月: 2023年3月

Was ist Ferngesteuerte IO?

Remote I/O ist ein Gerät zur Fernsteuerung von Mess-, Eingabe- und Steuergeräten in Fabriken und anderen Einrichtungen.

Da es über ein Netzwerk verwendet wird, sind keine komplizierten Verdrahtungseinstellungen erforderlich und es ist effektiv bei der Reduzierung von Störungen, die durch den Datentransport über große Entfernungen verursacht werden. Diese Produkte sind heute in einer Vielzahl von Fabriken weit verbreitet, in denen die Fabrikautomatisierung mit IoT und anderen Technologien voranschreitet, um die Arbeitskosten zu senken und die Produktionseffizienz zu verbessern.

Anwendungen von ferngesteuerten IO

Remote-I/O wird in der Fabrikhalle in einer Vielzahl von Fabrikautomationsanlagen eingesetzt. Es ist nützlich, die Temperatur, den Druck, die Feuchtigkeit, den Strom, die Spannung und andere Messgeräte, die in einer Fabrik, z. B. in einem Kontrollraum, gemessen und gesteuert werden müssen, gemeinsam zu verwalten, wenn sie mit der Netzwerkkommunikation kompatibel sind.

Es sind viele Produkte erhältlich, die Netzwerkleitungen für verschiedene Messgeräte unterstützen, und sie sollten entsprechend dem verwendeten Messgerätenetzwerk ausgewählt werden.

Prinzip der ferngesteuerten IO

Ferngesteuerte IO, auch als verteilte IO bezeichnet, leitet Eingangssignale über Kommunikation an Mastergeräte wie PCs und SPS in Fabriken weiter.

1. SPS

PLC, an die Ferngesteuerte IO Signale sendet und empfängt, steht für “Programmable Logic Controller” und ist eine Steuerung, die zur Kontrolle von Geräten und Anlagen verwendet wird. In Fertigungsbetrieben steuern PLCs den Betrieb verschiedener Gerätetypen, wie z. B. Förderbänder und Sensoren.

2. Netzwerk

Für die von den ferngesteuerten IO verwendeten Netzwerke gibt es zahlreiche Produkte, die mit den verschiedenen von den SPS-Herstellern angebotenen industriellen Netzwerken kompatibel sind. Zu den typischen industriellen Netzwerken gehören EtherNet/IP, EtherCAT, PROFINET, CC-Link und HLS.

Die Verarbeitungsgeräte beherrschen viele Arten der Kommunikation, von Produkten, die CPUs für die Hochgeschwindigkeitsverarbeitung verwenden, bis hin zu Produkten, die kostengünstig ohne CPUs oder andere Komponenten auskommen.

Ferngesteuerte IO-Konfigurationen

Remote I/O besteht aus einem Netzwerkkommunikationsteil, einer Verarbeitungseinheit und einem Verbindungsteil, die über ein einziges Kabel miteinander verbunden sind. Im Anschlussbereich sind viele Produkte mit Klemmen für verschiedene Anschlüsse ausgestattet, an die Steuerleitungen wie Sensoren, Schalter und LEDs angeschlossen werden können.

Einige Produkte unterstützen mehr als 60 Anschlüsse. Remote-E/As können auch parallel angeschlossen werden, so dass es relativ einfach ist, zusätzliche Remote-E/As parallel hinzuzufügen, wenn die Anzahl der benötigten Anschlüsse für eine Remote-E/A nicht ausreicht oder wenn neue elektronische Komponenten eingeführt werden, die eine neue Verkabelung erfordern. Der Netzwerkkommunikationsteil stellt die Verbindung zu PLCs, DCSs oder anderen Remote I/Os im Schaltschrank über ein Netzwerk her.

Weitere Informationen über Ferngesteuerte IO

1. Ferngesteuerte IO Funk

Informationen zum Ferngesteuerten IO-Funk: Neben der drahtgebundenen Methode, bei der Geräte direkt mit Kommunikationsleitungen miteinander verdrahtet werden, gibt es auch eine drahtlose Methode, bei der ein Sender/Empfänger im Gerät eingebaut ist und drahtlos kommuniziert. Ferngesteuerte IO-Funk bezieht sich in diesem Zusammenhang auf die Fernsteuerung von Geräten durch drahtlose Methoden unter Verwendung von Funk.

Es gibt mehrere Arten von drahtlosen Funkkommunikationsmethoden, wobei die am häufigsten verwendete Kommunikationsmethode WiFi ist, die insbesondere in vielen modernen Geräten verwendet wird. Der eigentliche Einsatz der drahtlosen ferngesteuerten IO erfolgt jedoch meist in industriellen Anwendungen wie Fabriken, Gebäuden und Spezialgebäuden.

Um den hohen Anforderungen an die Zuverlässigkeit gerecht zu werden, verwenden die Hersteller häufig eigene Frequenzbänder in der Nähe von 1G. Die Zuverlässigkeit der Kommunikationsmethode hängt vom Know-how des jeweiligen Unternehmens ab.

2. Ferngesteuerte IO-Ethernet

Ferngesteuerte IO Ethernet verwendet einen Kommunikationsstandard namens Ethernet für die Fernein- und -ausgabe elektrischer und elektronischer Geräte, auch bekannt als Ferngesteuerte IO. Ethernet ist ein Kommunikationsprotokollstandard von der physikalischen Schicht bis zur Datenverbindungsschicht im OSI-Modell, der die für die Kommunikation zwischen Informationsgeräten erforderlichen Funktionen organisiert.

Als Protokoll der Datenverbindungsschicht besteht seine Hauptaufgabe darin, die zuverlässige Übertragung von Daten innerhalb desselben Netzes zu gewährleisten. Konkret besteht die Aufgabe von Ethernet darin, Daten von einer Ethernet-Schnittstelle zu einer anderen Ethernet-Schnittstelle im selben Netz zu übertragen.

Um Daten von einer Ethernet-Schnittstelle zu senden, wird jedes ‘0’- und ‘1’-Bit von einem elektrischen Signal in ein physikalisches Signal umgewandelt, und das über die Ethernet-Schnittstelle empfangene physikalische Signal wird wieder in ein elektrisches ‘0’- und ‘1’-Signal umgewandelt. Als physikalisches Protokoll standardisiert der Ethernet-Standard auch seine physikalische Signalumwandlung und die Verwendung von Kabelmedien.

3. HLS

HLS ist ein “Ein-Master-zu-Mehreren-Slaves”-Netzwerk, das digitale IOs in Stapeln mit hoher Geschwindigkeit steuern kann: bis zu 63 Slave-ICs können an einen Master-IC angeschlossen und bis zu 2016 IOs gesteuert werden.

Der HLS-Master-IC verfügt über einen eingebauten Speicher für IO-Steuerregister und Kommunikationssteuerregister für jeden Slave-IC.

Was ist eine Sonden-Karten?

Eine Sonden-Karte ist ein Instrument, das für die Wafer-Level-Inspektion in der Halbleiterfertigung benötigt wird.

Sie werden an den Wafer-Inspektionsgeräten angebracht. Der größte Teil der Kosten von Halbleitern wird durch die Fertigungsanlagen bestimmt, aber auch die Kosten für das Gehäuse selbst und die Verpackung haben einen erheblichen Einfluss auf die Herstellungsphase. Aus diesem Grund ist es möglich, die Kosten zu kontrollieren, indem man nach Abschluss des Halbleiterherstellungsprozesses auf der Waferebene feststellt, ob ein Produkt gut oder schlecht ist, und nur die guten Produkte an nachfolgende Prozesse weiterleitet.

