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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Piezo als Druckmesser


Autor: Simon Küppers (Gast)
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Hallo,

Vorab: Ich hab auch schon gesucht und bin teilweise fündig geworden !
Trotzdem stellen sich mir aber noch einige Fragen.

Ich habe vor, einen Anschlagssensor mit Piezos zu realisieren, wobei
ich aber auch gleichzeitig den Anschlagsdruck bestimmen will.

Nun ist es ja so, dass so ein Piezokristall bei Verformung eine
Ladungsdifferenz an seinen 2 Ausgängen bereitstellt. Eine
Ladungsdifferenz ist ja nichts anderes als eine Spannung. Diese
Spannung kann aber teilweise schon ein paar kV betragen. Also mit
Spannung direkt in den A/D Wandler von einem AVR ist nicht ;)

Der Anschlagsdruck ist ja proportional zur freigesetzten Ladung
(das hab ich schon gefunden:
http://www.mikrocontroller.net/attachment.php/1621...)
Hier wird doch lediglich die Ladung über einen Widerstand geschickt,
wobei der Integrator die Dauer des Stroms bestimmt oder?

So ganz versteh ich das noch nicht. Ich möchte nur einen
Anschlagsdrucksensor realisieren. Unbekannt ist mir die Ladungsmenge
die so ein Piezokristall freisetzt. Die einzige Angabe die ich habe
wäre die Kapazität des Piezos (18000pF). Die Anschlagsdruck soll von
einem 0-5V ADC eingelesen werden können. Alternativ ginge auch eine
Integration im microcontroller.

Mir fehlt nur die Idee dazu, die Ladung zu messen und zu verwerten !
Bitte um Hilfe :-)

Hier noch ein paar Seiten, über die ich beim Suchen gestolpert bin, die
mir aber nicht sonderlich weiterhelfen:
http://www.makingthings.com/teleo/cookbook/piezosensor.htm (Piezo
direkt an einen A/D Wandler?!; Keine Anschlagsdruckbestimmung!)
http://de.wikipedia.org/wiki/Piezoelektrizit%C3%A4t
http://piezo.com/tech3faq.html

Autor: Johannes Raschke (Gast)
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Vielleicht könntest Du diese Ladung über eine Diode in einen etwas
größeren Kondensator übertragen. Dort könntest Du die Spannung in Ruhe
messen und auf die Gesamtladungsmenge zurückrechnen. Danach dann den
Kondensator entladen für die nächste Messung...
Vor Überspanung (im Fall zu heftiger Anschläge) würde eine Z-Diode am
Eingang des ADCs schützen.

Nur eine Idee...

Johannes

Autor: Uwe Nagel (Gast)
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In der oben genannten Schaltung bildet der OP einen Kurzschluss über den
Piezo (Virtueller Nullpunkt am invertierenden Eingang). Das heisst alle
Ladung, die im Piezo entsteht, fliesst als Stom durch den Kondensator
in der Gegenkopplung und lädt diesen auf. Am Ende eines Anschlags hat
man also am Ausgang eine Spannung, die proportional zur erzeugten
Ladung ist. Der Widerstand in der Gegenkopplung entlädt den Kondensator
langsam (10Gigaohm ist sehr sehr viel), man wird also am Ausgang einen
Spannungsimpuls beobachten, dessen Spitzenwert proportional zum
Anschlagdruck ist.
Eine andere Frage ist der Proportionalitätsfaktor. Dieser hängt von den
Eigenschaften des Piezos und der Größe des Kondensators ab. Hier hilft
wohl ein bisschen experimentieren. Welche Kräfte willst Du eigentlich
messen? Was für ein Piezo?

Uwe

Autor: Simon Küppers (Gast)
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Als Sensor wollte ich evtl. 712930 bei Conrad nehmen (nur als
Beispiel!). Sollte ja möglichst billig sein.

