Volume 91, Issue 10

Zusammenfassung Das Driftverhalten von Platin-100-Dünnschicht-Temperatursensoren (Pt100), die mit unterschiedlichen Substratmaterialien aufgebaut sind, wurde untersucht. Dabei wurden die Pt100-Messwiderstände bei einer erhöhten Temperatur von 400 °C über einen Zeitraum von 38 Tagen gealtert. Die zeitliche Veränderung der Widerstandswerte ( R TPW ) gemessen am Tripelpunkt des Wassers ( T TPW = 0,01 °C) wurde unter Verwendung einer Tripelpunktzelle aufgenommen. Zusätzlich zu der thermischen Belastung wurde der Einfluss einer hohen elektrischen Dauerstrombelastung mit 10 mA charakterisiert. Es wird gezeigt, dass die Richtung der Drift, d. h. die Änderung des Widerstandwertes der Pt100-Sensoren, die bei identischen Bedingungen über fortschreitende Lager- und Betriebszeit gemessen wurde, maßgeblich vom jeweils verwendeten Keramiksubstrat abhängt. Pt100-Sensoren mit Magnesiumtitanat-Substrat weisen einen über die Zeit steigenden Widerstandswert auf, während dieser bei Pt100-Sensoren mit Aluminiumoxid-Substrat mit der Zeit fällt. Beide Sensortypen zeigen nach etwa 30 Tagen thermischer Belastung keine weitere signifikante Änderung ihres Widerstandwertes. Für beide Aufbauvarianten der Pt100-Sensoren führt eine zusätzliche elektrisch Belastung trotz großer Ströme zu keinem deutlich anderen Driftverhalten gegenüber den rein thermisch gealterten Sensoren. In der vorliegenden Studie wird nachgewiesen, dass das Differenzsignal der bei thermischer Lagerung gegenläufig driftenden Sensortypen ein signifikantes Maß für die quantitative Überwachung von deren Driftverhalten darstellt. Kombinierte Pt100-Sensoren bestehend aus einem Hauptsensor (geringe Drift) basierend auf einem Magnesiumtitanat-Substrat und einem Hilfssensor auf Aluminiumoxid-Substrat (höhere Drift mit umgekehrten Vorzeichen) erlauben bei beliebigen Temperaturen eine valide Selbstdiagnose anhand des Differenzsignals, das letztlich als Kriterium für den Sensoraustausch oder Anpassungen in der Signalverarbeitungselektronik verwendet werden kann, unabhängig von den konkreten Lager- und Betriebsbedingen.

Kurzfassung In diesem Artikel wird ein Ansatz zur Ölzustandsüberwachung mit dem Ziel vorgestellt, in Zukunft Veränderungen in den Eigenschaften von Schmierölen zu messen. Die Messung ermöglicht eine automatisierte Überwachung des Schmierstoffs und es können somit Maßnahmen der prädiktiven Instanthaltung eingeleitet und Beschädigungen der Maschinen vermieden werden. Um eine möglichst breite Masse an unterschiedlichen Maschinen mit Ölschmierung und auch Bestandsmaschinen überwachen zu können, soll die Sensorik in einen handelsüblichen Radialwellendichtring (RWDR) integrierbar sein. Zur Messung der Alterungseffekte wird eine Kombination aus Infrarot-(IR-)LED und -Fotodiode eingesetzt. In dieser ersten Iterationsstufe wird die Sensorik so ausgelegt, dass eine Sensitivität bezüglich des Rußgehalts im Öl besteht. Mit dem Aufbau ist es bei niedrigen Rußkonzentrationen möglich den Rußgehalt mit einer mittleren Messabweichung von 0,0026 Ma-% zu ermitteln. Vorgestellt werden die ersten Messergebnisse und Berechnungen der Rußkonzentration in Schmierstoffproben, sowie der Messaufbau und die Modellierung des Sensorverhaltens.

High-precision force measurement systems such as mass comparators, balances, or tactile force sensors usually feature kinematic structures designed as compliant mechanisms. The applications require precise knowledge of the properties of the mechanism. Stiffness is critical here, as it has a major influence on measurement resolution and uncertainty. When implementing the manufactured mechanisms, it is necessary to consider that even small variations in the geometric and material properties result in significant deviations from the pre-calculated properties. An experimental characterization is therefore essential. However, the stiffness determination methods described by the state-of-the-art are either time-consuming or have a high uncertainty. For this reason, a time-saving, low-uncertainty method was developed. The approach is based on the determination of the natural frequency. To significantly reduce the measurement uncertainty compared to the existing natural frequency method, the absolute elastic stiffness value is characterized by the relative change in natural frequency when attaching a well-known mass. This reduces the uncertainty of the stiffness value by at least 75 %. This work includes the derivation of the method, the consideration of analytical and numerical models, and the experimental verification using two applications.

This paper presents a nonlinear interface circuit for piezoelectric vibration energy harvester (PEH) with Synchronous Asymmetric Voltage Flipping and Charge Extraction process, denoted as SAFCE. SAFCE flips the PEH voltage polarity at positive peak and completely extracting charge at negative peak through LC resonance. The harvested power is independent of load. In theory, the harvested power is 200 % of SECE and 780 % of best impedance-matched SEH due to the energy injection mechanism, which enhances the electromechanical coupling coefficient of PEH. Moreover, a self-powered SAFCE circuit without rectifier bridge is designed, which reduces power consumption and eliminates the need for external power sources. Experimental measurements are carried out to compare with SEH and SECE circuits under the condition of either constant displacement magnitude (0.5 mm) or constant external excitation acceleration (10 m/s 2 ). The experimental results indicate that the power harvested by the SAFCE technique increased by 171 % compared with the SECE method and by 381 % compared with the best impedance-matched SEH method under the same conditions.

In this study, the derivation of the common formulas for calculating the field quantities of magnetic field strength and magnetic flux density from the physically measurable quantities current and induced voltage is shown in detail for toroidal shaped specimen. The simplifications of the inhomogeneous fields are described, which are based on equivalent geometric parameters and allow the use of the electrical measured quantities. While in the standards and literature no clear definitions of the equivalent geometric parameters are given, suggestions for these definitions are made. A review and comparison of various calculation rules from different standards for the equivalent geometric parameters is done. These calculation methods are further generalized in normalized form as a function of the diameter ratio of the toroidal specimen. Finally, the differences between the field quantities using the different methods of calculating the equivalent geometric parameters are analyzed.