Sensorik Probleme bei alten Klausuren

[TFWalther]

Hi,
ich versuch mich gerade mithilfe der 2 vorhandenen Klausuren auf Sensorik vorzubereiten und stoße gleich auf eine Reihe von Problemen:

Klausur von 2008:

1. a,b: Was ist ein Transmitter bzw. wie nennt man einen Sensor mit normierten, analogen Ausgang? Nach meinen Aufzeichnungen ist das eine jeweils die Antwort des anderen, kann doch nicht sein oder?

g, h: Was ist ein TCO? Welche Einheit besitzt der TCO? - Ja was isses, wer kann helfen? Vielen Dank im vorraus

[Haxburner]

Zur ersten Frage habe ich noch keine Antwort, da ich gerade erst anfange für das Fach zu lernen.

TCO ist aber wohl die engl. Abkürzung des Temperaturkoeffizienten, dessen Einheit 1/K ist. Wenn ich falsch liege korrigiert mich bitte aber mir ist so als hätte er diese Bezeichnung während der Vorlesung genannt.

mfG
Hax

/Edit: Ich finde hier nur eine Klausur, kannst du mir die andere vielleicht zukommen lassen?

[thodel]

die andere klausur gibts hier: http://fsr.et.tu-dresden.de/service/ind ... &Itemid=18
oder inkl. aller bekannten Klausuren im nA: viewtopic.php?f=255&t=6690&p=83932#p83932

ich würde auch sagen, dass der TCO im deutschen dem TKO entspricht. Mit 1/K als Einheit.
die ersten drei Fragen würden mich auch interessieren,z.B. die 3. :
"Geben Sie den Bereich des Ausgangsstromes eines Sensors mit lebendem Ausgang an!"

edit: Lösung 3.: aus erster VL: 4...20 mA

Hat jemand Ideen?

[thodel]

hat jemand Lösungen zur Thermosäule und eine Antwort zu der Frage: "Welche physikalische materialgröße domoniert die Temperaturabhängigkeit des Widerstandes thermoresistiver Sensoren aus einkristallinem Silizium
a) im Fall der Störstellenerschöpfung
b) bei Störstellenreserve ? "

?

[dave]

Klausur 2008:

1.
a) Übertrager
b) ???
c) was ist mit "lebendem Ausgang" gemeint? (an etwas mit 4...20mA kann ich mich auch erinnern)
d) Nullpunktabweichung
e) V/Messgröße
f) 1/K
g) Temperatur Coefficient of Offset (also das alpha_0 in der Tabelle unter 1.4.2)
h) 1/K

2.
a) Bei umkehrbaren Wandlern wird die Energie der Messgröße durch Energieumwandlung in die Ausgangsenergie umgesetzt.
Bei parametrischen Wandlern verändert die Energie des Messsignals die Parameter des Energiewandlers. Die Eingangsenergie wird durch eine Speiseenergie gewonnen.

b) umkehrbar: piezoelektrischer Beschleunigungssensor/Kraftsensor
parametrisch: DMS, piezoresistiver Beschleunigungssensor, kapazitiver Feuchtesensor, resistiver Temperatursensor, Feldplatte

3. mit dem Beispiel aus der 97er Klausur:
, T: -80...120°C, phi:0..100W, T_0=20°C
a)






b)


Also Fehlerklasse 0,1

4.
b) durch das Kriechen der Umkehrstellen wird dem Ergebnis ein positiver Fehler hinzugefügt, der dem negativen Fehler durch die Relaxation der Werkstoffe entgegenwirkt

c)Definition:
Beschreibung: ??

d) 2

5.
Vorteile: - immer im Ruhezustand -->kein Kriechen, keine Nichtlinearität durch große Auslenkungen, schnell
Nachteile: - zusätzliche Energiequelle notwendig

6.
b), wenn die Dicke des Wafers viel größer als die Öffnung der Oxidmaske ist und die Bodenplatte als unendlich ausgedehnt betrachtet wird

7.
wie 1.Übung

8.
a) ein Pt100 ist ein resistiver Temperatursensor aus Platin mit einem Widerstand von 100 Ohm bei 0°C und einem positiven Temperaturkoeffizient
b) Pt100 muss von einem Messstrom durchflossen werden und die Zuleitungen erzeugen einen zusätzlichen temperaturabhängigen Widerstand. Lösung: kleiner Messstrom und Pt100 in Drei- oder Vierleiterschaltung einsetzen.

