonden

Die Größe des Stroms, der von einer Stromsonde verarbeitet werden kann, hängt von ihrer Frequenz ab, wobei der messbare Strom mit steigender Frequenz abnimmt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass mit steigender Frequenz die Wärmeentwicklung im Kern und im Transformator zunimmt.

Das Modell der zu verwendenden Stromzange muss in Abhängigkeit von der Frequenz des zu messenden Stroms ausgewählt werden.

4. Einfluss der Einfügungsimpedanz

Das Anschließen einer Stromsonde an den zu prüfenden Stromkreis bedeutet, dass eine kleine Impedanz in den zu prüfenden Stromkreis eingefügt wird. Die Auswirkung dieser Impedanz auf den Stromkreis ist so gering, dass sie normalerweise vernachlässigt werden kann.

Wenn jedoch die stromdurchflossene Leitung mehrmals um den Kern gewickelt wird, um kleine Ströme zu messen, wird die genannte Impedanz doppelt so groß wie die Anzahl der Umwicklungen und kann sich daher stärker auf den zu prüfenden Stromkreis auswirken.

Was ist ein Drehmoment-Messgerät?

Ein Drehmoment-Messgerät ist ein Gerät zur Messung der auf eine Welle wirkenden Drehkraft, die als Drehmoment bezeichnet wird.

Mit Hilfe der elastischen Kraft einer Feder oder eines Sensors kann die Kraft in Drehrichtung als Zahlenwert berechnet werden. Analoge Drehmoment-Messgeräte können selbst numerische Werte anzeigen, während digitale Drehmoment-Messgeräte zum Betrieb eine numerische Anzeige und eine Stromversorgung benötigen.

Das Drehmoment wird in statisches und dynamisches Drehmoment unterteilt, und je nach dem Zweck der Messung muss im Voraus entschieden werden, welches Drehmoment gemessen werden soll. In den letzten Jahren haben sich Typen, die beide Arten von Drehmoment messen können, weit verbreitet.

Anwendungen von Drehmoment-Messgeräten

Drehmoment-Messgeräte werden verwendet, um eine Rotationskraft auf eine Welle aufzubringen und die Kraft in Drehrichtung numerisch zu messen. Sie werden verwendet, um die Anzugskraft von Schrauben, das Drehmoment zum Öffnen und Schließen von Behälterverschlüssen und die Torsionssteifigkeit von Wellen, Trägern und anderen Bauteilen als Istwerte zu messen und zu kontrollieren.

In den letzten Jahren können viele dieser Messgeräte nicht nur das Drehmoment, sondern auch die Dehnung und die Wellendrehzahl gleichzeitig messen. Die Messung und Kontrolle des Drehmoments ist nicht nur für den ordnungsgemäßen Betrieb und die Wartung von Anlagen von großer Bedeutung, sondern auch für die Gewährleistung der Sicherheit während der Lebensdauer und bei Ausfällen.

Funktionsweise der Drehmoment-Messgeräte

Die einfachste Funktionsweise der Drehmoment-Messgeräte besteht darin, dass ein direkt mit einer Welle verbundenes Drehmoment-Messgerät in Drehung versetzt wird und die Rotationskraft mit Hilfe einer Feder oder einer anderen abstoßenden Kraft als Zahlenwert anzeigt. In den letzten Jahren sind verschiedene Arten von Drehmoment-Messgeräten auf den Markt gekommen, darunter solche, die mit Hilfe von Sensoren die Dehnung während der Drehung als Verdrehungswinkel der Welle messen und das Drehmoment berechnen, und solche, die das Drehmoment nicht nur direkt, sondern auch indirekt messen.

Eine rotierende Welle verfügt immer sowohl über eine Kraft zur Übertragung der Drehung, wie z. B. einen Motor, als auch über einen Mechanismus zur Nutzung der Drehung, wie z. B. eine Turbine, so dass bei mechanischen Drehmoment-Messgeräten mit einer Skala am Ende der Welle einer der beiden Mechanismen entfernt werden muss, um sie zu verwenden.

Es gibt auch Drehmoment-Messgeräte, die in der Mitte der Welle eingesetzt werden, aber die Welle wird auf die gleiche Weise entfernt, um das Drehmoment-Messgerät zu installieren. Bei der Installation von Drehmoment-Messgeräten muss daher die Montage und Demontage berücksichtigt werden.

Weitere Informationen zu Drehmoment-Messgeräten

1. Motorprüfung mit einem Drehmoment-Messgerät

Drehmoment-Messgeräte gibt es als nicht rotierende Dehnungsmessstreifen-Typen, rotierende magnetostriktive Typen und Dehnungsmessstreifen-Typen. Rotierende Drehmoment-Messgeräte werden für Versuchs- und Forschungszwecke sowie für die Qualitätskontrolle von Produkten verwendet. Was das Drehmoment betrifft, so hört man oft davon, wenn man zum Beispiel Reifenmuttern anzieht, und das angegebene Drehmoment ist je nach Art der Mutter unterschiedlich.

