月: 2023年3月

Was ist ein Dehnungsmessstreifen?

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

Anwendungen von Dehnungsmessstreifen

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

Konkrete Beispiele für die Verwendung sind:

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

Funktionsweise und Arten von Dehnungsmessstreifen

Im Folgenden werden die Grundsätze und Arten von Dehnungsmessstreifen erläutert.

1. Funktionsweise der Dehnungsmessstreifen

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

2. Arten von Dehnungsmessstreifen

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

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

Aufbau von Dehnungsmessstreifen

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

1. Dehnungsmessstreifen aus Folie

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

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

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

2. Dehnungsmessstreifen für Halbleiter

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

Weitere Informationen über Dehnungsmessstreifen

1. Wie werden Dehnungsmessstreifen eingesetzt?

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

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

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

2. Nachteile von Dehnungsmessstreifen und deren Behebung

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

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

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

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

3. Dehnungsmessstreifen und Temperaturkompensation

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

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

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

4. Dehnungsmessstreifen und Kriechkompensation

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

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

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

Was ist ein Tachometer?

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

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

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

Anwendungen von Tachometern

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

Funktionsweise von Tachometern

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

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

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

Arten von Tachometern und Messverfahren

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

1. Kontakt-Tachometer

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

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

2. Berührungslose Tachometer

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

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

3. Kontakttachometer und berührungslose Tachometer

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

4. Sensor-Tachometer

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

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

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

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

Was ist ein magnetischer Sensor?

Magnetische Sensoren sind Sensoren, die Magnetismus erkennen.

Sie werden eingesetzt, um den von Dauermagneten und Elektromagneten erzeugten Magnetismus sowie den Erdmagnetismus zu erkennen. Magnetische Sensoren können magnetische Vektoren (Größe und Richtung) erkennen.

Anwendungen magnetischer Sensoren

Magnetische Sensoren werden in den letzten Jahren in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, von Verbraucherprodukten bis hin zu Industrieanlagen.
Ein typisches Beispiel sind Smartphones. Sie werden zur Richtungserkennung bei Kartierungs- und Orientierungsanwendungen eingesetzt.

Auch in der Industrie und Forschung werden sie häufig eingesetzt, um Substanzen zu untersuchen und zu erkennen, die Magnetismus erzeugen. Beispiele für Erkennungsziele sind im Folgenden aufgeführt:

• Geomagnetische Erkennung, die von der Erde erzeugt wird
• Magnetische Erkennung von Mineralien in Gesteinsschichten
• Biologische magnetische Erkennung, die von Muskeln und dem Gehirn erzeugt wird
• Magnetische Tintenerkennung zur Verhinderung von Banknotenfälschungen
• Magnetische Erkennung bei der zerstörungsfreien Prüfung von Strukturen
• Erkennung des durch elektrische Ströme erzeugten magnetischen Flusses

Die oben genannten Erkennungsmethoden können bei folgenden Produkten angewendet werden:

• Kompasse
• Rotations- und Winkelsensoren
• Magnetflusssensoren für MRI mit biomagnetischem Fluss
• Berührungslose Strommessgeräte

Funktionsweise magnetischer Sensoren

Magnetische Sensoren wandeln die Lorentzkraft des magnetischen Flusses in ein elektrisches Signal um und erfassen den magnetischen Vektor (Größe und Richtung).
Es gibt verschiedene Arten von magnetischen Sensoren, die sich grob in Hall-Sensoren mit Hall-Elementen und magnetoresistive Sensoren mit magnetoresistiven Elementen (MR) einteilen lassen.

Hall-Sensoren

Hall-Sensoren nutzen den Hall-Effekt zwischen dem Hall-Element und dem senkrechten Magnetfluss, um den magnetischen Vektor zu erfassen. Der Hall-Effekt ist ein Phänomen, bei dem eine elektromotorische Kraft im 90 °-Winkel zum magnetischen Fluss und Strom erzeugt wird, wenn ein Strom im rechten Winkel zum magnetischen Fluss erzeugt wird.

MR-Sensoren

MR-Sensoren erkennen magnetische Vektoren mit Hilfe magnetoresistiver Elemente, deren Widerstand sich ändert, wenn sie Magnetismus wahrnehmen.
Es gibt vier Arten von magnetoresistiven Elementen: Halbleitermagnetoresistive Elemente, isomere magnetoresistive Elemente, Riesenmagnetoresistive Elemente und Tunnelmagnetoresistive Elemente.

Weitere Informationen zu magnetischen Sensoren

1. Magnetische Sensoren und Kompasse

Ein Kompass ist ein Werkzeug zur Richtungsbestimmung. Dauermagnete werden seit langem verwendet, aber in den letzten Jahren haben sich elektronische Kompasse durchgesetzt, die anstelle von Dauermagneten magnetische Sensoren zur Berechnung der Richtung verwenden.