Ein Wafer enthält mehrere Hundert bis mehrere Tausend Chips. Bei der Waferinspektion werden diese Chips sortiert, indem man feststellt, ob sie gut oder schlecht sind, bevor sie in einzelne Stücke geschnitten und verpackt werden.

Verwendung von Sonden-Karten

Zur Wafer-Inspektion gehören ein LSI-Tester, der elektrische Signale, so genannte Testmuster, in den Chip einspeist und das Ausgangssignalmuster durch Vergleich mit dem erwarteten Wert beurteilt, ein Wafer-Prober, der die Positionierung auf Chipebene steuert, um die Signale genau an die Elektrodenanschlüsse jedes Chips anzuschließen, und eine Sondenkarte, die die Positionierung steuert, um Hunderte bis Zehntausende von Elektrodenanschlüssen im Chip genau zu treffen. Das Verfahren wird mit einer Sonden-Karte durchgeführt, die eine gleiche Anzahl von Nadeln (Sonden) enthält, die so positioniert sind, dass sie die Hunderte bis Zehntausende von Elektrodenanschlüssen des Chips genau treffen.

Die Sonden-Karten müssen daher speziell für jedes Chip-Design angefertigt werden, was an sich schon kostspielig ist und aufgrund der Abnutzung durch den Gebrauch eine Neuanfertigung erfordert, aber im Hinblick auf die Gesamtproduktionskosten unerlässlich ist. Halbleiterchips werden nicht nur in Computern, sondern auch in fast allen Produkten unseres Lebens unzählige Male verwendet, und Sonden-Karten sind einer der Träger.

Prinzip der Sonden-Karten

Die Sonden-Karten werden auf den Wafer-Prober montiert und dienen als Verbindung zwischen den Elektrodenanschlüssen des Chips und dem LSI-Tester über den Wafer-Prober.

Der Platzierungsabstand der Elektrodenanschlüsse auf dem Halbleiterchip ist jedoch mit einigen zehn Mikrometern geringer als die Stiftplatzierungsdichte des Prüfkopfs, so dass eine Verbindung zwischen beiden über eine Sonden-Karten erforderlich ist.

Aufbau der Sonden-Karten

Auf der Oberseite der Sonden-Karten befinden sich die Anschlussklemmen für den Prüfkopf und auf der Unterseite die Nadeln für den Anschluss an die Elektrodenanschlüsse des Halbleiterchips.

Durch Verbinden der Anschlussklemmen des Prüfkopfes und der Sonden-Karten und anschließendes Verbinden der Elektrodenanschlüsse des Halbleiterchips mit der Nadel der Sonden-Karten wird eine elektrische Verbindung hergestellt, und jeder Halbleiterchip auf dem Siliziumwafer wird geprüft, indem anhand der elektrischen Signale des LSI-Testers beurteilt wird, ob er gut oder schlecht ist.

Sonden-Karten gibt es in fortgeschrittener und freitragender Ausführung. Bei der fortgeschrittenen Ausführung werden Blöcke mit vertikalen Anschlüssen auf der Platine befestigt, und die Sonden können zur einfachen Wartung frei angeordnet werden. Beim freitragenden Typ werden die Messfühler ohne Blöcke direkt auf der Platine montiert, was die Unterbringung von Klemmen mit geringem Raster erleichtert.

Weitere Informationen zu Sonden-Karten

Aufgrund der feinen und äußerst zuverlässigen Anforderungen bei der Waferinspektion werden Sonden-Karten häufig aus Keramiksubstraten hergestellt. Kyocera verwendet zum Beispiel Dünnschicht-Einzelschicht- und Dünnschicht-Multilayer-Keramiksubstrate mit Metallisierung für Sonden-Karten für DRAM, Flash-Speicher und Logikbausteine.

Im Allgemeinen werden für die Signalanschlüsse großer integrierter Halbleiterschaltungen, so genannter LSIs oder System-LSIs, Federstecker oder hochdichte Steckverbinder verwendet. Sonden-Karten fungieren auch als Vermittler zwischen diesem Prüfkopf und dem zu prüfenden Wafer. Da sie ein hohes Maß an Verbindungssicherheit und elektrischen Prüffunktionen erfordern, sind ihre Mechanismen und Materialien empfindlich. Es werden Materialien wie Keramik verwendet.

Die Sonden-Karten sind jedoch nur begrenzt haltbar, und selbst die kleinste Verformung durch physische Stöße führt dazu, dass sie ihren Verwendungszweck nicht erfüllen können.

Was ist ein Id-Kartendrucker?

Die Installation eines Id-Kartendruckers verringert das Risiko, dass personenbezogene Daten der Mitarbeiter nach außen dringen, reduziert die Kosten des Outsourcings und ermöglicht die Ausgabe einer kleinen Anzahl von Karten.IC-Chips und Magnetstreifen Die Tinte wird durch Hitzeverdampfung auf eine Plastikkarte mit eingebetteten Streifen übertragen. Die Druckverfahren können als Direktdruck oder Retransferdruck klassifiziert werden.

Verwendungszwecke von Id-Kartendruckern

Id-Kartendrucker werden für den Druck von Mitarbeiterausweisen und ID-Karten in Unternehmen und Einrichtungen eingesetzt. Sie werden für Verkehrsausweise verwendet, um die Sicherheit des Unternehmens zu erhöhen, die Anwesenheit zu verwalten und elektrische Geräte wie Fotokopierer und Computer zu authentifizieren. Je nach Produkt werden IC-Kodierer für die Eingabe von Informationen in IC-Chips und magnetische Kodierer für die Eingabe von Informationen in Magnetstreifenkarten verwendet. Bei der Auswahl eines Druckers sollten das Druckverfahren, der unterstützte Kartentyp, die Druckgeschwindigkeit und das Druckergebnis berücksichtigt werden.

Prinzipien von Id-Kartendruckern

In diesem Abschnitt wird das Prinzip des Drucks von Id-Kartendruckern auf Plastikkarten erläutert. Es gibt zwei Arten von Druckprinzipien: Direktdruck und Retransferdruck.

• Direktes Druckverfahren
  Das Direktdruckverfahren ist ein Druckverfahren, bei dem die durch Hitze verdampfte Tinte direkt auf die zu bedruckende Plastikkarte übertragen wird. Da für den Druck weniger Verfahren erforderlich sind, stehen viele preiswerte Geräte zur Verfügung und die Betriebskosten sind niedriger. Das Bedrucken von IC-Chips ist jedoch nicht möglich und wird zudem durch Staub und Talg stark beeinträchtigt. Außerdem ist es je nach der zu bedruckenden Karte unter Umständen nicht möglich, zu drucken.
• Retransferdruckverfahren
  Beim Retransferdruckverfahren wird das zu bedruckende Bild einmal auf eine Retransferfolie gedruckt, die Folie gegen die zu bedruckende Karte gepresst und das Bild durch Hitzeeinwirkung von der Folie auf die Karte übertragen. Dieses Verfahren ermöglicht nicht nur einen klaren Druck, sondern kann auch eingesetzt werden, wenn die Oberfläche der zu bedruckenden Karte uneben ist, und sogar auf IC-Karten. Auf der anderen Seite sind die Betriebskosten aufgrund der Verwendung von Folien höher.

