月: 2023年6月

Was ist ein Stromgenerator?

Ein Stromgenerator ist ein Gerät, das einen konstanten Gleichstrom für elektrische Messungen, z. B. in elektronischen Geräten, erzeugt.

Viele Produkte werden als Stromgeneratoren vermarktet. Da ein konstanter Strom kontinuierlich fließen muss, wird die Höhe des Stroms durch den eingebauten Operationsverstärker oder den Referenzspannungs-IC so gesteuert, dass auch bei einer Änderung des Lastwiderstands ein konstanter Strom fließen kann.

Einige Stromgeneratoren können zur Messung großer elektrischer Anlagen verwendet werden, indem ein großer Strom angelegt wird.

Anwendungen von Stromgeneratoren

Stromgeneratoren werden hauptsächlich zur Bewertung und Messung der elektrischen Eigenschaften von Halbleiterbauelementen, elektronischen Geräten und elektronischen Komponenten verwendet. Stromgeneratoren, die in der Lage sind, große Ströme zu erzeugen, werden auch verwendet, um die Unterbrechungsfunktion von Unterbrechern und anderen Geräten zu prüfen, durchgebrannte Sicherungen zu untersuchen und die Ausrüstung von Umspannwerken zu beurteilen.

Viele Produkte sind mit Amperemeter und Voltmeter ausgestattet und können die elektrischen Eigenschaften des Messobjekts mit hoher Präzision messen. Bei der Auswahl eines Geräts müssen verschiedene Spezifikationen sorgfältig berücksichtigt werden, z. B. die Größe der unterstützten Spannung und des Stroms, die Messgenauigkeit und die Sicherheit.

Funktionsweise von Stromgeneratoren

Die Funktionsweise der Stromgeneratoren besteht darin, dass der zu erzeugende Stromwert durch die Referenzspannung (Ref-Spannung) und den Wert des Innenwiderstands bestimmt wird, wobei eine negative Rückkopplungsschaltung mit einem Operationsverstärker und einer Referenzspannungsschaltung verwendet wird, um eine Schaltung zur Erzeugung eines konstanten Stroms unabhängig vom Wert der Lastimpedanz zu konfigurieren.

Eine häufig verwendete Schaltung zur Erzeugung eines konstanten Stroms ist eine Schaltung, die einen virtuellen Kurzschluss herstellt, bei dem der Eingangsanschluss des Operationsverstärkers in der Gegenkopplungsschaltung 0 V beträgt. Es gibt in der Regel zwei Arten von Schaltungen zur Erzeugung eines virtuellen Kurzschlusses: die Saugschaltung und die Entladeschaltung.

1. Saugschaltung

Der Saugtyp ist eine Methode zur Erzeugung einer Schaltung für einen virtuellen Kurzschluss unter Verwendung eines Operationsverstärkers und Masse, indem ein Strom von außen in eine Schaltung zur Erzeugung eines konstanten Stroms geleitet wird, so dass dieser in den Transistor gesaugt wird.

2. Entladeschaltung

Bei der Entladeschaltung wird ein virtueller Kurzschluss erzeugt, indem ein Strom von außen in den Schaltkreis des Stromgenerators geleitet wird, so dass er verstärkt wird und sich über den Transistor entlädt. 

In beiden Fällen wird der Stromwert durch die an den Operationsverstärker angelegte Referenzspannung geteilt durch den Innenwiderstand bestimmt, so dass der Stromwert unabhängig von der Lastimpedanz ist und sein Wert durch den Widerstand eingestellt werden kann.

Weitere Informationen zu Stromgeneratoren

1. Stromgeneratoren und Messgeräte

Die in der Messtechnik üblichen 4-20 mA und 1-5 V sind analoge Signale, die häufig als Ausgangssignale von Sensoren (Messwertgebern) oder als Steuersignale in Reglern, Sequenzern usw. verwendet werden.

In Bezug auf die Ventilöffnung sieht das Ausgangssignal eines Gradmessers zum Beispiel folgendermaßen aus

• 0 % Ventilöffnung: 4 mA oder 1 V
• Ventilöffnung 100 %: 20 mA oder 5 V

Das bedeutet, dass 4 mA oder 1 V ausgegeben werden, wenn der Messwert 0 ist, und 20 mA oder 5 V, wenn der Messwert 100 ist. Durch die Standardisierung und Vereinheitlichung der Signale ist es möglich, Signale zwischen Messgeräten zu übertragen.

Der Grund für die Ausgabe von 4 mA bei einem Messwert von 0 ist die Feststellung, ob ein Drahtbruch vorliegt. Mit anderen Worten, es soll festgestellt werden, ob ein Strom von 4 mA fließt und 0 anzeigt oder ob der Draht in der Mitte unterbrochen ist und 0 anzeigt. Weitwinkelindikatoren sind so ausgelegt, dass sie bei 4 mA 0 anzeigen und weniger als 0, wenn der Draht unterbrochen ist und kein Strom fließt.

2. Rauschunterdrückung bei der Auswertung von Messgeräten

Bei der Übertragung von Spannungssignalen treten Spannungsabfälle auf, die zu Messfehlern führen. Bei der Übertragung von Stromsignalen treten jedoch keine Spannungsabfälle auf, so dass sie für die Übertragung über große Entfernungen geeignet sind.

Ein weiteres Merkmal von Stromsignalen ist, dass sie, wenn der Eingang eines anderen Messgeräts 1-5 V beträgt, durch Einfügen eines 250-Ohm-Widerstands leicht in ein Spannungssignal umgewandelt werden können. Ein Nachteil ist jedoch, dass es leicht durch Rauschen beeinträchtigt wird, was zu Fehlern im Messwert führen kann.

Zu den wirksamen Gegenmaßnahmen gegen Rauschen gehören die Minimierung der Rauschwirkung durch Verwendung abgeschirmter Kabel, die Installation von Rauschfiltern und die Berücksichtigung der Erdung. Ein weiterer Punkt ist, dass bei einer Schleifenschaltung mit 4-20 mA-Signalen die gesamte Schleife betroffen ist, wenn eine Unterbrechung auftritt. Das liegt daran, dass es sich um eine Reihenschaltung handelt. Eine Gegenmaßnahme ist die Verwendung von Isolatoren.

Was ist eine Gleichrichterdiode?

Gleichrichterdioden sind Halbleiterelemente, die in Stromversorgungsschaltungen verwendet werden, um Wechselstrom aus handelsüblichen Stromquellen gleichzurichten und einen pulsierenden Strom zu erzeugen.

Im Vergleich zu herkömmlichen Kleinsignaldioden zeichnen sich Dioden durch ihre große Größe, hohe Stromkapazität, hohe Spannungsfestigkeit und robuste Bauweise aus. Bipolare Röhren, d. h. Vakuumröhren, sind ebenfalls als Dioden bekannt und wurden früher aktiv als Gleichrichter eingesetzt, heute sind sie jedoch auf spezielle Anwendungen beschränkt, so dass sich dieser Beitrag auf Halbleiterelemente beschränkt.

Anwendungen von Gleichrichterdioden

Gleichrichterdioden werden immer in Gleichrichterschaltungen in Stromversorgungen verwendet, die Gleichstrom aus handelsüblichen Quellen erzeugen. In Schaltungen, die hochfrequenten Wechselstrom gleichrichten, wie z. B. in Schaltreglern, die ebenfalls zu den Gleichrichterdioden gezählt werden, werden zunächst Erholungsdioden mit kurzer Sperrzeit und Schottky-Barrieredioden mit geringen Verlusten verwendet.

Funktionsweise von Gleichrichterdioden

Bei einer Gleichrichterdiode wird die Seite mit dem P-Typ-Anschluss als Anode und die Seite mit dem N-Typ-Anschluss als Kathode bezeichnet; in der Nähe des PN-Übergangs heben sich N-Typ-Elektronen und P-Typ-Löcher gegenseitig auf, wodurch eine Verarmungsschicht entsteht. Wird zwischen Anode und Kathode eine Vorwärtsspannung angelegt, werden Löcher in den P-Typ-Bereich und Elektronen in den N-Typ-Bereich injiziert, wodurch die Verarmungsschicht verkleinert wird und Strom vom P-Typ zum N-Typ fließen kann.

Wenn eine Sperrspannung angelegt wird, werden Elektronen in den P-Typ-Bereich und Löcher in den N-Typ-Bereich injiziert, wodurch sich die Verarmungsschicht ausdehnt und kein Strom fließt. Dies zeigt, dass in einer Diode der Strom nur in der Richtung vom P-Typ zum N-Typ fließen kann. Wenn also eine Wechselspannung von der Anode zur Kathode einer Diode angelegt wird, fließt der Strom nur in Vorwärtsrichtung und nicht in Rückwärtsrichtung. Dies ist das Prinzip der Gleichrichtung.