Oder gibts vielleicht sogar Piezos die auf Sensorik ausgelegt sind und
nicht mehr als 2€ kosten? Das wär vielleicht sogar besser!

@Uwe: Cool. Damit wäre die Schaltung schonmal erklärt. Nur: wenn Ladung
aus dem Piezo kommt, gelangt diese ja in den Kondensator an der
Gegenkopplung. Was aber, wenn der Piezo mal eben 1kV erzeugt?

Interessant wäre: Welche Spannung erzeugt so ein Schallwandler ?

Nun will ich aber keinen statischen Druck messen, sondern einen
Impulsdruck. Also wenn ich auf den Piezo-Sensor schlage(!) dann soll
die Ladung gemessen werden die dann freigeworden ist ! Es soll möglich
sein 10 Schläge pro Sekunde auf einen Piezo machen zu können.

ist es evtl möglich einfach einen Spannungsteiler zu machen wenn die
Spannung am Ausgang des Piezos zu hoch ist? Denn je größer die Ladung,
desto größer das Spannungspotential oder?

Ich such also eine Möglichkeit, mit einem Microcontroller (o.ä.) eine
Schlagstärke auf einen Piezo zu messen !
Hat das noch nie einer probiert?

Autor: Simon Küppers (Gast)
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Achja, ist denn ein 10GOhm Widerstand nötig? Täts nich auch ein 10MOhm?
Warum soll dieser denn das entladen des Kondensators begrenzen?

Nur für den Falle, dass ich die Schaltung mal ausprobiere. Ich würd
lieber zu einer anderen Lösung tendieren, denn für die Anschlagskraft
brauche ich ja keinen Integrator.

Autor: Simon Küppers (Gast)
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Hm, hat das denn echt noch keiner gemacht? Die Infos im Netz sind
ziemlich dürftig bzw versteckt !

Autor: Kupfer Michi (Gast)
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Piezo Tutorial Applications Theory:
http://www.physikinstrumente.de/products/section4/...

... vielleicht hilfts weiter

Autor: Thomas O. (Gast)
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Hallo,

du kannst auch Piezos stapeln(in Reihe schalten) um mehr Spannung
rauszuholen, falls da so wenig rauskommt.

So wirds z.b. bei den ganz neuen Dieseleinspritzventilen gemacht da
sind so 100 Piezos aufeinander um den nötigen Hub zu erreichen.

Autor: Thomas Burkhardt (Gast)
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Hi,

aber die werden nicht einzeln gekauft und mit UHU zusammengeklebt...

Autor: Thomas O. (Gast)
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Hallo,

ne aber die Kontakte sind ja so angeordnet das es gehen sollte. Oder
sind da 2 Drähte zur seite rausgeführt? Diese könnte man dann auch in
Reiche schalten.

Autor: Vladimir (Gast)
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Hi Simon,

ich wuerde abraten 'buzzer-like' Piezokeramik  zu benutzen.
Nicht weil die zu billig ist, sondern die ist von Membrannen-Typ
(an Rande zugeklebbt). In diese Geometrie du bekomst eine Spannung..
aaber keine Garantie ueber Proportinalitets (Spannung=f(druck))..
Anders gesagt, der Wert von Piezokoffizient bleibt vollig unbekannt
fuer  Buzzers.

Du brauchts wirklich eine frei-stehende Sheibe (Platte) von
Piezokeramikherstelers
(PI, Marco-Keramik, Stellco, usw);
und die sind wirklich teuer (ca. 30-50 Eur/St-je nach Hersteller)..

Autor: Simon Küppers (Gast)
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Danke für eure Antworten. Ich habe mir noch ein paar Infos von dem
Midi-projekt von www.ispf.de geholt und dann einfach mal frei raus
ausprobiert. Ich habe mir 10 Buzzer bei Ebay geholt und muss sagen, das
ganze funktioniert besser als ich es mir gedacht habe. Das projekt bei
www.ispf.de ist also zu empfehlen.

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