Was ist ein Dc-Servomotor?

Dc-Servomotoren sind Servomotoren, die mit Gleichstrom arbeiten.

Dc-Servomotoren sind Motoren, die als Reaktion auf Steuersignale präzise Bewegungen ausführen und in Präzisionsgeräten usw. eingesetzt werden. Dc-Servomotoren erfassen und regeln die Geschwindigkeit und Position des Motors, daher werden üblicherweise Produkte verwendet, die den Motor mit einem Geschwindigkeits- und Positionssensor wie einem Encoder oder Resolver kombinieren. DC-Servomotoren werden zur Steuerung der Geschwindigkeit und Position des Motors verwendet.

Um einen Gleichstrommotor in Drehung zu versetzen, muss der dem Motor zugeführte Strom über ein Bauteil, die so genannte Bürste, an die sich drehende Welle weitergeleitet werden, was aufgrund der Abnutzung der Bürste zu Verschleißerscheinungen führt und eine regelmäßige Wartung erfordert.

Anwendungen von Dc-Servomotoren

Dc-Servomotoren werden häufig in Industrierobotern eingesetzt, die eine präzise Steuerung erfordern. Sie geben Geschwindigkeit und Drehmoment als Reaktion auf Signale von der Robotersteuerung eines Industrieroboters schneller ab als Allzweckmotoren und fungieren als Aktoren für die präzise Bewegung von Roboterarmen und dergleichen.

Dc-Servomotoren werden auch für den Lenkwinkelantrieb von funkgesteuerten Fahrzeugen, den Antrieb der XYZ-Achse von Werkzeugmaschinen, den Positionierantrieb von Präzisionsgeräten usw. verwendet. Es ist wichtig, einen Dc-Servomotor entsprechend der Leistungs- und Drehmomentkapazität, der Genauigkeit und der Reaktionsgeschwindigkeit auszuwählen, die für das zu verwendende Gerät erforderlich sind.

Funktionsweise der Dc-Servomotoren

Ein Dc-Servomotoren besteht aus einem „Motor“, einem „Geber“ und einem „Regler“ und setzt sich zusammen aus einem Permanentmagneten, einem in zwei oder mehr Teile geteilten Eisenkern (Rotor), um jeden Eisenkern gewickelten Spulen, Elektroden und Bürsten, die Strom durch die Spulen leiten.

Das Funktionsprinzip eines Dc-Servomotors wird für den Motor und die anderen Funktionen getrennt erläutert.

1. Motor

Der Motor wird durch die Lorentzkraft angetrieben, die von zwei Quellen erzeugt wird: dem Strom, der durch die Spule fließt, und dem Magnetfeld des Permanentmagneten, das den Eisenkern in Drehung versetzt. Wenn der Strom durch die Spulen fließt, wird der Gleichstrom von außen über Bürsten zum Eisenkern geleitet und auf die Spulen übertragen. Da der Strom direkt zu den Spulen geleitet wird, kann die Lorentzkraft schnell kontrolliert werden und die Reaktionsgeschwindigkeit ist hoch.

2. Andere Funktionen

Dc-Servomotoren drehen den Motor, um mit Hilfe eines von einer externen Steuerung übertragenen Befehlssignals einen vorgegebenen Zielwert zu erreichen. Der am Motor angebrachte Encoder sendet Geschwindigkeits- und Positionsinformationen an den Controller, der auf der Grundlage der Positions- und Geschwindigkeitsinformationen des Encoders als Reaktion auf die vom Controller gesendeten Befehle eine Rückkopplungsregelung durchführt, so dass sich die Drehgeschwindigkeit und die Drehposition des Motors den Zielwerten annähern.

Steuerung von Dc-Servomotoren

Dc-Servomotoren können auf die folgenden drei Arten gesteuert werden.

1. Lageregelung

Der Dc-Servomotor ist mit einem Encoder ausgestattet, einem Sensor, der den Drehwinkel und die Position erfasst und die Drehgeschwindigkeit und Position an den Regler zurückmeldet. Wird eine Positionsabweichung von der Sollposition festgestellt, wird ein Positionskorrekturbefehl ausgegeben, indem ein Verstärkungsfaktor auf den Abweichungsbetrag angewandt wird, was eine hochpräzise Steuerung ermöglicht, um den Motor in die gewünschte Position zu bewegen und den Motor anzuhalten.

2. Drehzahlregelung

Die einfachste Art, die Drehzahl eines Gleichstrommotors zu regeln, besteht darin, die an den Motor angelegte Spannung zu verändern. Die Drehzahl kann durch den Anschluss eines variablen Widerstands (Volumen) geregelt werden, um die an den Motor angelegte Spannung zu steuern.

Bei Dc-Servomotoren wird die an den Motor angelegte Spannung anstelle eines variablen Widerstands über eine H-Brücke gesteuert, die aus Leistungshalbleitern wie IGBTs und FETs besteht, die in den Servoverstärker integriert sind.

Andererseits muss bei der Drehzahlregelung von Wechselstrommotoren nicht nur die an den Motor angelegte Spannung, sondern auch die Antriebsfrequenz geändert werden, während bei Gleichstrommotoren nur die Spannung geändert wird, so dass Gleichstrommotoren bei kleinen Motoren zur Drehzahlregelung weit verbreitet sind.

3. Drehmomentregelung

Die Drehmomentregelung von Gleichstrom-Servomotoren basiert auf dem proportionalen Verhältnis zwischen Strom und Drehmoment. Der Strom wird anhand des Spannungswerts des Stromsensors oder des Stromnebenschlusswiderstands ermittelt und der Strom wird so geregelt, dass das Drehmoment durch Rückführung eines Strombefehls auf einem konstanten Wert gehalten wird.

Weitere Informationen über DC-Servomotoren

Arten von Servomotoren

Servomotoren sind so konstruiert, dass sie langlebiger sind als gewöhnliche Motoren, um auch in rauen Umgebungen wiederholt zu arbeiten. Sie lassen sich grob in zwei Typen einteilen: Gleichstrom-Servomotoren und Wechselstrom-Servomotoren.

1. Gleichstrom-Servomotoren
Dc-Servomotoren sind Servomotoren, die von einer Gleichstromversorgung angetrieben werden. Dc-Servomotoren werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, da sie sich im Vergleich zu Wechselstrommotoren durch eine einfachere Steuerung der Drehbewegung, einen höheren Wirkungsgrad, einen einfacheren mechanischen Aufbau und geringere Kosten auszeichnen. Der Nachteil von Dc-Servomotoren ist jedoch, dass sie mechanische Verschleißteile, die so genannten “Bürsten”, haben, die regelmäßig ausgetauscht und gewartet werden müssen.

2. AC-Servomotoren
AC-Servomotoren sind Servomotoren, die von einer Wechselstromversorgung angetrieben werden und deren Steuerung komplexer ist als die von DC-Motoren. Sie werden jedoch aufgrund ihrer hohen Praxistauglichkeit, z. B. bei kleineren und leichteren Robotern, sowie aufgrund von Fortschritten in der Steuerungstechnik in den meisten Industriebereichen eingesetzt.

Es gibt zwei Arten von Wechselstrommotoren: Synchronmotoren (SM) mit Dauermagneten und Induktionsmotoren (IM) ohne Dauermagneten, wobei die Synchronmotoren derzeit am häufigsten verwendet werden.

