第9组电容传感器德文报告文档格式.docx
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tsä
nderungistabhä
ngigvonderrelativenDielektrizitä
tskonstanten(Permittivitä
tszahl),denAbmessungendesObjektesunddemAbstanddesObjekteszumSensor.ErkanntwerdenleitendeundnichtleitendeMaterialien.
NichtleitendesObjekt
-Erhö
hungderKapazitä
tnurdurchErhö
hungdesDielektrikumsimBereichderFeldliniendesKondensatorsbeimEinbringendesObjektes
-ΔC=f(AO,εr)mitAO–Oberflä
chedesObjektes,εr–Permittivitä
tszahl
Leitendes,isoliertesObjekt
-zusä
tzlichzurGrundkapazitä
twirkteineKondensatoranordnungzwischen
SensorelektrodeundObjektundzwischenAbschirmungundObjekt
Leitendes,geerdetesObjekt
tzlicheparalleleKapazitä
tzwischenSensorelektrodeundObjekt
-grö
teKapazitä
tserhö
hungΔC---grö
teSchaltabstä
nde
3.Versuchsvorbereitung
3.1WelcheEigenschaftenkennzeichnenkapazitiveSensoren?
KapazitiveSensorenkö
nnenaufungefä
hralleMaterialien,derenDielektrizitä
tskonstanteandersistalsdievonLuft,reagieren.DieGrö
ederKapazitä
tsvergrö
erunghä
ngtvondemAbstanddesGegenstandesvordemSensor,denAbmessungenundderä
uß
erenFormdesGegenstandesundderSpezifischenDielektrizitä
tskonstante.
3.2WasverstehenSieunterfolgendenBegriffen:
-SchaltabstandundHysterese
Schaltabstand:
DerAbstandzwischenderPlatteunddemSensor-Bedä
mpfungselement,wennderSensoreingeschaltetist
Hysterese:
DerAbstandzwischenEinschaltabstandundAusschaltabstand
-Reduktionsfaktor:
Erbeschreibt,umwelchenFaktorsichderSchaltabstandaufgrundunterschiedlicherMaterialiengegenü
berWasserodergeerdetenMetallreduziert.
-AxialeundtangentialeAnsprechkurve
Nä
mlichtangential
4.Versuchsdurchfü
hrung
4.1Versuchsaufbau
Gerä
teliste:
-Rasterplatte
-Hö
henausgleich
-Fü
hrungsschlittenmitProbenhalter
-Wegmesseinrichtung(Ultraschall-WegmesseinrichtungoderMessschieber)
-Materialprobenkoffer
-KapazitiverSensor
-Verteilerbaustein
Aufbau:
4.2Materialerkennung
BestimmenSiefü
rverschiedeneMaterialprobendieinderTabelle1genanntenEigenschaftendurchSichtprü
fung,MessungenundTabellenbü
cher.
StellenSiefest,welchedieserMaterialienmittelskapazitiverSensorenerkanntwerden.Fü
hrenSiedazunacheinanderdieverschiedenenMaterialprobenandenSensorheranundkontrollierenSiedenZustandderLED-AnzeigedesSensors.
StellenSiedieErgebnissezusammen(Tabelle1)undklassifizierenSienach
folgendenKriterien:
-DickedesMaterialprobe
-Oberflä
chengü
te(glatt,rau)
-ElektrischeLeitfä
higkeit
Tabelle1:
Materialerkennung
Material
Dicke(mm)
Oberflä
che
Elektr.
Leitfä
Probeerkannt?
Ja/Nein
Bemerkung
Stahl(St37)
1
glatt
Ja
Kunststoffsw
2
Nein
Kunststoffws
Kunststoffklar
Kupfer
Messing
Aluminium
Aluminiumhellgrau
Pappe
rau
BlattPapier
Schaumstoff
DasFazit:
DerkapazitiveSensorkannungefä
hraufalleMaterialienreagieren.
4.3BestimmungdesSchaltabstandesundderSchalthysterese
Definitionen:
Schaltabstands
Abstand,beidembeiAnnä
herungderMessplatteandieaktiveFlä
cheentlangderBezugsachseeinSignalwechselamAusgangdesSensorsverursachtwird.
SchalthystereseH
DerSchaltabstandistbewegungsrichtungsabhä
ngig:
Schalthysterese=Ausschaltpunkt–Einschaltpunkt
RelativeSchalthystereseHrel
BestimmenSieSchaltabstandundSchalthysteresefü
rdasMaterialSt37.
PlazierenSiedieGerä
teaufderRasterplatteundstellenSiedieelektrischenVerbindungenher.BefestigenSiedieMaterialprobe(NormmessfahneausSt37,Breiteb=24mm)amProbenhalter.Ü
berprü
fenSiedieErdungderleitendenMaterialprobe!
SchiebenSiedenFü
hrungsschlitteninRichtungdesSensors,bisdieProbedieSensorstirnflä
cheberü
hrt.SchaltenSiedieWegmesseinrichtungeinundsetzenSiedieAnzeigeaufNull(Referenzposition).FahrenSiedanachdenFü
hrungsschlittenca.20mmvomSensorweg.
