Hallo zusammen,
vorweg: ich bin absoluter Neuling auf diesem Gebiet und hoffe Euch mit
meinen dilettantischen Fragen nicht auf den Geist zu gehen.
Ich möchte gern eine Mikrowaage bauen, die auf einem dünnen keramischen
Trägersubstrat aufgebaut werden soll. In meinem Besitz befindet sich
eher durch Zufall ein piezokeramisches Element wie dieses hier:
http://www.conrad.de/ce/de/product/712930/Piezokeramisches-Element-EPZ-Serie-4400-500-Hz-Inhalt-1-St?queryFromSuggest=true
Ist für die Abmessung meines Bauteils viel zu sperrig, aber dass man es
mit geeignetem Werkzeug zerschneiden kann, habe ich schon gelesen und
ist deswegen auch nicht all zu wild.
Zu meinen Fragen:
1. könnte ich - vorausgesetzt, ich hätte ein nichtbeschädigtes Stückchen
geschnittenes Piezoteil von ca. 3x3 mm - damit ein keramisches Substrat
(Resonanzfrequenz ca. 1000 Hz) von 10x10x1 mm in Schwingung versetzen?
Ich habe geleseh, dass diese Dinger recht ineffizient sind...
2. Mit einem zweiten Piezoteil würde ich an einer anderen Stelle die
Schwingung aufnehmen und auswerten, wie sich beim Aufbringen von Massen
auf die Keramik, die Resonanzfrequenz verändert. Generell doch möglich
oder?
3. ist es ratsam, das Piezoteil mit der Messing-Seite direkt auf die
Keramik aufzulöten? Oder was würdet Ihr für einen "Kleber" verwenden?
Ok, ich danke Euch schonmal für Eure Antworten.
Beste Grüße!
Anna
Natürlich ändert sich die Resonanzfrequenz, eines federnden Systems,
wenn man etwas darauflegt.
Ob das aber irgendetwas mit der aufgelegten Masse zu tun hat, ist eine
andere Angelegenheit.
Leichte Teile z.B. werden von der "Feder" in die Luft geschleudert.
Schwerere Teile nehmen einen Teil der Schwingungen auf. Das ist aber
eher von den Materialeigenschaften abhängig als vom Gewicht. Zum
Bleistift: Diamant, harter Stahl, Blei, Gummi oder Butter.
Ein weiterer Aspekt ist die Kopplung. Also einfach drauflegen. Mit dem
Resonator verspannen usw.
Für eine eventuelle Berechnung sind exakte Parameter zu den beteiligten
Probanden vonnöten. Bei Piezo besteht z.B. ein riesiger Unterschied
zwischen Längen- und Dickenschwingung. Dann kommt die genaue Geometrie
hinzu usw. usw.
Ich würde das einfach praktisch im Experiment versuchen, und schauen, ob
man aus Meßkurven z.B. df/f je nach aufgelegter Masse irgend was
ableiten kann.
anna schrieb:> ein piezokeramisches Element wie dieses hier:> http://www.conrad.de/ce/de/product/712930/Piezokeramisches-Element-EPZ-Serie-4400-500-Hz-Inhalt-1-St?queryFromSuggest=true
Ach herrje.
Also erstmal eines: Diese Teile sind Biegeschwinger, ihre Polarisierung
ist also lateral und mit einem herausgeschnittenen Stückchen kannst du
praktisch nix anfangen.
Zweitens: wie stellst du dir deinen Meßeffekt denn vor? Du kannst
natürlich versuchen, so ein Teil oder ein anderes mit irgendwas zum
Schwingen anzuregen, aber was soll das bei einer Waage? Dort hast du
eine statische Belastung, die du ja eigentlich messen willst. Aber mit
einem schwingenden Plättchen kannst du bestenfalls den akustischen
Wellenwiderstand deiner Ankopplung des Schwingers an deine zu erfassende
Masse ermitteln.
W.S.
Darf man wissen, um welchen Messbereich es sich handelt?
Zehntel-, Hundertstel-, milligramm, mikrogramm ?
welchen Zustand hat das Wiegeobjekt?
flüssig, pastenförmig, fest, körnig rieselnd...?
Sonst bleibt das ein idiotischer Ratewettbewerb, der höchstens einem
Troll Freude macht.
anna schrieb:> Mikrowaage über Resonanzfrequenzmessung
Eine ähnliches Verfahren nimmt man eher zur Längenmessung bzw. zur
Messung einer Oberflächentopografie. Ein(Silizium-)Biegebalken mit
einer Tastnadel an der Spitze wird in Schwingungen versetzt.
Nähert man diese Tastnadel dann einer Oberfläche an, verändert
sich die Schwingung. Man kann so Oberflächen mit einer Auflösung
im Sub-Nanometerbereich vermessen.
Gruss
Harald
Für die Anregung der Schwingung könnte der Piezo auch als ganzes
ausreichen. Die Leistung ist vergleichsweise hoch, wird aber bei einem
Guten Aufbau nur schwach angekoppelt. Für das Auslesen ist der Piezo
eher schlecht geeigent, weil die Rückwirkung recht stark ist - da gibt
es bessere Methoden, z.B. optisch oder Kapazitiv. Die Details hängen
aber vom Resonator ab, und der hängt vom Messbereich ab.
Der Stimmgabelquarz ist da schon ein guter Ansatz.
Hallo zusammen,
vielen Dank schonmal für die zahl- und hilfreichen Antworten zu meinem
Problem. Ich habe das ganze jetzt mal aufgebaut und kann tatsächlich mit
meinen Piezoteilchen das keramische Teil zur Schwingung anregen, die ich
mit einem anderen Piezo aufnehmen kann. Ob sich das ganze aber dann
vernünftig kalibrieren lässt, werde ich noch herausfinden müssen...
Ich habe vor, vor allem kleine Massen im Milligramm- oder
Submilligrammbereich zu wiegen, die Probenform kann dabei ganz
unterschiedlich sein - fest, körnig, pulverartig und flüssig. Der
Einwand vom Amateur bringt ich da ein bisschen ins Grübeln...
Die Sache mt dem Stimmgabelquarz werde ich mir aber noch genauer
anschauen. Hier bräuchte ich aber noch eine spezielle Schlatung, damit
ich verschiedene Frequenzen aus dem Quarz herausbekomme oder nicht?
Ulrich, wie würde denn ein optisches Auslesen der Schwingug aussehen?
Beste Grüße!
Anna
anna schrieb:> Submilligrammbereich zu wiegen,
In der PTB macht man entsprechende Messungen:
www.ptb.de/cms/fachabteilungen/abt5/fb-51/512-nanokraftmesstechnik.html
Vielleicht bekommst Du vom zuständigen Mitarbeiter am Telefon ja ein
paar Tipps. :-)
Gruss
Harald
anna schrieb:> Hallo zusammen,> vielen Dank schonmal für die zahl- und hilfreichen Antworten zu meinem> Problem. Ich habe das ganze jetzt mal aufgebaut und kann tatsächlich mit> meinen Piezoteilchen das keramische Teil zur Schwingung anregen, die ich> mit einem anderen Piezo aufnehmen kann. Ob sich das ganze aber dann> vernünftig kalibrieren lässt, werde ich noch herausfinden müssen...
Hallo Anna,
mich interessiert das Thema sehr,
hast du inzwischen schon mehr Erfahrungen zu dem Projekt sammeln können
?
Grüße,
Helge