Was ist ein Lcr-Messgeräte?

Ein Lcr-Messgerät ist ein Gerät zur Messung der Impedanz, wobei LCR das Symbol für L (Induktivität), C (Kapazität) und R (Widerstand) ist. Zusammen werden diese drei als Impedanz bezeichnet; ein Lcr-Messgerät ist ein Messgerät, das die Impedanz misst.

Bedeutung von LCR

Die Komponenten L, C und R haben elektrische Eigenschaften. Die elektrischen Komponenten, die sie darstellen, sind die Spule, der Kondensator und der elektrische Widerstand.

L-Komponente

Die L-Komponente wird als Induktivität bezeichnet. Der Name L leitet sich vom ersten Buchstaben der Lenz’schen Regel ab, einem Gesetz zur elektromagnetischen Induktion, es gibt jedoch verschiedene Theorien. Die Einheit ist das Henry (H).

Wenn sich der durch eine Spule fließende Strom ändert, hat sie die Eigenschaft, Strom in der Richtung zu erzeugen, die diese Änderung verhindert. Die Stärke dieser Eigenschaft ist die Komponente, die als Induktivität bezeichnet wird: Ein Stromkreis mit einer hohen L-Komponente ist unempfindlich gegenüber Stromänderungen. Sie ist zwar unempfindlich gegen steile Rauschströme usw., aber bei Verwendung in Wechselstromkreisen wird der Leistungsfaktor verzögert und der Wirkungsgrad verringert.

C-Komponente

Der C-Anteil wird als Kapazität bezeichnet. Sie ist abgeleitet von capacitor, der englischen Übersetzung von Kondensator. Die C-Komponente gibt die Fähigkeit an, eine elektrische Ladung als Stromquelle zu speichern. Die Einheit ist Farad (F).

Ein Kondensator spielt in einer Schaltung die umgekehrte Rolle wie eine Spule. Daher führt eine Schaltung mit einem hohen C-Anteil zu einer steilen Stromänderung. In Wechselstromkreisen erhöht sich dadurch der Leistungsfaktor, aber es besteht die Gefahr, dass z. B. Störströme verstärkt werden. In Gleichstromregelkreisen spielt er eine Rolle bei der Verstärkung und Glättung der Spannung.

R-Komponente

Die R-Komponente wird als Widerstand bezeichnet. Die japanische Übersetzung lautet Widerstand, was wörtlich übersetzt elektrischer Widerstand bedeutet. Die Einheit ist das Ohm (Ω).

Ein hoher elektrischer Widerstand erschwert den Stromfluss sowohl in Wechsel- als auch in Gleichstromkreisen. Der Übertragungswirkungsgrad von Wechsel- und Gleichstromkreisen ist geringer, und der maximale Strom im Falle eines Fehlers ist ebenfalls geringer.

Verwendung von LCR-Messgeräten

LCR-Messgeräte werden in der Industrie häufig bei der Entwicklung und Prüfung von elektronischen Geräten eingesetzt. Insbesondere werden sie verwendet, um die Leistung von Leistungs- und Elektronikbauteilen wie Kondensatoren und Spulen zu prüfen. Im Alltag werden LCR-Messgeräte hauptsächlich im medizinischen Bereich eingesetzt. Beispiele hierfür sind Geräte zur Messung des Körperfettanteils. Durch die Messung der Impedanz des menschlichen Körpers können der Körperfettanteil und der Wassergehalt gemessen werden.

Aus den oben genannten Gründen sind LCR-Messgeräte auch in der medizinischen Forschung nützlich: Sie sind keine teuren Geräte wie CT oder NMR und sind kostengünstig und einfach zu installieren.

Funktionsweise von LCR-Messgeräten

Bei der Impedanzmessung mit einem Lcr-Messgerät wird an ein Objekt ein Wechselstrom angelegt. Das Grundprinzip besteht darin, eine Wechselspannung anzulegen, den Strom und die Phasendifferenz zu messen und die Impedanz zu berechnen.

Das LCR-Messgerät besteht aus drei Schaltkreisen – einem Oszillator, einem Vektor-Voltmeter und einem Strom-Spannungs-Wandler – in einer Konfiguration, die als automatische symmetrische Brücke bezeichnet wird. Dies ist die gleiche Konfiguration wie eine invertierende Verstärkerschaltung mit einem Operationsverstärker. Die Impedanz wird durch digitale Umwandlung mit einem AD-Wandler berechnet.

Die wichtigste Komponente des Lcr-Messgeräts ist das Vektorvoltmeter, das nach dem Lock-in-Verstärkerprinzip ein mit dem Eingangssignal synchronisiertes Referenzsignal erzeugt, um Amplituden- und Phasendifferenzen festzustellen.

Lcr-Messgeräte auf der Basis automatischer symmetrischer Brücken eignen sich für niederfrequente Messungen bis maximal 100 kHz; im hochfrequenten Bereich über 100 kHz ist dies auf den verstärkten Einfluss der Impedanz des Bauteils selbst, des so genannten Wellenwiderstandes, zurückzuführen.

Was ist ein Temperatur-Regler?

Ein Temperatur-Regler ist ein Gerät, das die Temperatur regelt, indem es die gemessene Temperatur mit der eingestellten Temperatur vergleicht.

Er nimmt die von Sensoren wie Thermoelementen und Thermistoren erfasste Temperatur auf, vergleicht sie mit der eingestellten Temperatur und gibt ein elektrisches Signal aus. Das Ausgangssignal wird dann zur Steuerung des Heiz- oder Kühlsystems verwendet, um die eingestellte Temperatur zu halten. In Privathaushalten werden sie in Wassererhitzern und Klimaanlagen eingesetzt, während sie in der Industrie häufig zur Warmhaltung von Außenlagertanks verwendet werden.

Verwendungszwecke von Temperatur-Reglern

Temperatur-Regler werden zur Regelung und Steuerung der Temperatur von Flüssigkeiten und Gasen eingesetzt.

In industriellen Anwendungen werden sie häufig zur Regelung der Prozesstemperatur eingesetzt. Die automatische Regelung mit Temperaturreglern minimiert den Verbrauch von Dampf und Strom und trägt zur Energieeinsparung bei.

Zu den allgemeinen Anwendungen im Haushalt gehören Wassertemperaturregler für tropische Fische, Warmwasserbereiter und Luftkühlungsgeräte wie Klimaanlagen und Kühlschränke.

Prinzip von Temperatur-Reglern

Temperatur-Regler werden hauptsächlich dazu verwendet, die gemessenen und eingestellten Temperaturen zu vergleichen, zu berechnen und in Heizungs- und Kühlsystemen zu regeln. Bei einem System, dessen Temperatur geregelt werden soll, besteht das System in der Regel aus einem Temperaturmessfühler, einem Temperatur-Regler und Heiz- und Kühlgeräten.

Der Temperaturmessfühler misst die Temperatur des zu regelnden Objekts. Es werden Widerstandstemperaturfühler oder Thermistoren verwendet. Der Temperatur-Regler ist das elektronische Gerät zur Regelung. Er nutzt die Temperaturrückführung zur Steuerung der Leistung. Klimaanlagen und Heizgeräte werden zum Heizen und Kühlen verwendet. Klimaanlagen verwenden einen Kompressor zur Verdichtung des Kältemittels und können sowohl heizen als auch kühlen.