Auch bei Motoren ist das Drehmoment wichtig. Motoren werden nicht nur in Eisenbahnen und Autos eingesetzt, sondern auch in Pumpen, Kompressoren und Aufzügen.

Bei der Herstellung von Motoren wird ein Drehmoment-Messgerät verwendet, um zu überprüfen, ob der gewünschte Drehmomentwert am Ende des Prozesses erreicht wird. In der Regel wird der Motor nach der Fertigung in einem Motorprüfstand belastet und mit einem Drehmoment-Messgerät mit Sensor gemessen.

2. Verwendung eines Drehmoment-Messgeräts

Drehmoment-Messgeräte gibt es in nicht-rotierender und rotierender Ausführung.

Nicht rotierender Typ
Der nicht drehende Typ ist mit einem Messgerät ausgestattet, das am zu messenden Gerät befestigt wird und den Wert des aufgebrachten Drehmoments auf dem Messgerät anzeigt. Drehmomentschlüssel, die zur Überprüfung des Anziehens von Autoreifen verwendet werden, werden auf das angegebene Drehmoment eingestellt, und wenn das Drehmoment diesen Wert erreicht, ertönt ein Ton aus dem Schlüssel, der bestätigt, dass der Reifen angezogen wurde. Da das ursprüngliche Drehmoment durch ein Kalibriergerät überprüft wurde, kann der gewünschte Anzug einfach durch Einstellen des Drehmoments auf den angegebenen Wert erreicht werden.

Rotierender Typ
Der rotierende Typ wird hauptsächlich zur Messung des Drehmoments von Motoren verwendet, wobei das Drehmoment-Messgerät über eine Kupplung am Motorkern installiert wird. Neben dem Drehmoment-Messgerät sind auch Peripheriegeräte wie ein Gerät zum Empfang von Signalen aus dem Gerät und ein PC zur Online-Kontrolle erforderlich.

Das Drehmoment-Messgerät misst die Torsion oder Verzerrung dieser Welle, die durch das auf die Welle ausgeübte Drehmoment verursacht wird. Der Motor wird also gedreht und das der Belastung entsprechende Signal wird in einen Wert umgewandelt, der als Drehmoment bezeichnet und dann gemessen wird.

Was ist eine Differentialsonde?

Eine Differentialsonde ist ein Gerät, das bei der Messung von Signalen mit Oszilloskopen Rauschen erkennt, das von Stellen ausgeht, die nichts mit dem Gerät zu tun haben, das das Signal überträgt, wie z. B. Bodenschwingungen, die als gemeinsames Rauschen bezeichnet werden, und das Messsignal mit einem Verstärker verstärkt, damit es leichter zu messen ist.

Bei Kommunikationsverbindungen wie USB und HDMI ist dies notwendig, damit die Ausgangsseite das Signal genau erfassen kann. Differentialsonden können bei unsachgemäßer Verwendung beschädigt werden oder keine genaue Ausgabe liefern.

Differentialsonden sind oft bei demselben Unternehmen erhältlich, das auch Oszilloskope verkauft, und es ist ratsam, eine Differentialsonde von demselben Unternehmen wie das Oszilloskop zu kaufen, da sie eine hervorragende Konnektivität aufweisen.

Anwendungen von Differentialsonden

Differentialsonden werden in der Prototypenfertigung und in der Produkttestphase vieler Kommunikationsgeräte wie USB-, HDMI-, DisplayPort-, Ethernet- und SATA-Verbindungen verwendet, um mit Oszilloskopen und anderen Geräten Rauschen zu erkennen und festzustellen, ob und wo sich das Rauschen auf das Produkt auswirkt. Die Differenzialsonde wird verwendet, um zu prüfen, ob sich das Rauschen auf das Produkt auswirkt und wo das Rauschen das Produkt beeinträchtigt.

Differentialsonden sind oft teuer, daher ist es wichtig, vor dem Kauf genau zu prüfen, ob sie den Anforderungen für den Einsatz entsprechen.

Funktionsweise der Differentialsonden

Eine Differentialsonde besteht aus zwei aktiven Sonden mit genau den gleichen Eigenschaften, von denen eine an den Pluspol des Anschlusses des Geräts, das das zu messende Signal überträgt, und die andere an den Minuspol angeschlossen wird. Durch Messung der Differenz zwischen den von den beiden Sonden erfassten Signalen kann das gemeinsame Rauschen erkannt werden.

Viele Differentialsonden sind mit ausgeklügelten Funktionen erhältlich, die die Messung von Wellenformen auf einem Oszilloskop erleichtern. Dazu gehören die Verstärkung von Niederspannungssignalen mit Verstärkern, damit sie auf einem Oszilloskop leichter zu messen sind, die Erdung einiger Spannungen, um das Oszilloskop nicht mit Hochspannungssignalen zu überlasten, und die Umwandlung des Signals in eine klare Rechteckwelle.

