Dieses Kapitel behandelt drei Themen-Bereiche: den Hall-Effekt, die Photometrie mit der
Photo-Voltaik und die Temperatur-Messung.
Was Sie im Kapitel 10 lernen:
- Strömungsmessung nach unterschiedlichen Methoden:
Hitzdraht-Anemometer, Schalenkreuz-Tachometer, Induktiver Strömungsmesser
- Der Hall-Effekt:
- Hall-Spannung und Empfindlichkeit
- Simulation eines induktiven Strömungs-Messers mit Hall-Sonde
- Ladungsträger-Beweglichkeit und Hall-Konstante
- Ladungsträger-Dotierung und -Konzentration, Halbleiter-Widerstände
- Messung des Erd-Magnetfeldes
- Der Magneto-resistive Effekt
- Photometrie:
- Die Farben des Lichts und das menschliche Auge
- Photometrische Mess-Größen:
- Lichtstrom (lm), Beleuchtungs-Stärke (lx)
- Lichtstärke und Leuchtdichte
- Strahlungs-Geometrie (Raum-Winkel in sr)
- Strahlungs-Intensität und Beleuchtungs-Stärke, Strahlungs-Äquivalent
- Faltungs-Integrale von Licht-Emittern und Licht-Sensoren
- Beleuchtungs-Messer mit LDR
- Photo-Diode und Photo-Transistor
- Photo-Voltaik:
- Photo-Zelle und Solar-Modul, Licht-technischer Wirkungsgrad
- Temperatur-Messung: Temperatur-Skalen (°C und K)
- NTC, PTC, Pt100, Thermo-Element
- Temperatur-Messer und -Wächter
- Zwei-, Drei- und Vierleiter-Technik
Warum Sie Kapitel 10 lesen sollten:
- Um physikalische Größen steuern und regeln zu können, müssen sie möglichst genau gemessen werden – d.h., sie sind in analoge elektrische Signale umzuwandeln. Hier erfahren Sie an Beispielen aus den Bereichen Magnetismus, Licht und Temperatur, wie dies mit Hilfe der Elektronik erfolgt.
- Bei der Behandlung des elektrischen Strömungsfeldes wurde gezeigt, dass die Elektronendichte in Leitern konstant ist. Der elektrische Strom verhält sich wie eine Flüssigkeit. In Halbleitern hängt die Elektronendichte von der Feldstärke ab. Deshalb sind die Ladungsträger in Halbleitern komprimierbar wie ein Gas. Einzelheiten dazu erfahren Sie im Abschnitt ‚Hall-Effekt‘.
- In Abschnitt ‚Photometrie‘ wird der Zusammenhang zwischen spektraler und effektiver Intensität hergestellt. Diese Methode wird bei Strahlungs-Messungen immer dann gebraucht, wenn Emitter und Sensor in unterschiedlichen Spektral-Bereichen aktiv sind – z.B. in der Photo-Voltaik.
Beispiel Messung von Photo-Strömen
Kurzbeschreibung
Mittels Photo-Diode soll ein Belichtungs-Messer (Lux-Meter) gebaut werden.
Das Lux(lx) ist die Einheit der visuellen Beleuchtungs-Stärke E. D.h., sie ist
entsprechend der Empfindlichkeit des menschlichen Auges bewertet (=gefaltet).
Photo-Dioden erzeugen Photoströme i.Phot, die der Bestrahlungs-Intensität
des Sensors proportional sind. Um sie in lx kalibrieren zu können, muss zuerst
die Bestrahlungs-Intensität berechnet werden. Das erfolgt mittels Division der
Beleuchtungs-Stärke E durch die Empfindlichkeit des Auges (Entfaltung). In
einem zweiten Schritt muss die Quellen-Intensität mit der Empfindlichkeit des
Sensors multipliziert werden (erneute Faltung). Das Ergebnis ist die vom
Sensor gespürte Intensität. Daraus wird der Photo-Strom mit dem vom Hersteller
angegebenen Strahlungs-Parameter k.Str berechnet.
Das Verhältnis i.Pho/E ist die zur Kalibrierung benötigte Sensor-Empfindlichkeit S.
Die zur Berechnung benötigten Faltungs-Integrale wurden vorher für alle interessierenden Kombinationen von Quellen und Sensoren durch Simulation bestimmt.
Struktur
Diagramm
Das Faltungs-Integral =
die spektrale Überlappung
des abgestrahlten Spektrums
einer Licht-Quelle mit der
spektralen Empfindlichkeit
des Sensors.
Simulierte Messwerte
Empfindlichkeit:
S=i.Sen/E=0,42µA/lx |
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