Elektronische Kompasse sind auch in Smartphones erhältlich. Ihre Rolle in Smartphones umfasst die Richtungsbestimmung durch Azimut-Apps und die Navigation in Karten-Apps.

Die meisten Karten-Apps verwenden GPS, aber die Genauigkeit der GPS-Positionsbestimmung liegt nur bei wenigen Metern. Daher ist sie für die Navigation nicht ausreichend. Außerdem können GPS-Signale in Gebieten mit schlechtem Empfang nicht empfangen werden.

Um diese Probleme zu lösen, wird das System mit einem elektronischen Kompass kombiniert, um die Richtung und den Kurs zu bestimmen und GPS-Fehler auszugleichen. Es ist auch möglich, die Kartenanzeige so einzustellen, dass die Fahrtrichtung immer nach oben zeigt.

Da der elektronische Kompass die Fahrtrichtung aus dem schwachen geomagnetischen Feld berechnet, wird die Technologie auch eingesetzt, um die Auswirkungen von magnetischen Teilen wie Lautsprechern zu kompensieren.

2. Magnetische Sensoren und Automobile

Zur Realisierung von Kontrollsystemen, die die Sicherheit und den Komfort von Fahrzeugen erhöhen, werden verschiedene Sensoren eingesetzt, wobei die magnetischen Sensoren Vorteile in Bezug auf Zuverlässigkeit und Kosten haben. Sie werden hauptsächlich in den folgenden Bereichen eingesetzt.

• Erfassung der Fahrzeuggeschwindigkeit
• Steuerung der Motordrehzahl
• ABS (Antiblockiersystem)
• Servolenkung
• Autonavigation

Die Technologie des automatischen Fahrens hat in den letzten Jahren viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen, und die technologische Entwicklung schreitet voran, um dies mit Hilfe der KI-Technologie zu realisieren. Obwohl es noch viele Herausforderungen gibt, ziehen magnetische Markierungssysteme die Aufmerksamkeit auf sich, da sie einen Weg zur Lösung dieser Probleme darstellen.

Im Gegensatz zum vollautonomen Fahren handelt es sich bei magnetischen Markierungssystemen um führungsbasierte Systeme. Es handelt sich dabei um ein Fahrunterstützungssystem, bei dem auf der Straße angebrachte magnetische Markierungen von den magnetischen Sensoren des Fahrzeugs erkannt werden, um den aktuellen Standort zu ermitteln und den Weg des Fahrzeugs zu steuern. Es wurden Demonstrationstests zur Realisierung des automatisierten Fahrens in Linienbussen eingeleitet.

Was ist ein Funktionsprüfgerät?

Ein Funktionsprüfgerät ist ein Testgerät, das die Funktion ¥einer elektronischen Platine prüft, um sicherzustellen, dass sie tatsächlich richtig funktioniert.

Die elektronische Steuerung eines Geräts wird durch den Einbau einer elektronischen Platine erreicht. Die sichere und korrekte Funktion eines Geräts wird zunächst durch die Prüfung der Elektronikplatine auf Fehler überprüft.

Elektronikplatinen können mit Hilfe der Erscheinungsbildinspektion (AOI), der In-Circuit-Prüfung (ICT) und der Funktionsprüfung (FCT) inspiziert werden, wobei die Erscheinungsbildinspektion auch als Platineninspektion oder Montageinspektion bezeichnet wird.

Bei der visuellen Leiterplatteninspektion werden Geräte zur visuellen Leiterplatteninspektion, z. B. Kameras, eingesetzt, um die Leiterplatte auf Fehler in der Verdrahtung und die ordnungsgemäße Integration der Bauteile auf der Leiterplatte zu prüfen. Nach der visuellen Inspektion der Leiterplatte wird in der Regel eine Funktionsprüfung durchgeführt, um festzustellen, ob die elektronische Leiterplatte tatsächlich korrekt funktioniert. Zur Durchführung dieser Funktionstests werden Funktionsprüfgeräte eingesetzt.

Anwendungen von Funktionsprüfgeräten

Funktionsprüfgeräte werden eingesetzt, um die Funktionsfähigkeit von Elektronikplatinen zu überprüfen, um sicherzustellen, dass sie entsprechend der gewünschten Funktion arbeiten.

Funktionstester werden eingesetzt, um zu prüfen, ob die erwarteten Ausgangssignale und Operationen elektronischer Bauteile ausgeführt werden, wenn Eingangssignale (Inputs) an die Elektronikplatine gesendet werden, deren Funktion geprüft werden soll.

Da die erwartete Funktion naturgemäß bei jeder Elektronikplatine anders ist, ist es sehr wichtig, ein Funktionsprüfgerät auszuwählen, das den beabsichtigten Test durchführen kann.

