Was versteht man unter Schwinggüte (Definition?), was unter absoluter Bandbreite und was unter relativer Bandbreite?
Welche verschiedene Arten von Temperatursensoren können Sie nennen? Geben Sie kurz Vor- und Nachteile an.
In welchem Wertebereich kann die relative Bandbreite liegen?
Die relative Bandbreite liegt zwischen 0 und etwa 1:
nahe 0 bei hochgütigen, scharf resonanten Systemen,
nahe 1 bei stark gedämpften, breitbandigen Systemen
Wie können Sie die Schwinggüte direkt aus einem Zeitsignal (z.B.: Abklingvorgang eines Spannungssignals) bestimmen?
Wie können Sie die Bandbreite näherungsweise aus der Abklingzeit ermitteln?
Was müssen Sie beachten wenn Sie einen Schwingquarz als Temperatursensor nutzen möchten?
Bei den Quarzquerschnitten, muss darauf achten, dass der Quarzschnitt temperaturabhängig ist, wie zum Beispiel der Dickenschwinger als Schwingquarz. Dies erkennt man daran, dass alpha nicht null ist, wie bei den anderen Schwingquarzen. -> somit starke Frequenzänderung pro Kelvin
Welche Vorteile hat der Schwingquarz als Temperatursensor hinsichtlich der Sensorsignalerfassung?
Der Schwingquarz als Temperatursensor ist bei der Signalerfassung besonders vorteilhaft, weil:
das Sensorsignal eine Frequenz ist → sehr genau messbar
störunempfindlich gegen Amplituden- und Offsetfehler
direkt digital auswertbar (Zählen statt Analogmessung)
stabil und langzeitkonstant
Wie groß ist der typische Temperaturkoeffizient eines temperaturempfindlichen Halbleiter pn-Übergang (Silizium)?
Was ist die Grundidee eines Stromspiegels? Zeigen Sie anhand von Schaltungen wie diese Schaltung zustandekommt
Warum wird beim temperaturempfindlichen Halbleiter pn-Übergang immer die Differenzspannung zweier Durchlaßspannungen verwendet? Erklären Sie kurz.
Kurz gesagt: um störende Einflüsse zu eliminieren und eine saubere, gut definierte Temperaturabhängigkeit zu bekommen
Etwas genauer:
Die Durchlassspannung UF eines pn-Übergangs hängt nicht nur von der Temperatur, sondern auch von:
dem Strom I,
der Sättigungsstrom-Konstante / Bauteilstreuung,
der Geometrie und Dotierung,
Alterung und Fertigungstoleranzen
ab. Absolut gemessen ist UF also bauteilabhängig und ungenau als Temperaturmaß.
Deshalb verwendet man zwei pn-Übergänge:
beide bei gleicher Temperatur,
aber mit unterschiedlichen Stromdichten (z. B. unterschiedlicher Strom oder unterschiedliche Fläche).
-> Man bildet die Differenz der beiden Durchlassspannungen
-> Differenz eliminiert (weitgehend) die bauteilabhängigen Konstanten und Offsets und ist nahezu proportional zur absoluten Temperatur
Wie funktioniert eine Bandgap-Referenz?
Was versteht man unter thermischen Gleichgewicht?
Im thermischen Gleichgewicht ist die Temperatur überall konstant. Das heißt aber nicht, dass ein Körper, der die gleiche Temperatur wie seine Umgebung hat, keine Wärmestrahlung aussendet oder absorbiert. In diesem Fall empfängt er lediglich genau soviel Energie, wie er an die Umgebung abgibt. Ist ein Körper wärmer als das Temperaturbad, in dem er sich befindet, strahlt er mehr Wärme, bzw. Energie ab, als er absorbiert. Die Differenz zwischen Emission und Absorption führt zur Abkühlung eines Körpers.
Welche Vor- und Nachteile bringt eine berührungslose Temperaturmessung mit sich?
Vorteile:
Schnelle Messung
Messung an heißen / gefährlichen / unzugänglichen Objekten
Keine Beeinflussung des Messobjekts
Flächenmessung möglich
Nachteile:
Abhängigkeit vom Emissionsgrad (Emissivität)
Störeinflüsse durch Umgebung
Nur Oberflächentemperatur
Messfleck und Ausrichtung
Oft teurer und kalibrierungsaufwendig
Wovon hängt die Abstrahlleistung eines Körpers ab und wieso ist diese für die berührungslose Temperaturmessung von so großer Bedeutung?
Die Abstrahlungsleistung einer Oberfläche hängt sowohl von ihrer Temperatur als auch von ihrer Beschaffenheit ab. Der Bruchteil der Strahlung, der absorbiert wird, heißt Absorptionsgrad ε einer Fläche. Komplementär dazu ist der Reflexionsgrad r der sich aus r = 1 - ε ergibt. Absorbtions- und Reflexionsgrad zeigen Dispersion, d.h. sie sind von der Frequenz abhängig und natürlich auch von der Temperatur des Körpers.
Je besser ein Körper absorbiert, desto besser ist er in der Lage zu emittieren, d.h. Absorbtionsgrad und Emissionsgrad sind gleich groß.
Was ist das Planck’sche Strahlungsgesetz und was sagt das Wien’sche Verschiebungsgesetz aus?
Planck’sche Strahlungsgesetz:
Skizzieren Sie den Prinzipaufbau eines optischen Pyrometers.
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