Z1 GR. 09 - Sensoren/Aktoren/Steuern/Regeln

Hallgeber unterschied Magnetisches Geberrad und Stahlrad

Magnetisches Geberrad: Magnetflussänderung durch Magnete im Polrad

Stahlrad: Verstärkung/Abschwächung vom Magnetfluss

Erklärung Induktivsensor

Besteht aus einem Weicheisenkern mit einer Sensorspule. Der Geberring muss besteht aus einem ferromagnetischen Werkstoff (Eisen, Nickel, Kobalt). Durch das drehen des Geberrades entsteht in der Sensorspule eine Wechselspannung. Die Frequenz der Wechselspannung wird als Drehzahlsignal verwertet.

-> Bezugsmarke zur Positionserkennung

-> Geberräder werden gesintert oder gestanzt

Erklärung seismischer Querbeschleunigungsgeber

Eine seismische Masse wird durch Querbeschleunigung verschoben. Dies hat eine Kapazitätsänderung von Messkondensatoren zur Folge.

Erklärung Querbeschleunigungsgeber Differenzwandler

Ein Eisenkern ist in Silikonöl gelagert und durch zwei Blattfedern zentriert. Wirkt eine Beschleunigung auf den Eisenkern ein, verschiebt er sich. Eine Primärspule erzeugt ein Wechselstromfeld, welches durch den Eisenkern auf zwei Sekundärspulen übertragen wird. Die beiden Sekundärspulen sind in Serie geschaltet und bifilar gewickelt. Dadurch wird erkannt, auf welche Seite sich der Eisenkern bewegt hat.

Erklärung Schlitzscheibenpendel

Eine Codescheibe wird durch die Querbeschleunigung an einem Drehpunkt gedreht. Die Codescheibe hat einen Code in Form von Öffnungen. Diese verdecken oder öffnen eine Lichtschranke zwischen einer LED und einem Fototransistor.

Erklärung Beschleunigungssensor mit Hallgeber

Funktionier mit dem Masseträgheitsprinzip der Seismischen Masse. Als seismische Masse wird ein Dauermagnet verwendet, welches sich beim Ausschlag vom Hallsensor wegbewegt. Je grösser der Ausschlag ist, desto grösser ist die induzierte Spannung.

Wo sollten Querbeschleunigungssensoren im Fahrzeug montiert sein?

Möglichst nahe am Schwerpunkt des Fahrzeuges

Erklärung mechanische Spannungsmess-systeme

Funktioniert mit dem Transversaleffekt. Zwei unterschiedlich polarisierte Piezokeramikstreifen werden miteinander verbunden. Biegen sie sich auf eine Seite, wird der eine Streifen gedehnt und der andere gestaucht. Es entsteht eine Spannung.

Erklärung Lenkwinkelsensor optisch

Besteht aus Codescheibe und Lichtschranke. Das Steuergerät muss die Umdrehungen zählen.

Erklärung Lenkwinkelsensor mit Hallgeber (LWS1 und LWS3)

LWS1: 14 Hallschranken, montiert auf Zahnrädern. Übersetzungsverhältnis 1:4 zur Lenkwelle

LWS3: 2 Hallsensoren, jeweils auf einem Zahnrad montiert. Die Zahnräder haben leicht unterschiedliche Zähnezahl. Dadurch entsteht für jeden Lenkwinkel eine eindeutiges Winkelpaar (Modifiziertes Noniusprinzip)

Erklärung Gierratensensor mit Resonanzschwingung

Eine Stimmgabel wird mittels Wechselstrom in Schwingung versetzt. (11kHz) die Messgabel der gleichen Einheit schwingt nicht mit. Schwingende Objekte reagieren träger auf Verschiebung als statische Objekte. Wirkt nun eine Drehung auf die Messeinheit verdreht sie sich dadurch in sich selber und erzeugt eine Ladungsverscheibung.

Erklärung Corioliskraft-Sensoren

Die Corioliskraft ist eine Scheinkraft, welche 90° gegenüber einer Drehrichtung wirkt. Sie ist das Ergebnis von der Massenträgheit von schwingenden Objekten.

-> Bsp: starke Kurvenfahrt Seitenbeschleunigung

Corioliskraft-Sensoren bestehen aus einem Magneten und einer Schwingmasse dazwischen, welche sich von Seite zu Seite bewegen kann.

Erklärung Oberflächenmikromechanischer Drehratensensor

Basiert auf dem Prinzip der Massenträgheit der Schwingenden Masse. Die Schwingung wird durch einen Antriebskondensator erzeugt. Der Drehschwinger reagiert nun träger auf eine Beschleunigung, was eine Out-of-Plane Bewegung zur Folge hat. Damit verschieben sich die Kondensatorplatten und es findet eine Kapazitätsänderung statt.

Erklärung Thermischer Ölstandssensor

Zwei Widerstandselemente werden in das Öl eingelassen. Diese beiden Widerstände werden nun bestromt und somit auf einer konstanten Temperatur gehalten. Öl leitet die Wärme davon besser ab als Luft. Das heisst, dass je mehr Öl verfügbar ist, desto mehr Heizstrom nötig ist. Dieser Heizstrom ist der Messwert für den Ölstand.

Erklärung Ölzustandssensor

2 Röhrchen werden in das Öl eingelassen. Diese Rohre sind Kondensatoren, das Öl ist das Dielektrikum. Gemessen wird die Ölmenge im oberen Teil und die Ölqualität im unteren Bereich. Eine Kapazitätsänderung geschieht hier durch Änderung der Ölmenge und der Ölqualität.

Was sind Aktoren?

Schnittstelle zwischen Prozess und Signalübertragung

-> Muskeln der Mikroelektronik

Erklärung/Beispiel Elektromagnetisches Aktorprinzip

ein Elektromagnet bewirkt eine Zustandsänderung. Besitzt nur eine aktive Wirkungsrichtung und braucht ein Rückstellmoment

-> Relais

Erklärung/Beispiel Elektrodynamisches Aktorprinzip

Funktionier gleich wie das elektrostatische Wirkprinzip, hat jedoch zwei aktive Wirkrichtungen; braucht deshalb kein Rückstellmoment

-> Elektromotoren

Erklärung/Beispiel Piezoprinzip Aktoren

Verformung des Piezokristalls bewirkt eine Spannung

direktes Wirkprinzip = Druck auf Kristall erzeugt Spannung

inversives Wirkprinzip = Spannung am Kristall erzeugt Ausdehnung

-> Klopfsensoren

Erklärung/Beispiel Pyrotechnisches Prinzip Aktoren

Eine Pyrotechnische Ladung wird gezündet und Gas unter Druck strömt aus

-> Airbag