Steuerungsmethode von Temperatur-Reglern

Es gibt zwei Arten von Berechnungsausgängen für Temperaturregler: kontinuierliche Regelung und EIN-AUS-Regelung.

1. Stetige Regelung

Ein typisches Beispiel für eine stetige Regelung ist die PID-Regelung, eine Regelungsmethode, bei der das Eingangssignal mit Hilfe von Proportional-, Integral- und Derivativgliedern (Abkürzung für Proportional, Integral und Derivativ) berechnet wird, so dass in den meisten Fällen eine Temperaturregelung nur mit Proportional- und Integralanteilen möglich ist.

Bei schwierigen Prozessen, bei denen ein Überschwingen nicht toleriert werden kann, werden Feineinstellungen mit der Differenzialregelung vorgenommen. Proportional-, Integral- und Differenzialregelung werden mit den Anfangsbuchstaben des Alphabets als P-Regelung, I-Regelung und D-Regelung abgekürzt.

• P-Regelung
  Die Regelung ist proportional zur Abweichung zwischen dem Eingangswert des Temperaturmessfühlers und dem Temperatursollwert.
• I-Regelung
  Die Regelung wird durchgeführt, um die Abweichung zwischen dem Eingangswert des Temperaturmessfühlers und dem Temperatursollwert zu eliminieren.
• D-Regelung
  Führt eine Regelung zur Feinabstimmung der durch externe Faktoren verursachten Temperaturänderung durch.

2. ON-OFF-Regelung

Die EIN-AUS-Regelung vergleicht die gemessene Temperatur mit der eingestellten Temperatur und schaltet die Kühl-/Heizanlage ein und aus. Sie ist einfacher als die Stetigregelung und kann zu geringeren Kosten eingeführt werden.

Weitere Informationen zu Temperatur-Reglern

1. Thermostate und Temperatur-Regler

Thermostate sind einfache Temperatur-Regler, die es schon seit langem gibt. Sie nutzen die temperaturbedingte Ausdehnung und Kontraktion eines Metalls oder einer Flüssigkeit, um die Temperatur zu regeln, indem sie Kontakte oder Ventile ein- und ausschalten. Sie werden häufig als Regelventile für die Kühlwasserzufuhr zu Heizkörpern in Autos und anderen Fahrzeugen sowie zur Regelung der Temperatur von Wasserkochern verwendet. Es gibt Thermostate aus Metall und mit Flüssigkeitsausdehnung.

• Metall-Thermostate
  Metallthermostate verwenden einen Temperaturfühler, der Bimetall genannt wird. Dabei handelt es sich um eine Platte, die aus zwei verschiedenen Metallen mit unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten besteht und die durch Wärme verursachte Ausdehnungsverformung als elektrischen Kontaktpunkt nutzt.
• Flüssigkeitsausdehnungsthermostate
  Flüssigkeitsausdehnungsthermostate nutzen die Ausdehnungs- und Zusammenziehungskraft einer in einem Behälter eingeschlossenen Flüssigkeit als elektrische Kontaktstelle. Der Flüssigkeitsausdehnungsthermostat zeichnet sich durch seine Fähigkeit aus, die elektrische Leistung zu erhöhen. Beide Arten von Thermostaten benötigen zur Steuerung keine Stromversorgung.

2. Temperatur-Regler und Heizungen

Temperatur-Regler sorgen für die Temperaturregelung in einem Temperaturbereich oberhalb der Umgebungstemperatur (Raumtemperatur) durch einen Steuerbefehl an ein Heizgerät. Da jeder Temperatur-Regler eine bestimmte regelbare Leistung hat, muss bei Verwendung eines Heizgerätes mit großer Leistung eine separate Antriebsvorrichtung, z. B. ein elektromagnetischer Schalter, vorgesehen werden.

Wenn Temperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur (Raumtemperatur) geregelt werden sollen, wird ein Kühlgerät oder eine andere Kühleinrichtung betrieben. Die Spezifikationen und Leistungen des Temperatur-Reglers, des Heizgeräts und des Kühlgeräts müssen für den Zweck geeignet sein. Für die Temperaturregelung werden gleichzeitig Temperaturfühler benötigt.

3. Anzeigende Regler und Temperatur-Regler

Temperatur-Regler sind eine Art von anzeigenden Reglern. Anzeigende Regler regeln nicht nur die Temperatur, sondern auch verschiedene andere Faktoren wie Feuchtigkeit, Durchfluss und Druck. Sowohl Anzeige- als auch Temperatur-Regler sind reine Rechengeräte und benötigen separate Sensoren und Kühlgeräte.

Was ist ein Torque-Motoren?

Torque-Motoren sind Motoren mit hohem Anlaufmoment, das mit zunehmender Drehzahl abnimmt.

Sie haben die Eigenschaft, über einen großen Drehzahlbereich stabil zu arbeiten. Torque-Motoren können insbesondere bei niedrigen Drehzahlen hohe Drehmomente erreichen und eignen sich daher für den Einsatz in Walzen und anderen Wickelvorrichtungen.

Beim Wickeln sind anfangs ein niedriges Drehmoment und eine hohe Drehzahl erforderlich, aber mit fortschreitender Wicklung nimmt der Durchmesser zu, so dass schließlich ein hohes Drehmoment und eine niedrige Drehzahl erforderlich sind. Die Ähnlichkeit zwischen der lastseitigen Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie und der Kennlinie des Torque-Motors macht den Torque-Motor zu einem geeigneten Motor für die Wicklung.

Verwendungszwecke von Torque-Motoren

Torque-Motoren werden häufig in Anlagen eingebaut, in denen etwas mit konstanter Geschwindigkeit aufgewickelt werden soll. Beispiele sind das Aufwickeln von bahnförmigen Materialien wie Stoff, Papier oder Gummi oder von linearen Materialien wie Metalldraht, Kabel oder Faden.

Zu den Anwendungen für Walzen gehören Vorschubwalzen, Verlustausgleich für verschiedene Walzen, kleine Kräne und Förderbandantriebe. Torque-Motoren eignen sich auch zum Anziehen und Lösen von Ventilen und Schrauben, zum Öffnen und Schließen von Türen usw., da diese Anwendungen ein Anlaufmoment erfordern.

Prinzip der Torque-Motoren

Während die Drehzahl-Drehmoment-Kennlinie anderer Motoren bei einer bestimmten Drehzahl einen Scheitelpunkt aufweist, hat der Torque-Motor eine sanfte, stetig nach rechts abfallende Kurve. Diese Kennlinie ist die P-Bereichskennlinie.

Torque-Motoren haben die Eigenschaft, dass das Drehmoment mit zunehmender Drehzahl abnimmt, um ein Gleichgewicht zwischen Motor und Last aufrechtzuerhalten. Wenn die an den Torque-Motoren angelegte Spannung erhöht wird, verschiebt sich die Kurve der P-Bereichskennlinie zu einer Kurve mit einer stärkeren Neigung nach rechts im Verhältnis zum Quadrat der Spannung. In Kombination mit einem Spannungsregler kann die P-Bereichskennlinie daher auf die jeweilige Anwendung abgestimmt werden.