Man beachte, dass eine Gleichrichterdiode allein eine Einweggleichrichtung bewirkt, was bedeutet, dass der Strom nur für einen halben Zyklus des Wechselstroms ausgegeben wird. Eine Brückenschaltung mit vier Dioden führt dagegen zu einer Vollwellengleichrichtung, die den Vorteil hat, dass ein größerer Strom erzielt werden kann und die Restwelligkeit verringert wird, weshalb Dioden in Brückenschaltung häufig verwendet werden.

Arten von Gleichrichterdioden

Es gibt drei Haupttypen von Gleichrichterdioden:

1. Siliziumdiode

Dies ist eine der am weitesten verbreiteten PN-Übergangsdioden. Der Begriff Gleichrichterdiode bezieht sich in der Regel auf Siliziumdioden. Früher wurden auch Germaniumdioden verwendet, die jedoch aufgrund ihrer geringen Wärmebeständigkeit und der Schwierigkeit, große Ströme zu übertragen, nur noch selten eingesetzt werden.

2. Erste Erholungsdiode

Im N-Typ-Halbleiterbereich einer PN-Übergangsdiode wird durch Schwermetalldiffusion oder Elektronenstrahlbestrahlung eine Ladungsträgerfalle erzeugt, und die Struktur ist so ausgelegt, dass die Ladungsträger beim Schalten eingefangen werden. Die Rückwärtserholungszeit kann auf 1/100 bis 1/1000 der Zeit einer normalen Diode verbessert werden, was jedoch den Nachteil hat, dass die Durchlassspannung steigt.

Dioden mit kurzer Sperrerholungszeit sind in Schaltnetzteilen von Vorteil, wenn ein Hochgeschwindigkeitsbetrieb erforderlich ist; daher werden Dioden mit schneller Erholungszeit verwendet.

3. Schottky-Barriere-Diode

Diese Dioden nutzen den Schottky-Effekt, der durch den Übergang zwischen einem Metall und einem Halbleiter entsteht. Durch den Schottky-Effekt entsteht eine Barriere (Schottky-Barriere), die den Stromfluss verhindert, solange keine bestimmte Spannung angelegt wird, was zur Gleichrichtung genutzt wird. Dadurch wird eine Gleichrichtung erreicht. Die Durchlassspannung wird verringert, so dass die Verluste durch die Diode geringer sind, der Nachteil ist jedoch die niedrige Spannungsfestigkeit.

Weitere Informationen zu Gleichrichterdioden

Verwendung von Gleichrichterdioden 

Bei der Umwandlung von handelsüblichem Strom in Gleichstrom gibt es zwei Verfahren, zu denen jeweils eine Gleichrichterdiode gehört. Eine Gleichrichterdiode kann direkt an die handelsübliche Stromversorgungsleitung angeschlossen werden, um einen Impulsstrom mit einem Spitzenwert von etwa 140 V (in Japan) zu entnehmen, der dann in einer Glättungsschaltung in Gleichstrom umgewandelt und anschließend mit einem Schaltregler o. ä. auf die gewünschte Spannung umgewandelt wird.

Bei dieser Methode wird die Stromversorgung für das gesamte Gerät in einer Reihe von Gleichrichterdioden konzentriert, so dass im Allgemeinen Dioden mit hohem Strom und hoher Spannung verwendet werden. Andererseits wird bei der Methode, bei der die Spannung von der handelsüblichen Stromversorgung über einen Transformator in die Nähe der gewünschten Spannung umgewandelt wird und die Gleichrichterdiode an den Ausgang des Transformators angeschlossen werden, um sie in Gleichstrom umzuwandeln, die Widerstandsfähigkeit gegenüber der Spannung geringer und der Strom höher, da die Spannung niedriger ist.

Bauelemente mit niedriger Durchlassspannung, wie Schottky-Sperrschichtdioden, sind von Vorteil, zumal die Verluste aufgrund der Durchlassspannung der Diode die Energieeffizienz beeinträchtigen.

Was ist eine UV-Lichtquelle?

UV-Lichtquellen sind Geräte, die ultraviolettes (UV) Licht ausstrahlen.

Neben der Lichtquelleneinheit, die die UV-Strahlung erzeugt, enthalten einige handelsübliche UV-Lichtquellen ein Kühlsystem und ein optisches System, das das UV-Licht durch eine Linse in einen linearen Strahl umwandelt, um die Verwendung zu erleichtern. Das von den einzelnen Typen abgegebene UV-Licht ist unterschiedlich.

Es gibt drei Arten von Lichtquellen, wobei zwischen ‚Quecksilber-Hochdrucklampen‘, die ultraviolette Strahlung mit einer Wellenlänge von 365 nm (Nanometer) aussenden, “Halogen-Metalldampflampen”, die ultraviolette Strahlung von 200-400 nm aussenden, und ‚Quecksilber-Niederdrucklampen‘, die bei einer Wellenlänge von 254 nm und 185 nm schwingen, unterschieden wird. Die Art der UV-Lichtquelle, die bestrahlt werden kann, hat einen wesentlichen Einfluss auf die Funktion des Geräts, und die UV-Lichtquelle muss je nach ihrem Zweck ausgewählt werden.

UV-Lichtquellen mit hoher Intensität sind mit einem Kühlsystem ausgestattet, da die Geräte selbst heiß werden. Beim Umgang mit ihnen ist Vorsicht geboten, da sie während des Betriebs Ozon mit einem ungewöhnlichen Geruch erzeugen und organische Stoffe in der Umgebung zersetzen können.

Anwendungen von UV-Lichtquellen

Verschiedene UV-Lichtquellen werden für unterschiedliche Zwecke eingesetzt. Die Verwendungszwecke sind je nach Typ wie folgt:

1. Quecksilberhochdrucklampen

Sie werden häufig für die Aushärtung von UV-Harzen und -Farben verwendet.

2. Metallhalogenid-Lampen

Sie werden für Harze und Farben verwendet, die durch kurzwellige ultraviolette Strahlung gehärtet werden. Im Vergleich zu Quecksilberhochdrucklampen haben Halogenmetalldampflampen beim Aushärten von UV-Harzen/Farben eine höhere Gesamtenergie, da die emittierte UV-Strahlung eine kontinuierliche Wellenlänge hat.

3. Niederdruck-Quecksilberdampflampen

Die kurze Wellenlänge von 254 nm wird für die UV-Sterilisation usw. verwendet, während die Mehrfachwellenlängen von 254 nm/185 nm für die Sterilisation sowie für die antioxidative Behandlung von Wasser und die UV-Reinigung verwendet werden. Sie erzeugen auch Ozon, das zur Reinigung von organischen Substanzen, die an Siliziumsubstraten haften, verwendet werden kann. Bei längerem Einsatz des UV-Lichts bildet sich jedoch ein Oxidfilm, der eine Gezeitenregelung erfordert.

Funktionsweise von UV-Lichtquellen

Eine UV-Lichtquelle ist ein Gerät, das ultraviolette Strahlung durch die Entladung von gasförmigem Quecksilber aussendet; es besteht aus einer Glasröhre mit Elektroden an beiden Enden, die mit Quecksilber (Hg) und einem Edelgas gefüllt ist.

Ein elektrischer Strom, der durch die Elektroden fließt, erzeugt im Inneren Wärmeenergie. Der Emitter (elektronenemittierendes Material) gibt aufgrund der Wärmeenergie Elektronen ab, die sich zwischen den Elektroden in eine Richtung bewegen. Während dieser Bewegung stoßen die Elektronen mit den im Inneren befindlichen Hg-Molekülen zusammen, und die Hg-Moleküle geben durch den Aufprall ultraviolette Strahlung ab.

Beim Durchgang durch das Glas kommt die UV-Strahlung mit dem auf dem Glas beschichteten fluoreszierenden Material in Kontakt und wird von diesem absorbiert, wodurch sich die Wellenlänge ändert und als UV-Strahlung der gewünschten Wellenlänge abgestrahlt wird. Die Wellenlänge der UV-Strahlung wird also durch das Glasmaterial und den auf dem Glas aufgebrachten Leuchtstoff bestimmt.

Für Hochdruck-Hg-Lampen und Halogen-Metalldampflampen wird Quarzglas verwendet, für Niederdruck-Hg-Lampen dagegen synthetisches Quarzglas. Darüber hinaus kann die Wellenlänge von Niederdruck-Hg-Lampen weiter variiert werden, je nachdem, ob Ozon im Inneren eingeschlossen ist oder nicht.

