Sensors and Actuators - Fachbereich Physik der Universität ...

Dokument..1: Skizze einer Piezo-Beschleunigungssensors
mit: d = 2,3 10 -10 As/N (Quarz, Piezoelektrische Konstante)
σ = Spannung (mechanische)
x = Dicke
ε0 = 8,9 10 -12 As/Vm
εr = 4,5 (Quarz)
A = Fläche
Die hieraus zu ermittelnden Spannungen werden nicht erreicht, wegen störenden sonstigen
Kapazitäten (z.B. Kabel)
Störkapazitäten, bei der Messung mit dem Piezo-Beschleunigungs-Sensor
Die erzeugte Ladung muss also auch die Kabelkapazität auf- und umladen, ebenso die
Verstärker-Eingangskapazität. Mit Ck typisch 100 pF/m wäre eine erhebliche
Empfindlichkeitsverringerung die Folge.
Ausweg: Verwendung eines Ladungsverstärkers:
Abb. Fehler! Kein Text mit angegebener Formatvorlage im Dokument..2: Piezo-Beschleunigungssensor mit
Ladungsverstärker
Der invertierende Eingang ist virtueller Nullpunkt ! Die entstehenden Ladungen fließen
dabei als Strom i(t) über Ci zum Verstärker-Ausgang. Dabei wird Ci aufgeladen, mit der
Ladung, die in Sensor und Kabel erzeugt wurde. Da Cs und Ck und Cv nicht geladen
werden, (eine Seite auf Null, andere Seite auf virtuell Null) verfälschen diese Kapazitäten
die Messungen nicht.
Der Ladungsverstärker macht also unabhängig von der Kabelkapazität, aber nicht von
deren Änderungen! Durch den Isolationswiderstand des Kondensators Ci fließt die erzeugte
Ladung ab.
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Typischer Durchmesser 6 - 16 mm