Wenn das Lastmoment konstant ist, kann die Drehzahl auch durch Anpassung der angelegten Spannung variiert werden. Das auf eine Drehbewegung mit konstanter Winkelgeschwindigkeit ausgeübte Drehmoment wird als statisches Drehmoment bezeichnet, und Torque-Motoren eignen sich für Anwendungen wie Wickelvorgänge, bei denen ein statisches Drehmoment erforderlich ist. Das hohe Anlaufdrehmoment bedeutet auch, dass der Anlaufstrom niedrig ist, so dass der Motor für Anwendungen geeignet ist, die häufiges An- und Abfahren erfordern.

Weitere Informationen über Torque-Motoren

Wie Torque-Motoren als Bremsen eingesetzt werden

Um die Spannung im Aufwickelmechanismus konstant zu halten, können durch den Einsatz eines Torque-Motors nicht nur auf der Aufwickelseite, sondern auch auf der Abwickelseite Feineinstellungen vorgenommen werden. In diesem Fall können die für Torque-Motoren charakteristischen Bremseigenschaften genutzt werden. Die beiden Bremscharakteristiken sind wie folgt.

1. Die Bremse mit umgekehrter Phase
Die Drehmomentcharakteristik bei Drehung in die entgegengesetzte Richtung zur Richtung des rotierenden Magnetfelds, die durch das Anlegen einer Wechselspannung verursacht wird, wird zum Bremsen verwendet. Die Verwendung der gegenphasigen Bremscharakteristik besteht darin, das Drehmoment zu nutzen, wenn der Torque-Motor in die entgegengesetzte Richtung mit einem Drehmoment gedreht wird, das größer ist als das Drehmoment beim Start des Torque-Motors.

Der Torque-Motor dreht sich in der entgegengesetzten Richtung zur rotierenden Magnetkraft und erzeugt dabei eine konstante Bremskraft. Da die Bremskraft ab Drehzahl Null erzeugt wird, eignet sich dieser Motor für Anwendungen, bei denen eine Spannung auch im Stillstand erforderlich ist.

2. Wirbelstrombremse
Die Bremse nutzt die Drehmomenteigenschaften eines im Stillstand rotierenden Motors aufgrund des durch das Anlegen einer Gleichspannung erzeugten Magnetfelds. Die Wirbelstrombremse nutzt die gleiche Bremskraft sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärtsrichtung.

Bei einer Drehzahl von Null ist die Bremskraft gleich Null, aber mit steigender Drehzahl nimmt die Bremskraft zu und stabilisiert sich im hohen Drehzahlbereich. Diese Eigenschaft wird genutzt, wenn eine stabile Spannung bei hohen Drehzahlen oder eine Spannung in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung erforderlich ist.

Was ist ein Dioden-Module?

Ein Diodenmodul ist ein Halbleiter-Gleichrichterbauelement, das die Leitung und Unterbrechung von Strom durch die Anordnung mehrerer Dioden steuert.

Dioden-Module haben die Eigenschaft, den Stromfluss in einer elektrischen Schaltung nur in eine Richtung zu steuern und werden im Allgemeinen als Relaiskomponenten in die Schaltungsentwicklung einbezogen.

Zu den Elementen mit ähnlichem Verhalten gehören Thyristoren und Triacs. Je nachdem, welchen Prozess Sie realisieren wollen, werden diese Module auf unterschiedliche Weise eingesetzt.

Verwendungszwecke von Dioden-Modulen

Dioden-Module sind weit verbreitete Komponenten in industriellen Produkten. Im Folgenden finden Sie Beispiele für Anwendungen von Dioden-Modulen

• Stromversorgungen für DC-Motoren
• Stromversorgungen für Wechselrichter
• Steuereinheiten für das Laden und Entladen von Batterien
• Innerhalb von Stromversorgungen

Dioden werden häufig in Gleichstromversorgungen eingesetzt, da sie die Entnahme von Strom aus einer Wechselstromversorgung in nur eine Richtung ermöglichen. In Verbindung mit einem Glättungskondensator o.ä. kann der Wechselstrom in Gleichstrom umgewandelt werden.

Prinzip des Dioden-Moduls

Um das Prinzip des Dioden-Moduls zu verstehen, ist es notwendig, den Aufbau der Diode zu kennen. Die innere Struktur einer Diode besteht aus abwechselnden Schichten von n- und p-Typ-Halbleitern, die leiten, wenn eine Spannung von der Anodenseite zur Kathodenseite angelegt wird. Wird dagegen eine Spannung in die entgegengesetzte Richtung angelegt, entfernen sich die internen n- und p-Halbleiter voneinander und es fließt kein Strom.

Diese Eigenschaft ermöglicht es, die Diode als kornregulierendes Element zu verwenden, in dem der Strom in eine Richtung fließt.

Arten von Dioden-Modulen

Es gibt verschiedene Arten von Dioden, je nach ihren Eigenschaften.

1. Gleichrichterdioden

Diese Dioden richten den eingehenden Wechselstrom gleich. Sie werden auch Siliziumdioden genannt. Sie werden in Leistungs- und Schutzschaltungen eingesetzt und nutzen die Eigenschaft des Stroms, nur in eine Richtung zu fließen.

Ein bekanntes Beispiel ist eine Diodenbrücke, die aus vier Gleichrichterdioden besteht.

2. Detektordiode

Eine Diode, die Tonsignale aus Radiowellen extrahiert, indem sie die Eigenschaft eines geringen Durchlassspannungsabfalls im Niedrigstrombereich (etwa 0,1 mA) nutzt. Sie werden in der Funk- und sonstigen Sprachkommunikation eingesetzt.

In der Vergangenheit wurden häufig Germaniumdioden verwendet. Da sie jedoch sehr teuer sind, werden sie heute durch Schottky-Barriere-Dioden ersetzt.

3. Konstantspannungsdioden

Eine Diode, bei der die Spannung immer konstant ist, auch wenn sich der Strom ändert. Auch Zenerdiode genannt. Sie werden in Überspannungsschutzschaltungen verwendet und nutzen das Zener-Phänomen aus, bei dem Strom mit konstanter Spannung fließt, wenn eine Spannung in entgegengesetzter Richtung angelegt wird.

4. Fotodiode

Diese Dioden nutzen die Eigenschaft von Strom und Spannung, die bei Lichteinfall am PN-Übergang entstehen. Sie werden in fotoelektrischen Sensoren und in der optischen Kommunikation eingesetzt.

Sie werden manchmal in Solarzellen, in Geräten zum Lesen von Laserlicht, das von unebenen Oberflächen auf DVDs reflektiert wird, und im Empfangsteil von TV-Fernbedienungen verwendet.

5. Konstantstromdioden

Eine Diode, die einen konstanten Strom leitet, wenn die Spannung innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt. Es besteht die Gefahr einer Beschädigung, wenn mehr als die vorgeschriebene Spannung angelegt wird. Sie werden in Batterielade- und Entladestromkreisen sowie in Fehlerstromschutzschaltern verwendet.

Weitere Informationen über Dioden-Module

1. Innerer Aufbau eines Thyristors

Thyristoren sind Halbleiterbauelemente mit einer der Diode hinzugefügten Gate-Elektrode: Dem Halbleiterteil vom p-Typ wird ein Gate-Anschluss hinzugefügt, und das Modul leitet, wenn eine positive Vorspannung von der Anodenseite zur Kathodenseite im Schaltkreis angelegt wird und ein Gate-Strom fließt.

Sobald ein Gatestrom fließt, bleibt das Modul so lange leitend, bis die Vorspannung von der Anodenseite zur Kathodenseite negativ wird oder der Gatestrom Null wird.