Weitere Informationen zu UV-Lichtquellen

1. LEDs als UV-Lichtquellen

Allgemeine Glühlampen und Leuchtstofflampen werden seit mehr als 10 Jahren durch LEDs ersetzt. Wie bereits erwähnt, sind jedoch UV-Lichtquellen auf Quecksilberbasis im Allgemeinen noch weit verbreitet.

Ein Faktor, der die Umstellung auf LEDs als UV-Lichtquellen behindert, sind die geringe Leistung und die lange Arbeitszeit, die für die Aushärtung von Harzen und die Trocknung von Farben und Lacken erforderlich sind. Dank der Bemühungen der Hersteller von LED-Lichtquellen sind jedoch seit kurzem Hochleistungs-LED-(UV-)Lichtquellen verfügbar.

Der Ersatz herkömmlicher UV-Lichtquellen durch LED-Lichtquellen hat den Vorteil, dass die Stromkosten aufgrund des geringeren Stromverbrauchs, der längeren Lebensdauer und der geringeren Verschlechterung durch das Ein- und Ausschalten des Stroms gesenkt werden können, wodurch die Lichtquelle seltener ausgetauscht werden muss. Da UV-Lampen, die UV-Lichtquellen sind, Quecksilber verwenden, sind die Vorteile der Umstellung auf LED-Lichtquellen auch unter dem Gesichtspunkt der Verringerung der Menge des verwendeten Quecksilbers, das für den menschlichen Körper und die Umwelt schädlich ist, von Bedeutung.

2. Ursachen dafür, dass UV-Lichtquellen nicht aushärten

Ein Beispiel für den Einsatz von UV-Lichtquellen ist die Aushärtung von Harzen, aber je nach Einsatzbedingungen, Umgebung und Kombination der Harzmaterialien härtet das Harz möglicherweise nicht aus. Die Hauptursachen sind im Folgenden aufgeführt:

Hohe Luftfeuchtigkeit
Je nach der Kombination von Materialien und Härtern kann sich die Aushärtungsgeschwindigkeit des Harzes bei hoher Luftfeuchtigkeit erheblich verringern. Wenn in einer solchen Umgebung gearbeitet werden muss, kann die Verwendung von Additiven die Situation verbessern.

Nicht angepasste Wellenlänge
Für jedes Material oder jedes Aushärtungsmittel gibt es eine optimale UV-Wellenlänge für die Bestrahlung zur Aushärtung. Überprüfen Sie die Spezifikationen des Materials oder des Aushärtungsmittels und stellen Sie sicher, dass die am besten geeignete Lichtquelle verwendet wird.

Unzureichende Leistung der Lichtquelle
Eine unzureichende Leistung der LED-Lichtquelle kann dazu führen, dass das Licht nicht tief in das Material eindringt und die Aushärtung nicht stattfinden kann. Die gleichen Einstellungen wie bei Quecksilberdampflampen härten möglicherweise nicht gut aus, so dass Sie z. B. beim Wechsel der Lichtquelle kreativ sein müssen.

Was ist ein Laser-Scanning-Mikroskop?

Die Laser-Scanning-Mikroskopie ist eine Art der optischen Mikroskopie, bei der eine Probe durch Scannen eines Laserstrahls an einer Lichtquelle beobachtet werden kann.

Sie verwendet im Allgemeinen eine konfokale Optik und wird auch als konfokales Lasermikroskop oder CLSM bezeichnet. Laser-Scanning-Mikroskope haben eine hohe räumliche Auflösung nicht nur in der horizontalen Richtung (XY-Richtung), sondern auch in der Höhenrichtung (Z-Richtung), da die konfokale Optik das Licht von nicht fokalen Oberflächen ausschließen kann.

Durch die Vermessung von Mikroskopbildern bei gleichzeitiger Verschiebung in Höhenrichtung können daher auch dreidimensionale und all-in-focus-Bilder aufgenommen werden.

Anwendungen von Laser-Scanning-Mikroskopen

Da die Laser-Scanning-Mikroskope mit Licht arbeiten, ist eine Berührung der Probe nicht erforderlich. Aus diesem Grund werden sie in der Industrie zur Beobachtung der dreidimensionalen Form und des Oberflächenprofils von Präzisionsinstrumenten wie Halbleitern und elektronischen Bauteilen sowie in den Biowissenschaften zur Beobachtung von Zellen und biologischem Gewebe, das mit fluoreszierenden Substanzen markiert ist, eingesetzt.

Darüber hinaus können einige Hersteller den Messtisch des Laser-Scanning-Mikroskops individuell anpassen, so dass Messungen an großen Proben wie z. B. großen Flachbildschirmen möglich sind.

Funktionsweise von Laser-Scanning-Mikroskopen

Laser-Scanning-Mikroskope ähneln herkömmlichen Mikroskopkonfigurationen wie Linsen und Spiegeln, verwenden jedoch einen Laser als Lichtquelle und sind als konfokale Optiken konzipiert. Laserlicht zeichnet sich dadurch aus, dass die Wellenlänge und die Phase des emittierten Lichts einheitlich, monochromatisch, gerichtet und linear sind.

Bei gewöhnlichem Licht sind die optischen Pfade nicht ausgerichtet, da die Phasen und Wellenlängen unterschiedlich sind, und das reflektierte Licht, das bei der Bestrahlung einer Probe entsteht, überlagert das gestreute Licht, so dass es schwierig ist, ein klares Bild zu erhalten. Bei einem Laser-Scanning-Mikroskop hingegen wird eine Lochblende an der Stelle angebracht, an der das reflektierte Licht nach der Übertragung durch die Linse und der Reflexion an der Probe fokussiert wird, so dass überschüssiges Licht wie Streulicht entfernt werden kann. Auf diese Weise können saubere Bilder mit klaren Konturen erhalten werden.

Es gibt auch zwei Methoden, um mit einem Laser-Scanning-Mikroskop zweidimensionale Bilder zu erhalten: die Bewegung des Tisches und die Bewegung des Lasermechanismus. Die Merkmale der beiden Methoden sind wie folgt:

• Verfahren mit beweglichem Tisch
  Es kann ein großer Bereich gemessen werden, aber die Größe des Tisches ist begrenzt und große Proben können nicht gemessen werden.
• Methoden, die den Lasermechanismus bewegen
  Ein breites Spektrum an Probengrößen kann gemessen werden und auch Oberflächenmikrostrukturen können gemessen werden.

Scanning-Methode von Laser-Scanning-Mikroskopen

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, mit einem Laser-Scanning-Mikroskop zu scannen. Beim Scannen mit galvanometrischen Spiegeln beispielsweise werden die Spiegel mechanisch bewegt, während MEMS-Scanner und resonante Scannermethoden manchmal verwendet werden, um die Geschwindigkeit zu erhöhen.

Bei der Spinning-Disc-Methode, die für Hochgeschwindigkeitsmessungen ausgelegt ist, wird ein Laserstrahl auf eine Scheibe gerichtet, die mit einer Reihe von Mikrolinsen und Nadellöchern versehen ist, die gleichzeitig eine Reihe von Lichtreflexionen von der Probe aufnehmen. Diese Methode ermöglicht es, eine große Anzahl von Informationen auf einmal zu erhalten, erfordert aber einen Hochleistungslaser mit ausreichender Intensität, um eine gewisse Streuung zu erreichen.

Weitere Informationen zu Laser-Scanning-Mikroskopen

1. Unterschiede zwischen Laser-Scanning-Mikroskopen und Elektronenmikroskopie

Neben der Laser-Scanning-Mikroskopie ist die Elektronenmikroskopie ein weiterer Mikroskoptyp mit hoher Vergrößerung, aber die Prinzipien dieser Instrumente sind nicht identisch. Laser-Scanning-Mikroskope arbeiten mit Licht, während Elektronenmikroskope mit Elektronenstrahlen arbeiten und die Vergrößerung, die Ausrüstung und die Messverfahren sind sehr unterschiedlich.

Elektronen sind im Vergleich zu sichtbarem Licht sehr kurz, wenn sie in eine Wellenlänge umgewandelt werden. Daher ist die Auflösung der Elektronenmikroskopie sehr hoch und mit der Rasterelektronenmikroskopie (SEM) können Strukturen bis hinunter zu einigen Nanometern beobachtet werden. Laser-Scanning-Mikroskope hingegen können Strukturen in Bereichen, die kürzer als die Wellenlänge sind, nicht beobachten und haben eine Auflösung von einigen hundert Nanometern.