Versuchsdurchfü
hrung:
FahrenSiedieMaterialprobelangsammitdemFü
hrungsschlittenandenSensorheran,bisereinschaltet.(LEDleuchtet).
BestimmenSiedenAbstand(bezogenaufdieReferenzposition)mitHilfeder
WegmesseinrichtungundnotierenSiedenWert(Tabelle2).
Fü
hrenSiedieMessung5-maldurchundberechnenSiedenMittelwertdes
Einschaltpunktess-.DieserWertentsprichtbeieinerUmgebungstemperaturvon23°
C±
5KundderNennbetriebsspannungUN=22VdemNennschaltabstandsn.
hrungsschlittenvomSensorweg,biserausschaltet.Fü
hrenSiedieMessung5-maldurchundberechnenSiedenMittelwertdesAusschaltpunktess+.
Tabelle2:
Schaltabstand
M1
M2
M3
M4
M5
Mittelwert
Einschaltpunkts-[mm]
5.5
5.3
5.42
Ausschaltpunkts+[mm]
6.5
5.9
6.1
6.18
BerechnenSieHundHrelundstellenSiedieHystereseineinemDiagrammdar.
3
4
5
H
1.0
0.6
0.76
Hrel
16.4℅
9.8℅
12.5℅
4.4BestimmungdesReduktionsfaktorsR
Definition
VerwendenSiedengleichenAufbauwiebeimvorhergehendenVersuch.
BefestigenSiedieMaterialprobe(St37,b=40mm)amProbenhalter.SchiebenSiedenFü
hrt.SchaltenSiedieWegmesseinrichtungeinundsetzenSiedieAnzeigeaufNull(Referenzposition)
BestimmungvonsSt37=sn
VerschiebenSiedenSchlittensoweitvomSensorweg,bisdieLEDamSensorerlischtunddannwiederinRichtungdesSensors,bisderAusgangeinSchaltsignalabgibt(LEDan).
WegmesseinrichtungundnotierenSiedenWert(Tabelle3).
SchaltabstandessSt37.
Tabelle3:
SchaltabstandsSt37
sSt37[mm]
6.2
6.0
6.3
6.08
WiederholenSiedieobenbeschriebeneMessungfü
rdieinderTabelle4
angegebenenMaterialien.BestimmenSiedenReduktionsfaktorRfü
rdiese
Materialproben.
Tabelle4:
Reduktionsfaktor
Einschaltpunkts-[mm]
Reduktionsfaktor
R
R[%]
5.8
5.6
5.7
5.74
0.94
0.92
0.93
0.934
94
92
93
93.4
5.84
0.97
0.952
97
95.2
Magnet
1.01
0.99
0.998
101
99
99.8
5.9,
6.04
1.03
103
Stahl(V2A)
6.16
1.02
102
PVCweiß
1.7
1.1
1.3
1.26
0.28
0.18
0.21
0.207
28
18
21
20.7
PVCsw
1.9
2.3
1.86
0.31
0.30
31
30
PVCrot
1,9
1.66
0.27
27
2.6
2.8
2.4
0.43
0.46
0.39
43
46
39
1.5
0.24
24
4.5BestimmungderAnsprechkurves=f(x)
PlatzierenSiedieGerä
teaufderRasterplatteundstellenSiedieelektrischenVerbindungenher.BefestigenSiedieMaterialprobe(St37,b=24mmoderb=18mm)seitlichamProbenhalter.
FahrenSiedieMaterialprobemitdemFü
hrungsschlittensoandieStirnflä
chedesSensorsheran,dasservollstä
ndigü
berdecktistunddieSensorachsesichgenauinderMittederMaterialprobebefindet.JustierenSiedenSensordurchLö
senderMutternundverschiebenSiedenSensorimHaltewinkelso,dasserdieMaterialprobeberü
hrt.(s=0).
SchaltenSiedieWegmesseinrichtungeinundsetzenSiedieAnzeigeaufNull
(Referenzposition).
FahrenSiedieMaterialprobenachrechts,bisderSensorausschaltet(LEDaus).FahrenSiedannwiederetwasnachlinks,bisderSensoreinschaltet.BestimmenSiedieseitlicheVerschiebungx(bezogenaufdieReferenzposition)mitHilfederWegmesseinrichtungundnotierenSiedenWert(Tabelle5).
hrenSiedieMessung5-maldurchundberechnenSiedenMittelwertder
seitlichenVerschiebungx.
genSieAbstandsplattenzwischenMaterialprobenhalterundMaterialprobeein,sodassderAbstandszwischenSensorundMaterialprobe2mmbeträ
gtundwiederholenSiedievorhergehendeVersuchsdurchfü
hrung.BestimmenSieabermalsdieseitlicheVerschiebungundnotierenSiedenWert(Tabelle5).
WiederholenSiedieMessungenmitdenAbstä
nden:
4mm,6mm,7mmund8mm.
Tabelle5:
Ansprechkurve
Abstands[mm]
SeitlicheVerschiebungx[mm]
re
li
18.1
18.4
17.8
18.6
18.8
17.92
18.56
17.4
18.5
17.5
18.3
17.7
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