Drucksensoren für raue Umgebungsbedingungen mit magnetolestischem Wirkprinzip

Zusammenfassung: Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird die Eignung des magnetoelastischen Effekts als Sensorprinzip für die Druckmessung unter rauhen Umgebungsbedingungen am Beispiel des Verbrennungsdrucks eines Dieselmotors und der Hochdruckmessung in der Prozessmesstechnik untersucht. Der theoretische Teil beschreibt die Ursachen des magnetoelastischen Effekts. Literaturstellen weisen eine grundsätzliche Eignung als Sensorprinzip nach. Dies wird durch einen Überblick über die verschiedenen Konstruktionsvarianten zur Messwerterfassung, mögliche Auswerteelektronik und die zur Verfügung stehenden Materialien ergänzt. Die Hauptvertreter magnetoelastischer Materialien, weichmagnetische Metalle, Ferrite und amorphe Metalle werden mit Anwendungsgebieten und charakteristischen Daten vorgestellt. Abschließend erfolgt ein Vergleich mit anderen Sensorprinzipien. Als Ergebnis lässt sich festhalten, dass mit dem magnetoelastischen Messprinzip im Bereich hoher Temperaturen und statischer Messungen Vorteile gegenüber anderen Messprinzipien entstehen. Aus den Erkenntnissen der Theorie folgen Parameter und Kriterien für die Auswahl geeigneter Sensormaterialien. Der praktische Teil beschreibt den Entwurf eines Testmusters, an dem die Eignung des Prinzips nachgewiesen wird und die statischen und dynamischen Fehler gemessen werden. Mit anwendungsnaher Messelektronik erreicht man Messwertänderungen im Bereich von 3% des Nennwerts, der statische Fehler liegt ohne Kompensation bei weniger als 4%. Zu den Erkenntnissen aus der theoretischen Betrachtung werden weitere für die Entwicklung eines industriellen Produkts gewonnen. Im Bereich der Hochdrucksensorik werden Konstruktionsvarianten und mögliche Lösungen aufgezeigt. Abschließend wird eine Druckmessglühkerze entwickelt, die als Austauschteil in einen Motor eingebaut werden kann und in der Lage ist, den Druck im Zylinder während des Verbrennungsvorgangs zu überwachen. Dies wird am Beispiel eines Mercedes-Dieselmotors überprüft