Die für die Laser-Scanning-Mikroskopie und die Elektronenmikroskopie verwendeten Geräte unterscheiden sich stark voneinander. Die Elektronenmikroskopie verwendet einen Elektronenstrahl und erfordert daher Messungen im Vakuum. Es gibt auch Einschränkungen wie z. B. die Tatsache, dass bei der Messung hochisolierender Materialien mit dem Elektronenmikroskop der Elektronenstrahl eine Ladungsanhäufung auf der Oberfläche verursachen und das Bild verzerren kann, so dass die probenspezifischen physikalischen Eigenschaften sorgfältig ermittelt werden müssen.

Außerdem erfordert die Elektronenmikroskopie als Messverfahren geschickte Techniken zum Ausschneiden der Oberfläche und zur Optimierung der Beobachtungsbedingungen. Dagegen sind Laser-Scanning-Mikroskope universeller einsetzbar als Elektronenmikroskope, da keine Aufladung stattfindet und die Oberflächenausschnitte keine Präzision erfordern.

2. Oberflächen-Rauheitsmessung mit Laser-Scanning-Mikroskopen

Mit konfokalen Laser-Scanning-Mikroskopen kann die Rauheit von Probenoberflächen berührungslos gemessen werden. Die Rasterkraftmikroskopie ist eine alternative Methode zur Messung der Rauheit von Probenoberflächen, aber die konfokale Laser-Scanning-Mikroskope haben den Vorteil der berührungslosen Messung. Andererseits unterscheidet sich die Auflösung von der des Rasterkraftmikroskops, so dass je nach Rauheit der Probenoberfläche das geeignete Instrument gewählt werden sollte.

Was ist ein Profilprojektor?

Ein Profilprojektoren ist ein Gerät, das das zu messende Objekt vergrößert und mit einer genauen Vergrößerung auf einen Bildschirm projiziert und die Form und die Abmessungen auf dem vergrößerten Bild beobachtet und misst.

Da der Universalprojektor ein optisches Messinstrument ist, ermöglicht er eine berührungslose Messung und Beobachtung des zu messenden Objekts und beschädigt das zu messende Objekt nicht. Außerdem wird die Messung vergrößert und auf einen Bildschirm projiziert, sodass mehrere Personen das Objekt gleichzeitig beobachten können. Dieses System hat den Vorteil, dass es einfach zu handhaben ist.

Die gängigsten Bildschirmgrößen sind 300-500 mm, aber es gibt auch größere Produkte mit Bildschirmgrößen von 1.000 mm oder mehr. Aufgrund ihres einfachen Aufbaus, der geringen Kosten und der Tatsache, dass sie an jedem beliebigen Ort installiert werden können, sind Universalmessgeräte auch heute noch sehr gefragt.

Anwendungen von Profilprojektoren

Profilprojektoren werden hauptsächlich in der industriellen Fertigung und Qualitätssicherung eingesetzt. Sie können sofort nach dem Einschalten der Stromversorgung eingesetzt werden und eignen sich für Qualitätskontrollen in der Produktion, da sie ein vergrößertes Bild auf eine Leinwand projizieren.

Es wird zur Beobachtung der Kontur des Werkstücks und zur Messung von Abmessungen verwendet und ist auch für Vergleichsmessungen mit einer Schablone nützlich. Bei den zu messenden Objekten handelt es sich in erster Linie um Metallteile und Harzformteile, aber auch lebende Organismen und andere lichtdurchlässige Objekte können mit dem optischen Messgerät beobachtet werden. Einige Modelle sind auch mit einer einfachen Oberflächenbeobachtungsfunktion ausgestattet, so dass sie in einer Vielzahl von Situationen und Bereichen eingesetzt werden können.

Funktionsweise der Profilprojektoren

Projektoren projizieren ein vergrößertes Bild auf einen Bildschirm, indem sie einen Schatten, der durch die Übertragung von Licht durch eine Linse entsteht, auf das zu messende Objekt werfen. Daher muss der Teil der Projektionsfläche, auf dem sich das Messobjekt befindet, transparent sein und eine hohe Lichtdurchlässigkeit aufweisen, damit das Licht durch ihn hindurchtreten kann, z. B. Glas.

Im optischen System für die Durchleuchtung werden telezentrische Optiken verwendet. Der Vorteil der telezentrischen Optik ist, dass das Bild auch bei Unschärfe nur unscharf ist und sich in der Größe nicht verändert.

Da der Profilprojektor von der Fokussierung bis zur Bilderzeugung eine einzige Linseneinheit verwendet, wird der Abstand vom Brennpunkt zur Leinwand natürlich durch die Größe und Vergrößerung der Linse bestimmt. Es ist zu beachten, dass der Größe der Leinwand und der Ausrüstung Grenzen gesetzt sind.

Weitere Informationen zu Profilprojektoren

1. Fehlerfaktoren

Typische Fehlerfaktoren bei der Messung mit einem Profilprojektoren sind Messfehler und Vergrößerungsfehler. Profilprojektoren messen grundsätzlich durch visuelles Ausrichten der auf den Bildschirm projizierten Kanten, sodass Ausrichtungsfehler, die durch visuelle Kontrolle und Ablenkung aufgrund der Gewohnheiten des Bedieners entstehen, nicht vernachlässigt werden können.

Fehler, die darauf zurückzuführen sind, dass die Neigung des zu messenden Objekts nicht parallel zum XY-Tisch verläuft, oder dass der Profilprojektor selbst oder das zu messende Objekt nicht eben sind, können ebenfalls zu Messfehlern beitragen. Außerdem ist aufgrund des Messprinzips des Profilprojektors der Lichtstrahl von der Lichtquelle zum Bildschirm nicht parallel.

Wenn die im Inneren des Projektors angebrachten Spiegel geneigt sind, ergibt sich daher ein Unterschied in der Vergrößerung zwischen der Mitte und den Rändern des Bildschirms. Dies wird als Vergrößerungsfehler bezeichnet, und wenn der Vergrößerungsfehler zu groß wird, verringert sich die Zuverlässigkeit der Messwerte an Punkten außerhalb der Mitte der optischen Achse.

 

Was ist eine Robotersteuerung?

Eine Robotersteuerung ist ein Steuergerät, das die Bewegungen eines industriellen oder kollaborativen Roboters steuert.

Eine Robotersteuerung besteht aus einem Steuerungsteil, der die Platinen zur Steuerung der Roboterbewegungen enthält, und einem Benutzerschnittstellenteil (U/I). Der Steuerungsteil kommuniziert mit der Außenwelt, z. B. mit einer SPS und seine Hauptaufgabe ist die Steuerung des Roboters.

Der Benutzerschnittstellenteil hingegen dient der Bedienung des Roboters durch den Menschen und wird TP (Teaching Pendant) genannt. Die Bedienung des Roboters kann manuell oder durch Programmierung des Roboters erfolgen.

Anwendungen von Robotersteuerungen

Robotersteuerungen werden hauptsächlich zur Steuerung von Roboterarmen verwendet.

Zu den Roboterarmen, die mit Robotersteuerung gesteuert werden können, gehören:

• Vertikal knickgelenkte Roboter
• SCARA-Roboter
• Kooperative Roboter

Diese Roboter führen Aufgaben anstelle von Menschen aus, z. B. Schweißen oder Tragen von Lasten. Die Hauptaufgabe der Robotersteuerung besteht darin, Bewegungsbefehle an den Roboter zu senden. Sie kann auch an den Roboter angeschlossene Peripheriegeräte steuern, z. B. die Endeffektoren (auch als Roboterhände bezeichnet).

Die folgenden Methoden können verwendet werden, um Bewegungsbefehle an den Roboter zu senden:

• Teachen
  Die Bewegungen des Roboters werden mit Hilfe von TPs (Teaching) geteacht, um ein Programm zu erstellen, was bei herkömmlichen Industrierobotern weit verbreitet ist.
• Kommunikation mit externen Geräten
  Die SPS ist mit der Robotersteuerungs-Einheit verbunden, die den Roboter über die SPS und die Robotersteuerungs-Einheit steuert. Der Roboter kann über die Robotersteuerungs-Einheit mit Hilfe von E/A (digitale EIN- oder AUS-Signale) oder Ethernet-Kommunikation gesteuert oder für den Betrieb programmiert werden.