Außerdem können Thyristoren nur mit einer Vorspannung in einer Richtung leiten. Will man gegen eine Vorspannung in beiden Richtungen arbeiten, verwendet man einen Triac mit Thyristorstruktur, der bidirektional eingebaut ist.

2. Unterschiede zwischen Dioden-Modulen und Leistungsmodulen

Wie Dioden sind auch Leistungsmodule Elemente, die in Leistungsschaltungen eingesetzt werden. Leistungsmodule übernehmen ebenfalls Schalt- und Gleichrichterfunktionen, zeichnen sich aber durch ihren Einsatz in Produkten aus, die hohe Spannungen und hohe Leistungen erfordern.

Ein bekanntes Beispiel ist der Wechselrichter, der die Geschwindigkeit eines Motors steuert, z. B. bei Eisenbahnen. Die Verbesserung des Wirkungsgrads von Leistungsgeräten, die mit hoher Spannung und hoher Leistung arbeiten, wird weltweit als Mittel zur Energieeinsparung betrachtet.

Was ist ein IGBT-Module?

Ein IGBT-Modul ist ein hochintegriertes Modul, das mehrere IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) in einem einzigen Baustein vereint.

IGBTs wurden in Japan in der späten Showa-Periode (1926-1989) erfunden, indem die Vorteile des konventionell verwendeten Bipolartransistors vom Typ Basisstromsteuerung und des Feldeffekttransistors (FET) vom Typ Gatespannungssteuerung, dessen Schwächen verbessert wurden, mit Bauelementstrukturen und Prozessinnovationen kombiniert wurden.

Ursprünglich als Bipolartransistoren mit isoliertem Gate bezeichnet, wurden sie später als IGBTs bezeichnet, ein Akronym für “Insulated Gate Bipolar Transistor”.

Verwendung von IGBT-Modulen

Heute nennt man sie Leistungselektronik, aber damals waren IGBTs eine spezielle Welttechnologie für Spezialisten, die nur selten das Licht der Welt erblickte. Mit der Einführung von Invertern (energiesparende Energieumwandlungstechnik) in Elektrogeräten wie Inverter-Klimageräten und der Entwicklung von kompakten, hocheffizienten Modulen für Bauelemente haben sich die Anwendungen der darin untergebrachten Igbt-Module jedoch dramatisch ausgeweitet, vor allem bei Produkten mit hoher Leistung.

Heute ist bekannt, dass IGBTs und ihre Module häufig in Produkten eingesetzt werden, die große Mengen an Energie benötigen.

Grundsätze der IGBT-Module

Der IGBT ist ein epochaler, von Japan entwickelter Leistungshalbleiter, der für die Teile, in denen große Ströme fließen, eine herkömmliche bipolare Transistorstruktur verwendet und den Basisteil, der den Steuerteil des Bipolars darstellt, auf eine FET-Gate-Schaltkreisstruktur umschaltet (die bisher nur in Signalschaltungen für schwache Leistungssysteme verwendet wurde und eine Hochgeschwindigkeitssteuerung mit geringen Verlusten ermöglicht). Leistungshalbleiter. Das IGBT-Modul ist ein kompaktes, hochfunktionales Modul, das mehrere IGBTs enthält, einschließlich Dioden für Schutzschaltungen und ICs für Ansteuerungsschaltungen.

IGBTs gibt es auch als diskrete Bauteile, und es ist möglich, eine Schaltung, die der eines Moduls ähnelt, als einzelnes Bauteil aufzubauen. Wird eine Schaltung jedoch als einzelnes Bauteil aufgebaut, ist die Größe der Platine im Allgemeinen mehr als doppelt so groß wie die eines Moduls, und es gibt Bedenken, dass die Verdrahtung des Platinenmusters zu Signalverzögerungen, Instabilität und anderen Fehlfunktionen führen kann, was für den Benutzer eine Reihe von Problemen mit sich bringt.

Im Gegensatz dazu ermöglicht die Modularisierung eine Verdrahtung mit hoher Dichte und eine höhere Zuverlässigkeit durch verbesserte Wärmeableitung, so dass es für die Benutzer relativ einfach ist, IGBTs in ihren eigenen Produkten einzusetzen. Dies ist der größte Vorteil der Verwendung von Igbt-Modulen im Vergleich zu IGBTs als Einzelkomponenten.

Als praktisches Beispiel für ein IGBT-Modul wird ein Modul mit sechs IGBTs gezeigt, das einen herkömmlichen bürstenlosen Motor antreibt. Das Modul zeichnet sich dadurch aus, dass das Modulgehäuse mit Isoliermaterial gefüllt ist und die Verdrahtung im Inneren des Moduls so kurz und dick wie möglich ist, um elektrische Verluste zu verringern.

Außerdem wird ein Kühlkörper hinzugefügt, so dass die IGBTs mit deutlich geringeren Verlusten und höherer Wärmeableitung arbeiten können, als wenn sie als einzelne Einheit auf einer Platine montiert sind. Die Modularisierung von IGBTs ermöglicht also sowohl einen hocheffizienten Betrieb als auch kleinere Geräte im Vergleich zu einzelnen Komponenten (diskret).

Weitere Informationen über IGBT-Module

Entwicklung des IGBT-Moduls (IPM)

IGBT-Module werden heute auch als IPM (Intelligent Power Modules) bezeichnet, die Hochspannungstreiber enthalten, die früher außerhalb der IGBTs lagen. Um die Leistung und Funktionalität herkömmlicher Module, die mehrere IGBTs in einem einzigen Gehäuse integrieren, weiter zu verbessern, werden IGBT-Module häufig als IPMs bezeichnet, die IGBT-spezifische Treiber-ICs und verschiedene Schutzschaltungen zum Überhitzungsschutz zusammen mit den IGBTs integrieren und außerdem kompakte Maßnahmen zur Wärmeableitung bieten.

IPM ist ein Bereich, in dem Japan, der Erfinder der IGBTs, weltweit führend ist, da es sich um eine herausragende Technologie handelt. Der Bereich der Leistungselektronik, in dem neue Halbleitermaterialien wie SiC und GaN eingesetzt werden, bei denen es sich um Halbleiter mit breiter Bandlücke handelt, hat in letzter Zeit ebenfalls einen Aufschwung erlebt, und es gibt eine Tendenz, IGBTs auf Si-Substraten durch SiC-MOSFETs und GaN-FETs mit noch besseren Eigenschaften zu ersetzen, wie dies im Bereich der Elektrofahrzeuge (EVs) zu beobachten ist. Es gibt auch Bestrebungen, IGBTs auf Si-Substraten durch SiC-MOSFETs und GaN-FETs zu ersetzen, die noch bessere Eigenschaften haben, wie im Bereich der Elektrofahrzeuge und anderer Elektrofahrzeuge.

Diese neuen Halbleitersubstrate sind jedoch in Bezug auf Wafer-Durchmesser, Kosten und Herstellungskapazität noch nicht mit den Si-Substraten vergleichbar, so dass Geräte und Module in Bezug auf die Produktanwendungen vorerst noch getrennt bleiben.

Was ist ein Luftdichtheitsprüfgerät?

Ein Luftdichtheitsprüfgerät ist ein Instrument zur Feststellung von Luftlecks im Inneren eines Objekts.