Zur 97er Klausur:

Die Aufgabe mit der Temperaturabhängigkeit des thermoresistiven Sensors aus Mono-Si:
a) Beweglichkeit der Ladungsträger
b) Anzahl der Ladungsträger


der Spreading Resistance:
x1 und rho_si auf jeden fall ja
die anderen Größen haben nur geringen Einfluss

die Thermosäule:
a) mögliche Ergänzungen: -Außenring aus p-Si, Innenring aus n-Si, Spannungsmesser zwischen Außen- und Innenring
Temperaturdifferenz tritt zwischen Außen- und Innenring auf

b) Strahlung ->Absorption der Strahlung des Innenring -> Tempunterschied zwischen Außen- und Innenring -> Seebeck-Effekt -> Kontakspannung U_a

c) Absorptionsvermögen, Strahlungsenergie

Feedback erwünscht

[thodel]

Hier meine bisherigen Ergänzungen, in Absprache mit Komilitonen

Bitte korrigiert mich, falls ich falsch liegen sollte/könnte !!

Klausur 2008:

1.
a) ein Sensorelement mit Messschaltung, das eine analoge Messgröße in ein analoges, elektrisches Signal
umwandelt und normiert ausgibt
b) Transmitter ?!
c) 4 ... 20 mA
d) den Nullpunktversatz einer Größe oder eines Messwertes
e) allgemeiner: Ausgangssignal / Messgröße
f,g,h) wie oben

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2.
a)
(Sensor = Wandler, der eine Energieform in eine andere umwandelt)

Parametrische Wandler:
- nicht umkehrbar
- Messsignal ändert geometrische oder Material-Parameter des Wandlers, Eingangsenergie = Speiseenergie

umkehrbare Wandler / Energiewandler
- umkehrbar
- Eingangsgrößenenergie = Messsignalträger
- Ausgangssignal direkt aus Messprozess gewonnen

b) (wie oben und korrigiert/ergänzt)
umkehrbare/Energiewandler:
piezoelektrischer Beschleunigungssensor/Kraftsensor, Wegsensor mit Rückstellfeder

parametrische Wandler:
Feldplatte (da auf Änderung des elektrischen Widerstandes reagiert => resistiv), DMS, piezoresistiver Beschleunigungssensor, kapazitiver Feuchtesensor, resistiver Temperatursensor, induktiver/kapazitiver Beschleunigungssensor

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3. (wie oben, ausführlicher, ist übrigens 2011 Probe-klausur, nicht 97er !)
a)
Fmax = 100 V (Grundfehler) + 5 V (Zusatzfehler) = 105 V
delta_T bezieht sich auf T0 = 100 °C

F_abs = U_ist - U_soll = wie oben

F_red = F_abs / U_Nenn = wie oben, wobei U_Nenn doch nicht direkt bekannt ist, oder ?

b)

F_G = Fmax / U_Nenn = wie oben
da der Fehler ungerundet größer als 0,1 % ist, wird es Fehlerklasse 0,2 sein

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4.
a,b,d) wie oben bzw. Vorlesung
c) Ergänzung zu oben: Materialgröße, die die relative Widerstandsänderung charakterisiert ?

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5.
Vorteile:
- kein Drift
- Rückwirkungsfrei
- unkritische Nichtlinearitäten
- keine Relaxation
- schnell (laut Prof. Gerlach, laut Messtechnik langsam !)

Nachteile:
- Hilfsenergie nötig (wie oben)

Warum so genau: da Störeinflüsse kompensiert bzw. verringert/ausgeglichen werden

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6.

a) siehe VL
b)
Parameter: d und Dichte (siehe oben)

Vorteile:
- Nutzung von Halbleitertechnologie => günstig, reproduzierbar
- relativ genau

Nachteile:
- geringer Temperaturbereich (-50 °C ... 150 °C)
- hohe thermische Zeitkonstante
- Volumen-BE => nicht nachjustierbar
- Lichtempfindlich

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7.
wie 1. Ü

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8.
wie oben


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2011er Probe-Klausur:

"Welche physikalischen materialgröße dominiert die Temperaturabhängigkeit des Widerstandes thermoresistiver Sensoren aus einkirstallinem Silizium ?"

nicht genau anders herum ?, also :
a) Beweglichkeit der Ladungsträger, da die Anzahl ja fast gleich bleibt:
http://de.wikipedia.org/w/index.php?tit ... 0816082258

b) Anzahl der Ladungsträger, da diese mit steigender Temperatur zunimmt ?

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97er Klausur:

nur einige Ergänzungen, Rest wie aus der Vorlesung, nur mit vielleicht nem andern Vorzeichen

Thermosäule: soll wohl nicht drankommen...
Hab sowas gefunden wie:
außen Glashaube, und innen noch ein Thermoelement auf dem Metall-Substrat-Block ?? ist deins definitiv richtig, dave ?
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Aufgabe 2:
Randbedingungen und Definitionsgleichungen: was ist hier verlangt ? steht das nicht teilweise schon da ?

