Thermischer Neigungssensor

Messen mit Wärme – genau und preiswert

Prinzip: Die Isothermen richten sich am Gravitationsfeld der Erde aus

Neigungssensoren werden in der Automobilindustrie, im Bauwesen, für die Navigation und Überwachung sowie im Bereich Smart Mobile, der intelligenten Funktechnologie, eingesetzt. Am Markt sind mehrere Lösungen verfügbar, die mikromechanische Feder-Masse-Systeme oder Flüssigkeiten einsetzen. Unser thermischer Sensor nutzt die freie Konvektionsströmung, um Neigungswinkel genau zu messen.

Der thermische Neigungssensor nutzt die Tatsache, dass beim statischen Heizen eine freie Konvektionsströmung entsteht, die nach oben gerichtet ist, so wie eine Flamme vom Docht aus nach oben zeigt. Um die mit der Strömung verbundenen Temperaturunterschiede messen zu können, sind symmetrisch um den Heizer zwei Thermometer in Form von temperaturabhängigen elektrischen Widerstandselementen angebracht. Wird der Heizer auf ein gegenüber der Umgebungstemperatur höheres Temperaturniveau gebracht, so baut sich im Inneren des Gehäuses diese Konvektionsströmung auf, deren Richtung vom umgebenden Gravitations- und Beschleunigungsfeld abhängig ist. Wenn sich der Sensor in waagrechter Position befindet, zeigen beide Thermometer die gleiche Temperatur. Wird er geneigt, so liegen die Thermometer auf unterschiedlichen Isothermen, da die Konvektionsströmung weiter auf das Schwerefeld der Erde ausgerichtet bleibt. Jegliche Bewegung der Sensorstruktur (Neigung oder Beschleunigung) bewirkt eine Verschiebung im Temperatur- und Strömungsfeld und damit ein entsprechendes elektrisches Signal.

Der Sensor ist sehr einfach konzipiert, kann unter Verwendung von SOI-Technologie mit wenigen Prozessschritten hergestellt werden und misst den Neigungswinkel in zwei Achsen. Der Sensor wird auf einer Leiterplatte aufgebaut und mit einem Deckel hermetisch verschlossen, um ihn vor störenden Einflüssen der Umgebung zu schützen.

Kontakt


Dr. Sophie Billat
Hahn-Schickard,
Villingen-Schwenningen
Tel.: +49 7721 943-242
Sophie.Billat@Hahn-Schickard.de
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