Funktionsweise von Robotersteuerungen

Die Robotersteuerung hat die folgenden Prinzipien und Funktionen:

• Bestimmt die Bewegungen des Roboters
  Bestimmt die nächste Bewegung des Roboters als Reaktion auf Befehle von einem übergeordneten Gerät, z. B. einer SPS.
• Berechnungen und Befehle
  Berechnet die Bewegungen der Motoren in den Gelenken des Roboters und sendet Befehle an die Motoren.
• Erkennung von Anomalien
  Erkennt Anomalien im Roboter und stoppt ihn.

Einige neuere Produkte sind mit künstlicher Intelligenz ausgestattet, und viele Roboter bestimmen selbst, wie sie sich als nächstes bewegen sollen, ohne dass sie angeleitet werden. Robotersteuerungen für Industrieroboter und Roboter, die mit dem Menschen zusammenarbeiten, werden von den Roboterherstellern angeboten und die Spezifikationen unterscheiden sich von Hersteller zu Hersteller.

Grundsätzlich sind Robotersteuerungen nicht mit anderen Unternehmen kompatibel und eine Robotersteuerung eines bestimmten Herstellers kann keinen Roboter eines anderen Herstellers steuern.

Weitere Informationen zu Robotersteuerungen

1. Arten von TP (Programmierhandgerät)

Es gibt zwei Arten von TP: kabelgebundene und kabellose (z. B. Tablet-Typ).

Kabelgebundene Typen von TP
Kabelgebundene Typen werden häufig für herkömmliche Industrieroboter verwendet. Die Bediener sind daran gewöhnt, sie in Produktionsstätten zu verwenden, in denen bereits Industrieroboter eingesetzt werden, z. B. bei Automobilherstellern.

Ein Nachteil des kabelgebundenen Typs ist, dass es für Anfänger einige Zeit dauern kann, sich mit ihm vertraut zu machen. Um diese Art von Steuerungen verwenden zu können, müssen sich Anfänger durch das Lesen von Handbüchern oder die Teilnahme an Roboterschulungen ein gewisses Maß an Kenntnissen aneignen oder sie müssen einen auf Roboter spezialisierten SIer bitten, ein System für sie zu bauen.

Kabelloser TP-Typ
Der kabellose Typ wird hauptsächlich für von Menschen gesteuerte Roboter verwendet. Ein Vorteil dieses Typs ist, dass er auch für Anfänger relativ einfach zu bedienen ist.

Viele TPs verfügen über einen großen Touchscreen und eine intuitive Bedienung, das so genannte Direct Teaching, so dass auch Anfänger das System schnell bedienen können. Dies ermöglicht es ihnen, den Roboter selbst zu steuern, ohne einen Roboter-SIer zu beauftragen.

Außerdem ermöglicht das Fehlen von dicken Kabeln den Aufbau eines sauberen und aufgeräumten Robotersystems.

2. Entwicklung von Robotersteuerungen

Robotersteuerungen entwickeln sich Tag für Tag weiter, um der Ausweitung der Roboteranwendungen und der steigenden Nachfrage nach Automatisierung gerecht zu werden. In diesem Abschnitt wird die Entwicklung der Robotersteuerungen in Richtung Miniaturisierung und erhöhte Funktionalität beschrieben:

Miniaturisierung
In den letzten Jahren hat die Nachfrage nach kleineren Robotern für Anwendungen wie die Montage elektronischer Bauteile zugenommen. Dementsprechend steigt auch die Nachfrage nach kleineren Robotersteuerungen.

Roboter-Hersteller wie Fujikoshi, Kawasaki Heavy Industries und Yaskawa Electric haben kompakte Robotersteuerungen in der Größenklasse von 12 bis 15 Litern auf den Markt gebracht. Diese Produkte sind um mehr als 70 % kleiner als herkömmliche Modelle.

Erhöhte Funktionalität
Man kann sagen, dass sich die Robotersteuerungen in eine Richtung entwickeln, bei der nicht nur der Roboter, sondern auch die umliegenden Maschinen gemeinsam gesteuert werden. So sind beispielsweise SPS-Funktionen in die Robotersteuerung integriert, wodurch externe Systemsteuerungspanels zur Steuerung von Servomotoren, E/A usw. überflüssig werden.

Was ist ein Röntgenfluoreszenz-Analysator?

Röntgenfluoreszenz-Analysator sind Geräte, die den Gehalt von Elementen anhand des Röntgenfluoreszenzspektrums analysieren, wenn ein Objekt mit Röntgenstrahlen bestrahlt wird.

Röntgenfluoreszenz-Analysatoren werden zur qualitativen und quantitativen Analyse von Stoffen eingesetzt und werden als Methode zur Analyse der Zusammensetzung von Stoffen verwendet, da sie in kurzer Zeit untersucht werden können, ohne die Probe zu zerstören.

Röntgenfluoreszenz-Analysatoren können sowohl für die Messung von Feststoffen als auch von Flüssigkeiten verwendet werden und sind als Methode der qualitativen Analyse aufgrund ihrer relativ hohen Empfindlichkeit sehr zuverlässige Prüfgeräte.

Anwendungen von Röntgenfluoreszenz-Analysatoren

Röntgenfluoreszenz-Analysatoren können qualitative und quantitative Analysen von festen und flüssigen Proben zerstörungsfrei durchführen. Sie werden insbesondere zur Bestimmung des Vorhandenseins und des Gehalts von toxischen Metallen in Legierungen und Böden eingesetzt.

Die Röntgenanalyse ist beispielsweise nützlich bei der Untersuchung der Zusammensetzung von Materialien unbekannter Zusammensetzung wie Gestein und Meteoriten. In jüngster Zeit werden gedruckte Schaltungen unter dem Gesichtspunkt des Umwelt- und Sicherheitsschutzes halogenfrei gemacht und Röntgenanalysatoren eingesetzt, um dies zu gewährleisten. Weitere Anwendungen sind die qualitative und quantitative Bestimmung gefährlicher chemischer Substanzen, die zur Prüfung auf die in der RoHS-Richtlinie genannten Stoffe eingesetzt werden. Tragbare Geräte, die leicht transportiert werden können, sind ebenfalls erhältlich und haben ein wachsendes Anwendungsspektrum.

Funktionsweise von Röntgenfluoreszenz-Analysatoren

Röntgenfluoreszenz-Analysatoren messen die Wellenlänge (oder Energie) und die Intensität der Röntgenfluoreszenz, die bei der Bestrahlung eines Objekts mit Röntgenstrahlen entsteht.

Wenn eine Substanz mit Röntgenstrahlen bestrahlt wird, absorbieren ihre Atome Energie und werden angeregt, wobei sie Röntgenfluoreszenz aussenden. Da die Wellenlänge (oder Energie) der Röntgenfluoreszenz für jedes Element einzigartig ist, ist es möglich, die Art der Substanz anhand der Wellenlänge des nachgewiesenen Röntgenfluoreszenzspektrums zu identifizieren und anhand ihrer Intensität zu quantifizieren.

Ein Röntgenfluoreszenz-Analysator besteht aus einer Röntgenquelle, die Röntgenstrahlen erzeugt, einer Probenkammer, in der sich die Probe befindet und einer Detektionseinheit, die die erzeugte Röntgenfluoreszenz spektroskopiert und detektiert.

In der Röntgenquelle werden Elektronenstrahlen, die durch Anlegen einer Hochspannung erzeugt werden, auf ein Target (z. B. Wolfram) gestrahlt, um Röntgenstrahlen zu erzeugen. Die erzeugte Röntgenstrahlung wird auf die Ober- oder Unterseite der Probe eingestrahlt. Zu diesem Zeitpunkt kann die Atmosphäre in der Probenkammer zwischen Atmosphäre, Stickstoff oder Vakuum gewählt werden.

Bei Röntgenfluoreszenz-Analysatoren mit einem Probenbeobachtungsmodus kann die Bestrahlungsposition während der Beobachtung der Probe gewählt werden. Die von der Probe emittierte elementare Röntgenfluoreszenz wird vom Detektor erfasst und qualitativ analysiert. Bei der quantitativen Analyse wird die Intensität der Röntgenfluoreszenz gemessen und der Gehalt mit Hilfe einer Kalibrierkurve oder der Fundamentalparameter-Methode (FP-Methode) bestimmt.

Es gibt zwei Arten von Spektroskopie- und Detektionsmethoden für Röntgenfluoreszenz-Analysatoren: wellenlängendispersiv und energiedispersiv:

1. Energiedispersiver Röntgenfluoreszenz-Analysator

Energiedispersive Röntgenfluoreszenz-Analysatoren (abgekürzt ED-XRF oder EDX, EDS) messen die Intensität der Röntgenfluoreszenz in Abhängigkeit von ihrer Energie.