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Transmitter: siehe andere Klausur
Meßumformer: Messmittel, das eine Eingangsgröße mittels einer festen Beziehung in eine Ausgangsgröße umformt
Messgrößenumformer: wandelt nicht elektrische Größe in elektrsiche Spannung um (aktiver "MGU"), prinzipiell, auch laut Wiki wie ein Messumformer, scheinbar
Smart Sensor: ein Sensor (Wandler) mit Datenverarbeitung (Mikrocontroller) und Busanbindung

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Spreading Resistance/Ausbreitungswiderstand:
x1 und rho_si

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Einheit magnetische Feldstärke: A/m
(magnetische Flussdichte : T)
(magnetischer Fluss : Wb)






Bitte um weitere Korrekturen/Ergänzungen
z.B: Aufgabe 2 der 97er Klausur

weiß jemand, wie die letzten Klausuren, nach 2008, aussahen ?

[dave]

da der Fehler ungerundet größer als 0,1 % ist, wird es Fehlerklasse 0,2 sein

nimmt man immer die nächsthöhere Klasse bei unrunden Werten?

"Welche physikalischen materialgröße dominiert die Temperaturabhängigkeit des Widerstandes thermoresistiver Sensoren aus einkirstallinem Silizium ?"

nicht genau anders herum ?, also :

jap, da haste recht

Thermosäule: soll wohl nicht drankommen...
Hab sowas gefunden wie:
außen Glashaube, und innen noch ein Thermoelement auf dem Metall-Substrat-Block ?? ist deins definitiv richtig, dave ?

Bei dem Ding bin ich mir überhaupt nicht sicher

[TFWalther]

Man nimmt immer die höhere Klasse und bei der Thermosäule würd ich mich auf Wikipedia beziehen und oben mehrere Thermoelemente einzeichnen (so im Zick-Zack), zwischen Schicht und Luft drunter gibts dann einen Temperaturunterschied. Bin mir aber auch alles andere als sicher

[thodel]

die thermosäule soll aber nicht dran kommen (hat unser chinesischer komilitone vom mitarbeiter erfahren; es soll wohl eine relativ große Diskrepanz von der Probe-Klausur zur richtigen geben; nehme an, es wird so wie der 2008er), von daher würd ich mich auf die andern aufgaben konzentrieren, falls es da noch bedarf gibt...wie z.B. bei Aufgabe 2 der 97 KLausur
hat die jemand gelöst und würd sie hochladen ? hab die noch nicht weiter vertieft, aber kommt mir teilweise wie eine aufgabe aus der VL vor

[dave]

was ich mir vorstellen könnte:

T1 = F1 /A1
S1 = delta l / l_0
S2 = 0, da fest eingespannt
T2= -S1 * E / nü

darf das spickbaltt vorn und hinten beschrieben sein?

[thodel]

ja, darf es , mit was du willst. kannst auch was draufdrucken

[Darnok]

Danke für die Zusammenfassung Thodel!

[thodel]

immer gern Darnok! .. ist ja nicht alles nur von mir ...

T1 = F1 /A1
S1 = delta l / l_0
S2 = 0, da fest eingespannt
T2= -S1 * E / nü

übrigens: auch wenn das Ding fest eingespannt ist, so ist S2 doch nicht 0, oder ? es kann sich ja schließlich in die eine Richtung dehnen... laut VL ist es dann trotzdem: S2 = -nü/E * T1 + 1/E * T2 - nü/E *T3

[thodel]

ok, war doch nur allgemeiner fall, bei Verformungskörpern haben wir auch die T die nicht in Kraftrichtung zeigten 0 gesetzt

[Turk]

Weiß jemand, wieso Prof. Gerlach bei den Beispiellösungen (heute in der VL ausgeteilt) zur Aufgabe "Fehlerklasse eines Magnetsensors" bei den "0,5 % vom Messwert" nicht dem Messwert 0,5 T sondern den Maximalwert 1 T einsetzt?
Und wieso ist +-0,01 +- 0,01 = 0,01 ?

Grüße

[Langy]

Ging es nur mir so, oder hat sich bei der gestrigen Klausur bei Aufgabe 8 (Nichtlinearität) alles raus gekürzt, so dass sich keine Nichtlinearität ergibt? Darauf kann es doch keine 10 Punkte geben.

[Invictus]

Ging mir und nem Kumpel genauso.
Ich denke mal die haben wohl nen Fehler beim Erstellen der Aufgabe gemacht.