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Seit kurzem ist jedes der elf Hauptkapitel dieses Kompendiums auch als E-Book erhältlich. Die E-Book-Versionen bieten eine optimierte Lesbarkeit auf Mobilgeräten wie auch am Desktop. Weitere Infos hier.

Etliche in der Messtechnik und Sensorik bekannte Institutionen haben nach wenigen Wochen der Freischaltung bereits über das Kompendium berichtet, z.B. das Messweb sowie die Strategische Partnerschaft Sensorik. Auch in Wikipedia haben wir etliche Links bereits entdeckt. Einen ausführlichen Bericht finden Sie ab S. 3 der Ausgabe 92 des Sensorik-Magazins. Das Magazin wird herausgegeben vom renommierten, vom Bayerischen Wirtschaftsministerium unterstützten Sensorik-Cluster.

Die Professur für Regelungstechnik und Elektrische Messtechnik verfügt über langjährige Erfahrung in der Durchführung von praxisnahen Studien- und Forschungsarbeiten für Unternehmen. Besonderes Know-How besteht in der Akquisition staatlicher Forschungsfördergelder für kleine und mittelständische Unternehmen (KMUs), welche die Professur im Rahmen geplanter Kooperationen gerne übernimmt. Web: https://www.unibw.de/regelungs-und-messtechnik

Die speziell auf Spezialisten und Führungskräfte in der Entwicklung fokussierte Technikstudie stellt die komplette Bandbreite der am Markt verfügbaren Komponenten bzw. Produkte für die IOT-Integration in eigene Geräte und Systeme dar. Wer ein Entwicklungsprojekt plant, das IOT-Fähigkeiten in das eigene Produkt bringt, erhält mit der Studie ein effizientes Auswahlwerkzeug. Ein zusätzlich enthaltener Grundlagenteil erläutert in übersichtlicher Weise die dabei relevanten Technologien. Zur Studie: https://www.studie-iot.de

Fördern Sie Ihre Mitarbeiter/-innen im technischen Bereich, indem Sie Ihnen einen Gutschein zu unserem Fortbildungszertifikat überlassen. Die notwendige fachliche Vorbereitung – z.B. in Form eines Studiums unseres hier frei zugänglichen Online-Kompendiums – kann der/die Mitarbeiter/-in absolut flexibel zu Zeiten durchführen, die betrieblichen wie privaten Rahmenbedingungen entgegen kommen. Der abschließende Test kann online durchgeführt und beliebig wiederholt werden. Weitere Infos hier.

Kapazitive und induktive Sensoren können mit denselben Messverfahren, wie wir sie bislang zu den resistiven Sensoren beschrieben haben, ausgewertet werden. Wir müssen lediglich mit Wechselspannungen arbeiten und, insofern die Schaltungen bislang Festwiederstände vorsahen, diese zumindest teilweise durch Kondensatoren bzw. Induktivitäten festen Werts ersetzen. Mitunter finden sich auch alternative, fest in die Sensoren integrierte Auswerteelektroniken, bei denen die zu messenden Sensoren frequenzbestimmender Teil einer Oszillatorschaltung sind, womit ein frequenzmoduliertes Ausgangssignal erzeugt wird. Die Frequenzmessung wurde jedoch an früherer Stelle dieses Buchs bereits behandelt und soll deshalb hier nicht erneut aufgeführt werden. Die uns von resistiven Sensoren bekannten Auswerteschaltungen sind nachfolgend nach Umzeichnung auf die entsprechenden Wechselspannungsszenarien aufgeführt. In der messtechnischen Praxis wird hierbei zur Versorgung fast ausschließlich ein gleichanteilsfreies Sinussignal verwendet.

Bild 89 zeigt zunächst die direkte Messung über getrennte Bestimmung von Spannung und Strom. In Anlehnung an Bild 80 wurde eine spannungsrichtige Anschaltung vorgenommen. Für eine stromrichtige Anschaltung gilt Bild 79 analog.