So wird beispielsweise eine Stromversorgungsplatine daraufhin geprüft, ob beim Einschalten die erwartete Spannung oder der erwartete Strom fließt, oder ein LED-Beleuchtungstest, um zu sehen, wie viel Leistung die entsprechende LED als Reaktion auf den Eingangsstrom aufleuchtet. In den letzten Jahren sind sehr vielseitige Funktionsprüfgeräte für eine breite Palette von Leiterplattentypen verfügbar geworden.

Funktionsweise der Funktionsprüfgeräte

Das Prinzip eines Funktionsprüfgeräts besteht darin, zu prüfen, ob sich eine elektronische Platine wie vorgesehen verhält, indem die Platine mit Strom versorgt wird und die erforderlichen elektrischen Eingangssignale angelegt werden. Es wird geprüft, ob die Signale an den Ausgangsklemmen und das Verhalten der eingebauten elektronischen Bauteile wie vorgesehen sind, um zu testen, ob die Platine entsprechend der gewünschten Funktion arbeitet (Funktion).

Bei der Funktionsprüfung wird die zu prüfende Platine auf ein Funktionsprüfgerät montiert, um zu prüfen, ob sie tatsächlich funktioniert. Bei den Eingangssignalen handelt es sich häufig um Testmuster, die von FPGAs oder anderen Geräten erzeugt werden, und es werden IC-Operationen wie Mikrocontroller verwendet.

Zum Betrieb der Elektronikkarte wird der tatsächliche Betriebsstrom angelegt und die Ausgangswellenform überprüft. Wenn die Platine Lötfehler oder andere Probleme aufweist, besteht die Gefahr eines Kurzschlusses innerhalb der Platine, wodurch die Platine selbst beschädigt werden könnte. Es ist daher wichtig, vor der Funktionsprüfung mit einem Funktionsprüfgerät eine sorgfältige Sichtprüfung der Platine durchzuführen, um sicherzustellen, dass keine Fehler in der Verdrahtung der Platine oder bei der Montage der Bauteile vorliegen.

Das Funktionsprüfgerät prüft nur, ob die Platine tatsächlich eine Funktion ausgeben kann, und ist von einer detaillierten Prüfung der elektrischen Eigenschaften der einzelnen Bauteile (Widerstandswerte, Diodeneigenschaften usw.) zu unterscheiden. Dies wird als In-Circuit-Test (ICT) bezeichnet und erfolgt durch Anlegen eines Stroms, der viel schwächer als der Betriebsstrom ist.

Weitere Informationen zu Funktionsprüfgeräten

1. Unterschiede zur In-Circuit-Prüfung

Bei der In-Circuit-Prüfung wird vor allem geprüft, ob die vorgesehenen Bauteile korrekt montiert sind.

So wird z. B. geprüft, ob bei der Montage von Chip-Bauteilen Lötstellen entstanden sind, ob die Polarität (Ausrichtung) von Dioden und das Äquivalent eines Pins eines ICs richtig montiert sind und ob der Widerstandswert von Chip-Widerständen korrekt ist.

Die Basis wird elektrisch geprüft, indem Prüfstifte mit den Anschlüssen des Bauteils in Kontakt gebracht werden. So können beispielsweise IC-Gehäuse mit internen Anschlüssen wie BGAs oder blinde VIA-Verbindungen auf der Innenseite der Leiterplatte nicht bewertet werden.

Im Gegensatz dazu können Funktionstests grundsätzlich Funktionsfehler beseitigen und sind daher wichtiger, und viele sehr vielseitige Funktionsprüfgeräte haben In-Circuit-Testfunktionen eingebaut.

2. Beispiele für tatsächliche Funktionstestelemente

Beispiele für aktuelle Funktionstests sind die Überprüfung von Stromwerten und Spannungswellenformen von Ausgangsschaltungen, LED-Beleuchtung und Schalterbetrieb, Mikrocontrollerbetrieb unter Verwendung von Mustern aus einem FPGA und Steckertrennungen.

Die Funktionen heutiger Elektronikplatinen, wie sie in elektronischen Kommunikationsgeräten wie Smartphones und fortschrittlichen elektronischen Steuerungsanwendungen in Automobilen zu finden sind, sind so komplex geworden, dass es nur wenige Fälle gibt, in denen handelsübliche Tester unverändert verwendet werden können. Die Zahl derer, die kundenspezifische Anforderungen erfüllen, steigt. Einige Hersteller bieten auch Sets an, die auf die Platine abgestimmte Peripherieschaltungen und Halterungen sowie in einigen Fällen elektromagnetische Abschirmkästen (anechoische Kästen) enthalten.

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.