Bei der Dichtheitsprüfung wird das Objekt mit Druck beaufschlagt oder drucklos gemacht, und der Druck wird mit verschiedenen Methoden ermittelt, z. B. mit direktem Druck und Differenzdruck. Welche Art von Luftdichtheitsprüfgeräten geeignet ist, hängt von der Form des Objekts ab und davon, ob es etwas anderes als Luft oder Wasser enthält.

Im Gegensatz zu einfachen Dichtheitsprüfungen mit Seifenwasser können Luftdichtheitsprüfgeräte den Ort und die Menge der Lecks genau feststellen.

Verwendungszwecke von Luftdichtheitsprüfgeräten

Luftdichtheitsprüfgeräte können nicht nur zur einfachen Prüfung auf undichte Stellen eingesetzt werden, sondern auch zur quantitativen Bestimmung der Leckmenge und zur Automatisierung von Inspektionen.

Spezifische Dichtheitsprüfungen umfassen

• Armaturen in Kühlwasserleitungen
• Regler in Gasherden und Gasflaschen
• Druckbehälter für Hochdruckgase wie Flüssiggas und Kohlendioxidgas
• Verschiedene Teile von Fahrzeugen, wie Zylinder und Ölpumpen
• Bluttransfusionspumpen für medizinische Geräte
• Hydraulische Rohrleitungen und Hydraulikzylinder im Bauwesen

Sie werden auch für die Dichtheitsprüfung von Kreisläufen für die Durchflusskontrolle usw. verwendet und werden häufig für die Inspektion von Autoteilen eingesetzt, da viele Autoteile, wie z. B. Waschflüssigkeitsbehälter und Airbags, Luftlecks aufweisen, die nicht toleriert werden können.

Prinzip der Luftdichtheitsprüfgeräte

Die Methoden der Dichtheitsprüfung sind in “JIS Z 2330:2012 Arten von Dichtheitsprüfmethoden und ihre Auswahl” detailliert beschrieben.

Es gibt viele Dichtheitsprüfmethoden, die Luft oder andere Gase verwenden, darunter die Tauchmethode, die Schaummethode, die Druckänderungsmethode, die Differenzdruckänderungsmethode, die Durchflussmessmethode und die Ultraschallmethode.

1. Immersionsmethode

Bei der Immersionsmethode wird das Objekt mit Gas beaufschlagt, in einen Flüssigkeitsbehälter getaucht und die austretenden Blasen geprüft. Sie wird hauptsächlich durch Sichtprüfung durchgeführt und erfordert die Geschicklichkeit des Bedieners, was den Nachteil hat, dass sie zu Abweichungen führen kann. Auch die Verwaltung der quantitativen Daten ist schwierig.

2. Aufschäumende Methode

Bei dieser Methode wird eine schäumende Flüssigkeit, die ein Tensid usw. enthält, auf die Oberfläche des Objekts aufgetragen und der Gasaustritt durch das Schaumphänomen festgestellt. Im Vergleich zur Immersionsmethode hat diese Methode eine höhere Empfindlichkeit gegenüber Leckagen.

3. Druckänderungsmethode

Bei der Druckänderungsmethode wird der Innendruck eines Objekts erhöht oder verringert und der Druck geprüft, bei dem der Innendruck konstant wird.

4. Differenzdruckänderungsmethode

Bei der Differenzdruckänderungsmethode wird der Druck in ähnlicher Weise wie bei der Druckänderungsmethode angelegt, jedoch wird die Änderung des Differenzdrucks zwischen der Maßverkörperung und dem Objekt geprüft.

5. Durchflussmessverfahren

Bei der Durchflussmessmethode wird das Objekt mit einem Innendruck beaufschlagt und die Durchflussmenge gemessen, um Leckluft zu kompensieren.

6. Ultraschallverfahren

Bei dieser Methode wird ein Ultraschalldetektor verwendet, um die Ultraschallwellen zu erkennen, die erzeugt werden, wenn Gas an der Leckstelle des Objekts austritt.

Arten von Luftdichtheitsprüfgeräten

Luftdichtheitsprüfgeräte lassen sich grob in Direktdruck- und Differenzdruckgeräte unterteilen.

1. Direktdruck-Luftdichtheitsprüfgeräte

Luftdichtheitsprüfgeräte mit direktem Druck führen die Dichtheitsprüfung durch kontinuierliche Messung des tatsächlichen Drucks durch. Zunächst wird das Objekt unter Druck gesetzt oder drucklos gemacht. Während des Druckbeaufschlagungs- oder Druckentlastungsvorgangs sind Temperatur und Volumen der Luft instabil und der Druck ist instabil, so dass abgewartet werden muss, bis ein Gleichgewicht bei konstantem Druck erreicht ist.

Sobald das Gleichgewicht bestätigt ist, wird der Druck kontinuierlich gemessen. Wenn irgendwo ein Leck vorhanden ist, fällt dieser Druck langsam ab und kann zur Überprüfung auf Undichtigkeiten ermittelt werden.

2. Differenzdruck-Luftdichtheitsprüfgeräte

Luftdichtheitsprüfgeräte mit Differenzdruck messen den Differenzdruck gegenüber einem Referenzdruck. Bei diesem Verfahren wird ein leckfreies Messobjekt, der so genannte Master, vorbereitet und an das Objekt angeschlossen.

Die Druckdifferenz wird dann von einem Sensor gemessen, der zwischen dem Master und dem Objekt angeschlossen ist, wobei dasselbe Verfahren zur Druckbeaufschlagung und zum Druckausgleich angewandt wird wie bei der Direktdruckmethode. Wenn das Objekt keine Leckage aufweist, wird kein Differenzdruck erzeugt. Wenn jedoch ein Leck im Objekt vorhanden ist, wird ein Differenzdruck in Abhängigkeit von der Höhe der Leckage festgestellt.

So wählen Sie ein Luftdichtheitsprüfgerät aus

1. Merkmale des Werkstücks

Ein Dichtheitsprüfgerät unter Druck ist für Werkstücke geeignet, die unter Druck verwendet werden oder die im Inneren des Werkstücks Flüssigkeit enthalten.

2. Die Form des Werkstücks

Ein Dichtheitsprüfgerät mit Innendruck ist beispielsweise für Werkstücke mit vielen Öffnungen geeignet, während ein Dichtheitsprüfgerät mit Außendruck für Werkstücke mit wenigen Öffnungen geeignet ist.

3. Verfahren zur Druckreduzierung

Wenn das Werkstück unter Unterdruck verwendet werden soll, wählen Sie ein Dichtheitsprüfgerät mit einem Druckminderungssystem.

Weitere Informationen über Luftdichtheitsprüfgeräte

Vorteile der Einführung eines Luftdichtheitsprüfgerätes

1. Automatisierung und Arbeitsersparnis
Dichtheitsprüfgeräte können Druckänderungen und andere Daten quantifizieren und ermöglichen so automatisierte Inspektionen. Dichtheitsprüfgeräte ermöglichen Arbeitseinsparungen.

2. Qualitätsverbesserung
Die Dichtheitsprüfung kann quantitativ überwacht werden und hängt nicht von menschlichen Fähigkeiten ab, was die Genauigkeit erhöht und zur Qualitätsverbesserung beiträgt. Darüber hinaus können die Daten statistisch verarbeitet und analysiert werden.

3. Kostensenkung
Zu den Vorteilen der Kostensenkung gehören weniger Reklamationen, geringere Fehlerquoten und effizientere Inspektionen.