Konkret wird die auf den Detektor auftreffende Röntgenfluoreszenz durch einen Halbleiter im Detektor in einen Impulsstrom umgewandelt, verstärkt und dann die Wellenhöhe aus dem Stromwert eines Impulses gemessen. Die Energie der einfallenden Röntgenstrahlen ist dem Stromwert proportional, so dass man eine Kurve der Intensität der Röntgenfluoreszenz gegen ihre Energie erhält.

2. Wellenlängendispersiver Röntgenfluoreszenz-Analysator

Wellenlängendispersive Röntgenfluoreszenz-Analysatoren (abgekürzt WD-XRF, oder WDX, WDS) messen die Intensität der Röntgenfluoreszenz in Abhängigkeit von ihrer Wellenlänge.

Bei wellenlängendispersiven Röntgenfluoreszenzanalysatoren wird die von der Probe emittierte Röntgenstrahlung durch einen Monochromatorkristall spektral aufgespalten und von einem Detektor gemessen. Röntgenstrahlen, die auf den spektroskopischen Kristall auftreffen, werden entsprechend der Bragg-Beugungsbedingung stark in eine bestimmte Richtung gestreut.

Die Braggsche Beugungsbedingung ist ein Gesetz, das besagt, dass Licht der Wellenlänge λ, das auf ein Material mit einem Gitterabstand d trifft, stark in Richtung des Beugungswinkels 2θ gestreut wird, der 2dsinθ = nλ (θ: Bragg-Winkel n: ganze Zahl) erfüllt. Mit anderen Worten: Da der Flächenabstand d des Monochromatorkristalls fest ist, werden nur Röntgenstrahlen einer Wellenlänge erfasst, wenn sich der Detektor in Richtung des Beugungswinkels 2θ befindet, auch wenn Röntgenstrahlen verschiedener Wellenlängen einfallen. Wird der Detektor gedreht, um die Röntgenfluoreszenz in einem weiten Winkel zu messen, kann ein Diagramm der Intensität der Röntgenfluoreszenz gegen die Wellenlänge der Röntgenfluoreszenz erstellt werden.

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Energiedispersive und wellenlängendispersive Eigenschaften

Energiedispersive und wellenlängendispersive Detektionsmethoden haben jeweils ihre eigenen Merkmale und müssen für die jeweilige Anwendung entsprechend ausgewählt werden:

1. Energiedispersiver Typ
Energiedispersive Röntgenfluoreszenzdetektoren erfordern keine Spektroskopie und können miniaturisiert werden, da der Halbleiterdetektor direkt die Wellenlänge der Röntgenfluoreszenz analysieren kann. Außerdem können mehrere Elementanalysen gleichzeitig durchgeführt werden, ohne dass eine Spektroskopie erforderlich ist, so dass Messungen in kurzer Zeit möglich sind. Da die Messungen unabhängig von der Form oder den Unebenheiten der Probe durchgeführt werden können, werden sie manchmal in Verbindung mit Elektronenmikroskopen eingesetzt.

Demgegenüber stehen Nachteile wie sich überlagernde Spektralspitzen und eine geringe Auflösung sowie Schwierigkeiten beim Nachweis von Elementen, die nur in Spuren im Messobjekt vorhanden sind.

2. Wellenlängendispersiver Typ
Bei der wellenlängendispersiven Röntgenfluoreszenzspektroskopie wird die Röntgenfluoreszenz durch einen spektroskopischen Kristall spektral aufgespalten und mit einem Detektor gemessen. Da die Spektroskopie auf Wellenlängen basiert, können benachbarte Peaks leicht getrennt werden und die Empfindlichkeit und Auflösung sind in der Regel hoch.

Andererseits sind die Geräte aufgrund des komplexen Spektralsystems in der Regel groß und teuer. Außerdem dauert die Messung länger als bei der energiedispersiven Methode, da der Beugungswinkel variiert wird und die Probenoberfläche glatt sein muss.

Was ist eine Absorberkammer?

Eine Absorberkammer, auch Absorberraum genannt, ist ein Labor oder eine Forschungseinrichtung, die elektromagnetische Wellen nicht nach außen dringen lässt und sie im Inneren nicht reflektiert.

Die Reflexion elektromagnetischer Wellen wird durch die Installation von Funkwellenabsorbern im Inneren des abgeschirmten Raums unterdrückt. Es gibt nicht nur keine Leckagen nach außen, sondern der Raum wird auch nicht durch elektromagnetische Wellen von außen beeinflusst. Der Nachteil eines abgeschirmten Raums besteht darin, dass er die diffuse Reflexion elektromagnetischer Wellen im Innenraum nicht verhindern kann, während eine Absorberkammern die diffuse Reflexion elektromagnetischer Wellen verhindern und eine Umgebung schaffen kann, die einem freien Raum (offenes Gelände) ähnelt.

In den letzten Jahren gibt es in viele Quellen elektromagnetischer Strahlung, z. B. elektrische und elektronische Geräte, Funkgeräte und Informationssysteme. Es besteht die Sorge, dass die von diesen Quellen erzeugten elektromagnetischen Wellen negative Auswirkungen auf die umgebenden Geräte haben könnten. Absorberkammern, die den Einfluss der Umgebung abblocken, spielen eine wichtige Rolle bei der Bestätigung der Produktleistung von drahtlosen Geräten und elektronischen Geräten wie Smartphones und drahtlosen LANs sowie bei Geräuschprüfungen.

Anwendungen von Absorberkammern

Absorberkammern werden u. a. zur Prüfung der elektrischen Eigenschaften elektronischer Geräte für die Hochfrequenzkommunikation wie Smartphones und drahtlose LANs, zur Rauschprüfung von Fahrzeugkomponenten und zur Prüfung der Strahlungseigenschaften von Antennen eingesetzt.

Im Allgemeinen werden sie verwendet, um festzustellen, wie elektrische und elektronische Geräte durch externe elektromagnetische Strahlung beeinflusst werden. Sie werden auch verwendet, um zu messen, wie sie auf die Außenwelt wirken.

Funktionsweise der Absorberkammern

Um sowohl externe als auch interne elektromagnetische Wellen abzuschirmen, wird die Außenseite der Absorberkammern gegen externe Funkwellen abgeschirmt, um Fehlfunktionen während der Prüfung zu vermeiden. Während im Inneren der Kammer Funkwellenabsorber in den Wänden installiert sind, um zu verhindern, dass die Funkwellen im Raum reflektiert werden.

Um zu verhindern, dass die Prüfgeräte die im Raum reflektierten Funkwellen auffangen, absorbieren die Funkwellenabsorber an der Wandoberfläche die im Raum erzeugten Funkwellen. Die Basis dieser Absorberkammern ist ein abgeschirmter Raum. Eine große Abschirmwirkung wird durch die Verwendung eines Abschirmungsmaterials erreicht, das nicht nur innerhalb des Materials absorbiert, sondern auch an seiner Oberfläche reflektiert, wodurch die Funkwellen vollständig zurückgeworfen werden.

Eine reflexionsarme Kammer ist ein Absorber für elektromagnetische Wellen, der in diesem Raum installiert ist. Drei Arten von Eigenschaften sind für Absorbermaterialien wichtig: magnetisch, dielektrisch und widerstandsfähig. Es ist notwendig, diese Eigenschaften im Hinblick auf die Absorptionsbandbreite und andere zu erreichende Bedingungen angemessen zu bestimmen.

Ferrit ist das gängige Material, das diese Anforderungen erfüllt. Ferrit nutzt die Eigenschaften des magnetischen Verlustes, wie Eigenresonanz und magnetische Wandresonanz, als Reaktion auf hochfrequente magnetische Wechselfelder. Es zeichnet sich dadurch aus, dass die absorbierte Funkwellenenergie im Inneren des absorbierenden Körpers in Wärmeenergie umgewandelt wird, wodurch die Reflexion von Funkwellen unterdrückt wird.

Weitere Informationen zu Absorberkammern

1. Anzahl der Oberflächen von Absorberkammern

Absorberkammern lassen sich aufgrund der Struktur ihrer Oberflächen grob in zwei Kategorien einteilen: sechsseitige Absorberkammern mit Absorbern auf allen sechs Oberflächen (oben, unten, vorne, hinten, links und rechts).

Die andere ist eine fünfseitige Absorberkammern mit Absorbern auf allen fünf Flächen außer dem Boden; die fünfseitige Absorberkammer ist durch das Fehlen von Absorbern auf dem Boden gekennzeichnet, um die Reflexion der Funkwellen am Boden (Erde) zu vermeiden.