Bild 89: Direkte Messung kapazitiver und induktiver Sensoren

Mit den beiden Messeingängen sind die Effektivwerte ueff und ieff zu ermitteln. Der  Quotient aus ueff und ieff ergibt bekanntermaßen den Blindwiderstand X. Für Kapazitäten hatten wir dies bereits früher besprochen. Wir können analog dazu hier schreiben:

(Formel 131)

Für Ls gilt dagegen

(Formel 132)

Cs bzw. Ls lassen sich aus den beiden Messwerten ueff und ieff also wie folgt ermitteln:

(Formel 133)
(Formel 134)

Im Unterschied zur Auswertung bei resistiven Sensoren benötigen wir zusätzlich noch die Frequenz des zur Versorgung verwendeten Sinussignals. Je nach Implementierung wird diese durch die Art der Sinusgenerierung als konstant und bekannt angenommen oder sie wird explizit gemessen. Letzteres ist i.d.R. die genauere Variante.

Wir verzichten an dieser Stelle auf die nochmalige Analyse der aus den nicht idealen Innenwiderständen der beiden Messeingänge resultierenden Messabweichungen bei spannungsrichtiger bzw. stromrichtiger Anschaltung sowie die zugehörigen Korrekturrechnungen. Hierfür gilt identisch das bei der Auswertung resistiver Sensoren bereits gesagte.

Auf einen Effekt, den es bei resistiven Sensoren nicht gibt, wollen wir jedoch kurz eingehen. Speziell induktive Sensoren weisen in der zur Realisierung einer Induktivität zwangsweise benötigten Spulenwicklung einen gewissen ohmschen Verlustwiderstand auf, der recht schnell einen Wert im Bereich weniger Ω bis in seltenen Fällen sogar wenigen 100 Ω aufweisen kann. In diesem Fall gilt die analoge Anwendung des ohmschen Gesetzes für Blindwiderstände nicht mehr. Wir müssen vielmehr die in der Elektrotechnik für Wechselsignale oftmals angewandte komplexe Schreibweise

(Formel 135)

ansetzen, was im sog. Ersatzschaltbild als Serienschaltung eines ohmschen Widerstands RW und einer idealen Spule LS interpretiert werden kann. Für den Betrag gilt:

(Formel 136)

was wir noch auflösen zu

(Formel 137)

Wir erhalten mit (137) ein genaueres Ergebnis als mit (134) und sollten diese Formel deshalb bevorzugt zur Auswertung heranziehen. RW kann durch eine einmalige Widerstandsmessung (z.B. mit einem Multimeter) bestimmt werden oder ist durch den Hersteller im Datenblatt angegeben. (136) und damit auch (137) gelten jedoch streng auch nur dann, wenn es sich um sog. Luftspulen handelt. Dies ist der Fall, wenn sich im Bereich des magnetischen Felds der Spule im Wesentlichen Luft oder ein anderes Gas befindet und keine magnetischen Werkstoffe. Letztere weisen von der Frequenz abhängige Ummagnetisierverluste auf, was sich im Ersatzschaltbild in einem zusätzlichen ohmschen Anteil äußern würde, der jedoch bei einer Messung des Wicklungswiderstands RW nicht sichtbar wäre. Aber auch in diesem Fall bringt die Anwendung von (137) zumindest eine partielle Verbesserung. Bei kapazitiven Sensoren gibt es vergleichbare Effekte üblicherweise nicht, weshalb wir es hier bei der Anwendung von (133) i.d.R. belassen können.

Die zu Bild 81 analoge Variante der Messung über ein Referenzelement ist in Bild 90 gezeigt. Das Referenzelement muss vom gleichen Typ sein: bei einem kapazitiven Sensor also ein Festkondensator, bei einem induktiven Sensor eine Spule festen Werts. Wir können ansetzen

(Formel 138)

bzw.

(Formel 139)

Die Auflösung nach den gewünschten Größen ergibt

(Formel 140)

bzw.

(Formel 141)

Auch hier wollen wir nicht weiter auf die Innenwiderstände der Messeingänge eingehen. Es sei auf die entsprechenden Ausführungen bei resistiven Sensoren verwiesen.

Bild 90: Messung über Referenzelement

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