Je nach dem Signal, für das die Differentialsonden verwendet werden, kann bei geeigneter Auswahl ein deutliches Rauschen gemessen werden.

Weitere Informationen zu Differentialsonden

1. Ersatzschaltung einer Differentialsonde

Differentialsonden bestehen aus zwei aktiven Sonden, die direkt von der Sondenspitze an das Eingangsende des Halbleiterschaltkreises angeschlossen sind, so dass die Eingangskapazität nur 1 pF betragen kann, was äußerst gering ist. Andererseits liegt der Eingangswiderstand im Gegensatz zu passiven Sonden, die ein Dämpfungsglied enthalten, in der Größenordnung von einigen zehn KΩ bis 1 MΩ.

Bei der Messung von Wellenformen durch Anschluss einer Differentialsonde an eine Schaltung mit hoher Impedanz müssen die Messergebnisse daher unter Berücksichtigung des Einflusses der Sonde betrachtet werden. Eine wirksame Methode hierfür ist der Anschluss des Ersatzschaltbildes der Differenzial-Sonde an den zu prüfenden Stromkreis und die Simulation der Auswirkungen.

Bei einer Differentialsonde werden zwischen den Pins auf der einen Seite und GND der vom Hersteller angegebene Eingangswiderstand und die Eingangskapazität parallel geschaltet. In ähnlicher Weise werden zwischen dem anderen Stift und GND der Eingangswiderstand und die Eingangskapazität parallel geschaltet. Zwischen den beiden Stiften der Differenzial-Sonde wird also der Eingangswiderstand verdoppelt und die Eingangskapazität halbiert. Die Auswirkung dieser Impedanz auf die zu prüfende Schaltung sollte bei der Beurteilung der Messergebnisse berücksichtigt werden.

2. Aktive Tastköpfe

Tastköpfe werden verwendet, um stabile Signale zu messen. Ohne Sonde würde der Effekt der kapazitiven Komponente des Kabels die Funktionsweise der Schaltung verändern. Dies wirkt sich besonders stark bei Hochfrequenzmessungen aus.

Aktive Sonden verwenden ein Halbleiterelement am Eingangsende. Die Eingangskapazität der aktiven Sonde selbst ist ebenfalls sehr klein, bei einigen ist die Eingangskapazität kleiner als 1 pF.

Die Eingangskapazität der Sonde beeinflusst auch die Wellenform. Passive Tastköpfe haben eine größere Kapazitätskomponente als aktive Tastköpfe, was zu einem stärkeren Klingeln führt, d. h. zu einer Oszillation der Wellenform an der steigenden Flanke des Impulses.

3. Differentialsonden für hohe Spannungen

Differentialsonden eignen sich für die Beobachtung erdfreier Signalanteile, aber die üblichen Sonden haben eine Spannungsfestigkeit von nur 30 V bis 100 V für Differenzial- und Massespannungen. Große Hochspannungstastköpfe sind für die Messung von Schwebezuständen in Schaltungen erforderlich, die mit hohen Spannungen arbeiten, wie z. B. kommerzielle Netzteile. Spezifikationen mit Differenzspannungen von 6000 V oder mehr und Massespannungen von 2000 V oder mehr sind im Handel erhältlich.

Bei Messungen mit Differentialsonden für hohe Spannungen muss der Abstand zwischen den beiden Stiften groß genug sein, um die Gefahr einer Entladung zu vermeiden. Dies hat zur Folge, dass im Hochfrequenzbereich aufgrund der Impedanz der Leitungen ein Klingeln auftritt, was zu großen Amplitudenschwankungen führt. Als Gegenmaßnahme ist das Verdrillen der beiden Zuleitungsdrähte eine wirksame Methode.

4. Gleichtaktrauschen

Das Rauschen in elektrischen Schaltungen lässt sich grob in Differentialrauschen und Gleichtaktrauschen unterteilen. Differentialrauschen ist Rauschen, das durch die Leiter in einem Stromkreis geleitet wird.

Gleichtaktrauschen hingegen ist ein Rauschen, bei dem das Signal teilweise durch die Erde oder das Gehäuse zurückgeführt wird und bei dem das Eingangssignal und das Signal bei der Rückkehr in Phase sind. Gleichtaktrauschen gilt aufgrund der Komplexität der Rauschausbreitung als schwer zu bekämpfen.

Differentialsonden für hohe Spannungen werden als sehr effektives Mittel zur Prüfung des Betriebs von Schaltnetzteilen eingesetzt. Schaltregler erzeugen Gleichtaktrauschen, bei dem die Massespannung um mehrere hundert Volt schwankt.

Obwohl die Verwendung von Differentialsonden die Massespannungsschwankungen auslöschen und ihre Beobachtung ermöglichen sollte, ist es in der Praxis unvermeidlich, dass ein kleiner Teil der Massespannungsschwankungen zum Differentialausgang hinzugefügt wird. Um die Auswirkungen dieser Schwankungen zu verringern, sollte ein Tastkopf mit einem guten CMRR (Common-Mode Rejection Ratio) gewählt werden.