2. Leistungsindikatoren für Absorberkammern

Die Größe der Absorberkammern, die den Leistungsindex der Absorberkammern bestimmt, wird durch verschiedene Faktoren bestimmt. Zum Beispiel die Größe des zu messenden Objekts, das abzuschirmende Frequenzband und die Prüfnorm (10-m- oder 3-m-Methode usw.). Von diesen Faktoren hängt es ab, ob Sie die Anlage in einem bestehenden Gebäude unterbringen oder ein neues Gebäude bauen können. Da sie nicht billig sind, ist eine sorgfältige Prüfung erforderlich.

Ein wichtiger Leistungsindikator für eine Absorberkammern ist die so genannte Normalized Site Attenuation (NSA Normalized Site Attenuation). Gemäß CISPR 16-1-4 wird die maximale Ausbreitungsdämpfung ermittelt, wenn die Sende- und die Empfangsantenne einander gegenüberliegen, die Höhe der Empfangsantenne zwischen 1 m und 4 m bewegt wird und die Sendeantenne ebenfalls innerhalb des angegebenen Bereichs bewegt wird. Der Wert muss innerhalb von +/- 4 dB im Vergleich zum theoretischen Wert liegen (Wert am offenen Standort).

Es gibt auch einen Test namens SVSWR (Site Voltage Standing Wave Ratio), bei dem die maximale Änderung des Empfangspegels in einer Absorberkammern mit Funkabsorbern an allen sechs Seiten weniger als 6 dB betragen muss, wenn die Position der Sendeantenne innerhalb eines bestimmten Bereichs verändert wird.

Was ist ein Füllstandsensor?

Füllstandsensoren sind Messgeräte, die zur Bestimmung der Höhe des Flüssigkeitsstands in Tanks und Behältern verwendet werden. Damit lässt sich die verbleibende Flüssigkeitsmenge in einem Tank oder Behälter ermitteln. Einige Sensoren stellen lediglich das Vorhandensein oder Fehlen von Flüssigkeit fest, während andere durch kontinuierliche Messung einen Prozentsatz der verbleibenden Menge berechnen können. Sie werden manchmal auch als Flüssigkeitsstandssensoren bezeichnet. Einige Flüssigkeitssensoren können auch auf partikelförmige Feststoffe wie Sand umgelenkt werden.

Anwendungen von Füllstandsensoren

In der Industrie werden Flüssigkeiten, die als Materialien oder Lösungsmittel für die Reinigung verwendet werden, manchmal in verschlossenen, nicht sichtbaren Behältern gelagert. Füllstandsensoren werden häufig zur Überwachung des verbleibenden Tankvolumens eingesetzt, insbesondere in großen Anlagen wie Ölraffinerien und Wasseraufbereitungsanlagen, in der Getränke- und Lebensmittelproduktion sowie in der Zellstoff- und Papierherstellung, da die Behälter nicht geöffnet werden müssen, um den Zustand der darin befindlichen Flüssigkeit zu überprüfen. Sie werden auch eingesetzt, um nicht nur die Restmenge, sondern auch den Verfall und die Qualität von Flüssigkeiten zu überprüfen.

Funktionsweise von Füllstandsensoren

Es gibt verschiedene Arten von Füllstandsensoren, die jeweils nach einem anderen Prinzip arbeiten. Die vier gängigsten Typen sind:

1. Schwimmer-Typ

Ein Rohr mit einem eingebauten Draht wird oben und unten am Tank befestigt und ein magnetisierter Schwimmer, der sich mit dem Flüssigkeitsstand entlang des Rohrs hebt und senkt, schwimmt auf der Flüssigkeitsoberfläche. Der Flüssigkeitsstand wird anhand der Strecke gemessen, die der Schwimmer und der Draht im Inneren des Rohrs zurücklegen.

2. Ultraschalltyp

Der Abstand zwischen dem Sensor und der Flüssigkeitsoberfläche wird gemessen, indem eine Ultraschallwelle zur Flüssigkeitsoberfläche gesendet, reflektiert und die Zeit gemessen wird, in der sie empfangen wird.

3. Kapazitiver Typ

Der Sensor wird in geringem Abstand zur Tankwand positioniert und überwacht die Kapazität zwischen der Wand und dem Sensor. Befindet sich Flüssigkeit zwischen dem Sensor und der Wand, ist die Kapazität größer; ist der Tank leer, ist die Kapazität kleiner.

Es wird davon ausgegangen, dass die Tankwände aus Metall bestehen. Wenn die Flüssigkeit nicht leitend ist, nimmt der Beitrag der von der Flüssigkeit abgeleiteten kapazitiven Komponente mit der Höhe der Flüssigkeitsoberfläche zu.

Im Allgemeinen ist die relative Dielektrizitätskonstante von nichtleitenden Flüssigkeiten größer als die von Luft, was bedeutet, dass der überwachte Kapazitätswert bei höheren Höhen der Flüssigkeitsoberfläche größer und bei niedrigeren Höhen der Flüssigkeitsoberfläche kleiner ist. Wenn diese Beziehung im Voraus als bekannte Funktion ermittelt wird, kann die Höhe der Flüssigkeitsoberfläche aus den tatsächlich gemessenen Werten des Sensorausgangs bestimmt werden.

Ist die Flüssigkeit hingegen leitend, gibt es keine von der Flüssigkeit abgeleitete Kapazitätskomponente, so dass die Höhe der Flüssigkeitsoberfläche auf die gleiche Weise bestimmt werden kann, indem die Sensorelektroden mit einem Isolator (Dielektrikum mit konstanter relativer Dielektrizitätskonstante) abgedeckt werden und der Sensor so konfiguriert wird, dass Schwankungen in der von der Luft abgeleiteten Kapazitätskomponente auf der Grundlage von Schwankungen in der Höhe der Flüssigkeitsoberfläche effektiv erkannt werden.

4. Optischer Typ

Das optische System, das aus einer Infrarot-LED und einem Empfänger besteht, ist so konzipiert, dass das Infrarotlicht den Empfänger erreicht, wenn keine Flüssigkeit vorhanden ist. Wenn der Sensor in Flüssigkeit eingetaucht ist, kann das Licht den Empfänger aufgrund von Lichtbrechung usw. nicht erreichen, so dass ein Anstieg des Flüssigkeitsstands erkannt werden kann.

Berührungslose Füllstandsensoren

Zu den bekannten berührungslosen Füllstandsensoren gehören Ultraschall-, Funkwellen-, Laser-, Strahlungs-, gravimetrische und Direktsichtsensoren.

Der Ultraschalltyp misst die Zeit, die die Ultraschallwellen benötigen, um von der Flüssigkeitsoberfläche zurückgeworfen zu werden. Die Messung ist zwar unabhängig von der Art der Flüssigkeit, aber sie ist anfällig für Kondensation und Hindernisse.

Radiowellensysteme messen die Zeit, die elektromagnetische Wellen benötigen, um von der Flüssigkeitsoberfläche zurückgeworfen zu werden. Sie zeichnen sich zwar durch eine hohe Umweltbeständigkeit aus, sind aber auch teuer und haben den Nachteil, dass sie große und schwere Geräte benötigen.

Beim Lasertyp wird ein Halbleiterlaser verwendet, um die Reflexion des Lichts von der Flüssigkeitsoberfläche zu messen. Er zeichnet sich durch seinen kleinen Messfleckdurchmesser aus und wird daher nicht durch Hindernisse im Tank beeinträchtigt. Andererseits ist sie teuer und erfordert eine Sicherheitskontrolle des Lasers.

Der Strahlungstyp nutzt die Transmission und Absorption von Gammastrahlen zur Messung. Sie können in giftigen, heißen und korrosiven Umgebungen eingesetzt werden, erfordern aber aufgrund des potenziellen Risikos für die menschliche Gesundheit Sicherheitskontrollen.

Gravimetrische Systeme messen den Flüssigkeitsstand durch Wiegen des gesamten Tanks. Dieses Verfahren hat zwar den Vorteil, dass es nicht durch das Tankinnere beeinflusst wird, ist aber anfällig für Änderungen des spezifischen Gewichts der Flüssigkeit, wie z. B. Blasenbildung.

Bei der direkten visuellen Methode wird der Füllstand visuell überprüft. Sie ist die billigste Methode, hat aber den Nachteil, dass sie bei Verschmutzung gereinigt werden muss und schwer zu automatisieren ist.

