Drucksensor mit Matlab/Simulink
Sensor: dPressure 500
Autor: Ilja Scheremeta Betreuer: Prof. Schneider
Aufgabenstellung
In dem Fach "Signalverarbeitende Systeme" aus dem Studiengang "Business and Systemsengineering" der Hochschule Hamm-Lippstadt obliegt jedem Studierenden die Aufgabe sich semesterbegleitend mit einem ausgewählten Sensor auseinander zu setzen. In diesem Zusammenhang soll der jeweilige Sensor im Laufe der Ausarbeitung mit MATLAB/Simulink ausgelesen und im Anschluss im HSHL Wiki sinnvoll und verständlich dokumentiert werden.
Der Sensor und seine Funktionsweise
Bei dem dPressure 500 Sensor für Lego Mindstorms NXT handelt es sich um einen analogen Silizium-Drucksensor, mit dem verschiedene Druckschwankungen gemessen werden können. Dieser Sensor arbeitet mit einem Mikroprozessor, welcher die A/D-Wandlung unterstützt und weist folgende technische Daten auf:
Messbereich: von 0 (Vakuum) bis 500kPa (70psi)
Messbare Schwankungen: 0,25kPa (0,05psi)
Genauigkeit: +/- 2,5%
Mittlere Antwortzeit: 1ms
Betriebsversorgungsspannung: 4,75V bis 5,25V
Betriebsversorgungsstrom: 7mA
Betriebstemperatur: 0°C bis 85°C
In der Messtechnik gibt es je nach Messverfahren unterschiedliche Drucksensoren. Der dPressure500 gehört zu dem Typen des kapazitiven Differenzdrucksensors. Es bedeutet, dass hierbei die Differenz zweier Absolutdrücke p1 und p2 gemessen und miteinander verglichen wird. Aus diesem Grund besitzt der Sensor zwei separate Druckanschlüsse und arbeitet im Vergleich zu vielen anderen Drucksensoren ausschließlich in einem positiven Bereich, wobei p1 den Druck darstellt, der im Vergleich zu p2 verändert wird und p2 immer konstant bleibt (p1≥p2). In diesem Fall liegt der Messbereich zwischen 0kPa und 500kPa.
Außerdem besitzt dPressure500 demzufolge zwei Messkammer, die durch eine Siliziummembran hermetisch voneinander getrennt sind. Die Funktionsweise hierbei ist wie bei einem Plattenkondensator mit einem variablen Elektrodenabstand. Die Siliziummembran und die Gegenelektrode stellen an dieser Stelle die beiden Elektroden des Kondensators dar und die Luft dazwischen ist das Dielektrikum. Erhöht sich der Druck p1, so biegt sich die Membran durch und der Abstand zwischen den Elektroden und dadurch die Kapazität des Kondensators wird verringert. Durch die Veränderung des Abstandes wird auch der Stromfluss und somit auch die Ausgangsspannung Vout beeinflusst. Die Biegung der Membran ist also in diesem Zusammenhang ein Maß für die Größe des Differenzdruckes.