Füllstandsensoren auf Elektrodenbasis

Füllstandsensoren auf Elektrodenbasis (Niveauschalter) sind elektrische Füllstandssensoren ohne bewegliche Teile und werden häufig zur allgemeinen Füllstandskontrolle in verschiedenen Industriezweigen eingesetzt, z. B. in der Stahl-, Lebensmittel-, Chemie-, Pharma- und Halbleiterindustrie, in der Landwirtschaft, in Wasseraufbereitungsanlagen und bei der Abwasserbehandlung.

Bei der Messung wird eine Wechselspannung zwischen der Erdungselektrode und der Detektionselektrode angelegt. Sind die Elektroden nicht in Kontakt mit der Flüssigkeit, fließt kein Strom, sind die Elektroden jedoch in Kontakt mit der Flüssigkeit, fließt ein Strom. Nach diesem Prinzip können nur leitende Flüssigkeiten nachgewiesen werden.

Das Gerät besteht aus einem Elektrodenhalter, Prozessanschluss, Elektrodenstab und Relaiseinheit. Abgesehen von der Relaiseinheit gibt es keine elektronischen Komponenten und keine beweglichen Teile, so dass es sich um einen einfachen Aufbau handelt.

Was ist ein Glasfaserkabel?

Glasfaserkabel (optische Kabel) werden in der Glasfaserkommunikation verwendet, bei der Informationen mit Hilfe von optischen Signalen übertragen werden.

Es besteht aus mehreren Fasern, den so genannten Lichtwellenleitern, die gebündelt und beschichtet sind. Glasfaserkabel gewinnen zunehmend an Bedeutung, da das moderne Internet von der Telefonleitung zur Glasfaserkommunikation übergeht.

Glasfaser ist eine hochtransparente Faser aus hochreinen Glasfasern, die es ermöglicht, dass sich optische Signale über große Entfernungen praktisch ohne Dämpfung ausbreiten können. Dies ermöglicht eine schnellere Kommunikation über größere Entfernungen als über Telefonleitungen.

Anwendungen von Glasfaserkabeln

Zu den wichtigsten Verwendungszwecken von Glasfaserkabeln gehören verschiedene Messinstrumente, Beleuchtungen und andere Leuchtmittel sowie Fiberskope für medizinische und industrielle Anwendungen. Neben Glasfaserkabeln für das Internet werden Glasfaserkabel auch für eine Vielzahl anderer Anwendungen eingesetzt.

Fibroskope sind Geräte, mit denen man das Innere von unzugänglichen Geräten und den menschlichen Körper beobachten kann. Medizinische Endoskope sind ebenfalls eine Art von Glasfaserkabeln und ermöglichen die Betrachtung des betroffenen Bereichs in Echtzeit auf der Grundlage der durch die Glasfasern übertragenen optischen Informationen.

Funktionsweise von Glasfaserkabeln

Die optischen Fasern, aus denen Glasfaserkabel bestehen, bestehen aus zwei Arten von Glas: einem zentralen Kern und einem umgebenden Mantel. Der Kern besteht aus Glas mit einem hohen Brechungsindex und die Ummantelung aus Glas mit einem etwas niedrigeren Brechungsindex, so dass die optischen Signale im Kabel an der Grenze zwischen Kern und Ummantelung vollständig reflektiert werden. Dadurch kann sich das Lichtsignal über eine große Entfernung praktisch ohne Dämpfung ausbreiten.

Arten von Glasfaserkabeln

Die Glasfasern, aus denen Glasfaserkabel bestehen, werden je nach Durchmesser des Kerns in zwei Typen unterteilt: Singlemode-Fasern und Multimode-Fasern.

1. Singlemode-Faser

Dies ist eine optische Faser mit einem kleinen Kerndurchmesser (etwa 10 µm). Es wird nur Licht übertragen, das in einem bestimmten Winkel total reflektiert wird. Da die Einfallsgeschwindigkeit des Lichts konstant ist, ermöglicht sie eine stabile Kommunikation mit hoher Kapazität über große Entfernungen.

2. Multimode-Faser

Eine Glasfaser mit einem großen Kerndurchmesser (etwa 50 µm), die gleichzeitig mehrere Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Totalreflexionswinkeln überträgt. Da die Ankunftsgeschwindigkeit der einzelnen Lichtstrahlen unterschiedlich ist, eignet sie sich nicht für große Entfernungen und wird hauptsächlich für die Kommunikation mittlerer und kleiner Mengen über kurze Entfernungen verwendet. 

Methoden zur Verbindung von Glasfaserkabeln

Es gibt zwei Hauptarten von Spleißverfahren für Glasfaserkabel: Schmelzspleißen und Steckerspleißen. Da beide unterschiedliche Eigenschaften haben, sollte die Spleißmethode entsprechend der Anwendung ausgewählt werden.

1. Schmelzspleißverfahren

Die Spitzen der Lichtwellenleiter werden erhitzt und geschmolzen, um die Spitzen der Lichtwellenleiter miteinander zu verbinden. Das Schmelzspleißverfahren hat eine geringe Signaldämpfung an der Spleißstelle und benötigt wenig Platz zum Spleißen. Da das Verbindungsteil stoßempfindlich ist und leicht brechen kann, wird es zur Verstärkung des Kerndrahtes mit einer Faserschutzhülle überzogen und wärmebehandelt.

Es gibt zwei Arten von Ausrichtungsmethoden: die Kernausrichtungsmethode, bei der der Kern unter einem Mikroskop so positioniert wird, dass seine Mittelachse mit dem Kern übereinstimmt, und die Methode der festen V-Nut-Ausrichtung, bei der mehrere Faserkerne in einer festen V-Nut ausgerichtet und durch Oberflächenspannung während des Schmelzens miteinander verschmolzen werden.

2. Verbindungsmethode

Bei dieser Methode werden die Fasern mit einem speziellen Verbinder verbunden. Bei der Schmelzklebemethode kann eine einmal hergestellte Verbindung nicht wieder gelöst werden, während die Konnektormethode wiederholt verbunden und getrennt werden kann. Diese Methode wird dort eingesetzt, wo Schaltpunkte erforderlich sind, z. B. für den Betrieb und die Wartung von optischen Diensten. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Form der Steckerspitze frei gewählt werden kann, was einen direkten Anschluss an die Geräte ermöglicht.

Weitere Informationen zu Glasfaserkabeln

Abtrennung von Glasfaserkabeln

Glasfaserkabel bestehen aus dünnem Glasmaterial, das anfälliger für Biegungen und Brüche ist als Metallkabel. Es besteht daher die Gefahr, dass sie aus folgenden Gründen brechen:

1. Äußere Erschütterungen
Der einfachste Fall eines Kabelbruchs ist, wenn das Glasfaserkabel einem Schlag ausgesetzt wird. Glasfaserkabel aus dünnem Glasmaterial können durch Erschütterungen beschädigt werden. Es sollte darauf geachtet werden, dass die Verkabelung nicht in Bereichen erfolgt, in denen viel Fußgängerverkehr herrscht.

2. Auswirkungen auf Versorgungsmasten durch Katastrophen
In einigen Fällen kann das Glasfaserkabel aufgrund von Erschütterungen an den Masten, die das Glasfaserkabel tragen, brechen. Das mit dem Mast verbundene Glasfaserkabel wird beschädigt, wenn der Mast durch ein Erdbeben oder einen Unfall erschüttert wird.

3. Durch Tiere verursachte Schäden
In einigen Fällen kann das Kabel durch Tiere, die daran nagen, beschädigt werden. Wenn Sie Haustiere haben, sollten Sie es vermeiden, Kabel über Haustierleitungen zu verlegen, oder Maßnahmen ergreifen, um zu verhindern, dass Haustiere hindurchgehen können.

Preise für optische Kabel

Die Preise für Glasfaserkabel variieren je nach Typ, aber ein 100 m langes Multimode-Glasfaserkabel kann für etwa 200 USD bis 300 USD erworben werden. Singlemode-Glasfaserkabel sind etwas teurer und kosten etwa 400-500 USD für 100 m.

Die Preise variieren je nach Form des Steckers: SC-Stecker sind am billigsten, gefolgt von LC-Steckern und FC-Steckern, in dieser Reihenfolge. Wenn keine Steckverbinder benötigt werden, können Kabel ohne Steckverbinder gekauft werden; in diesem Fall sind die Kosten am niedrigsten.

Auch 10-Gbit-kompatible optische Kabel mit höheren Übertragungsgeschwindigkeiten sind etwas teurer. Andere sehr robuste Kabel für den Außeneinsatz können sogar noch teurer sein.

Im Allgemeinen gibt es Mengenrabatte, so dass einige Unternehmen den Preis senken können, wenn sie Kabel in großen Mengen kaufen.