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Messwerterfassung mit dem PC. 2 Gliederung 1. Was ist Messen? 2. Messeinrichtung 3. Signalaufbereitung 4. Messfehler 5. Vorteile/Nachteile der PC-Messtechnik.

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Präsentation zum Thema: "Messwerterfassung mit dem PC. 2 Gliederung 1. Was ist Messen? 2. Messeinrichtung 3. Signalaufbereitung 4. Messfehler 5. Vorteile/Nachteile der PC-Messtechnik."—  Präsentation transkript:

1 Messwerterfassung mit dem PC

2 2 Gliederung 1. Was ist Messen? 2. Messeinrichtung 3. Signalaufbereitung 4. Messfehler 5. Vorteile/Nachteile der PC-Messtechnik 6. Anwendung 7. Quellen

3 3 1. Was ist Messen? Messen ist ein Vorgang, bei dem der Wert einer physikalischen Größe als vielfaches einer Einheit oder eines Bezugswertes ermittelt wird. z.B. phy. Größe: Temperatur Einheit: °C, °F oder K

4 4 2. Messeinrichtung Messarbeitsplatz

5 5 2. Messeinrichtung 2 Arten Messkarten externe Messinterface

6 6 Messkarte Kopplung mit PC durch PCI, ISA oder SCSI Trend geht heute zur PCI-Schnittstelle

7 7 Externe Messsysteme Kopplung mit PC durch USB, FireWire, Serial Port und Parallel Port da sich die Probleme der parallelen Datenübertragung bei hohen Übertragungsgeschwindigkeiten immer stärker bemerkbar machen, geht der Trend heute zur seriellen Übertragung, besonders USB

8 8 3. Signalaufbereitung Prozess der Messkette, den ein Signal durchläuft Analogteil der Messdatenerfassungskette Komponenten zwischen Sensor und A/D-Wandler Digitalteil der Messdatenerfassungskette A/D-Wandler

9 9 Die Messkette Ist eine Zusammenschaltung von Komponenten, die alle Funktionen von der Wandlung einer nicht elektrischen Größe in ein elektrisches Signal bis zur Anzeige des Messwertes in ablesbarer Form beinhaltet.

10 10 Sensor dient zur Umsetzung einer Messgröße (z.B. Temperatur), in ein elek. Signal unterscheiden sich in Funktion und Aufbau abhängig von den jeweiligen Einsatzbereich Prinzip: Sensor ändert sich gesetzmäßig mit der zu messenden Größe meistens Halbleitersensoren

11 11 Sensor für jede zu messende Größe gibt es eine bestimmte Art von Sensor z.B. Temperatur Helligkeit Druck

12 12 Messumformer wandeln die Messgrößen von Sensoren in ein normiertes analoges (Einheitssignal), meist elektrisches Ausgangssignal um Messgröße z.B. Temperatur oder Druck Ausgangssignal z.B mA, V, Frequenz

13 13 Verstärker Spannung, die vom Sensor erfasst wurde, ist sehr klein und muss für die Weiterverarbeitung erst mit Hilfe von Signalverstärkern erhöht werden

14 14 Tiefpassfilter auch bekannt als Rauschfilter ist der in der Messtechnik am häufigsten benutzte Filter Prinzip: 1. der Tiefpassfilter lässt tieffrequente Signale passieren 2. filtert höherfrequente Signale aus 4 häufigsten Tiefpassfilter-Typen: kritische Dämpfung, Bessel, Butterworth und Tschebyscheff

15 15 Tiefpassfilter Beispiel: Rauschunterdrückung

16 16 Abtast/Halteglied auch Sample and Hold Aufgabe: eine sich kontinuierlich ändernde Spannung abzutasten und den Spannungswert für einen kurzen Moment zu halten Ursache: die Analog-Digital-Wandlung dauert eine kurze Zeit, in der sich der Spannungswert nicht ändern darf Vorteil: Abtast-Halte-Schaltung erlaubt eine korrekte Wandlung auch bei schnellen Änderungen der Eingangsspannung

17 17 weiter zum A/D Wandler Beispiel zur Veranschaulichung

18 18 Analog-Digital-Wandler Wozu Braucht man das? um analoge Signale in digitale Signale umzuwandeln PC verarbeitet nur digitale Signale

19 19 Zur Veranschaulichung

20 20 Analog-Digital-Wandler Analogsignale kontinuierlich variierende Spannungsimpulse, deren Werte in gleichbleibenden Zeitabständen gemessen werden (Sampling) Digitalsignale arbeitet nicht mit kontinuierlich verlaufenden Signalen pro digitalem Signal nur zwei Zustände unterschieden Binärsignale (0 oder 1)

21 21 Analog-Digital-Wandler 1. Quantisierung ist die Einteilung des analogen Spannungsbereichs in Spannungsstufen Spannung: ±4 V Spannungsstufen: 8

22 22 Analog-Digital-Wandler 2. Codierung jedem Quantisierungsintervall wird ein binäres Codewort zugeordnet Spannungsstufen: 8 8 Codewörter notwendig 2 3 =8 3Bit

23 23 Analog-Digital-Wandler

24 24 Vorteile digitaler Signale: -nur digitale Signale können in PCs verarbeitet werden -lassen sich einfacher speichern als analoge Signale -werden bei der Übertragung weniger verzerrt -Übertragung ist weniger störanfällig Analog-Digital-Wandler

25 25 4. Messfehler Messwerte einer zu messenden phy. Größe stimmen selten mit dem wahren Wert dieser Größe überein ist die Differenz zwischen dem physikalischen Wert der Einzelmessung und dem wahren Wert der Messgröße sind aus mehreren Komponenten unterschiedlichen Charakters zusammengesetzt

26 26 Wie ermittelt man wahre Werte? wahre Werte sind nicht messbar sie sind nur mit Hilfe von Intervallen eingrenzbar sie sind immer nur im Rahmen der Messunsicherheit möglich deshalb Angabe von Toleranzbereichen bei Messungen

27 27 Art von Messfehler

28 28 Zufällige Messfehler abs. Messfehler: ist die Abweichung des angezeigten Wertes vom wahren Wert rel. Messfehler: ist das Verhältnis zwischen abs. Messfehler und wahren Wert

29 29 Zufällige Messfehler treten zufällig nach beiden Seiten des richtigen Messwertes auf Methoden der Stochastik können heran gezogen werden um den Fehler abzuschätzen Methode: mehrmaliges Messen und anschließendes Bilden des Mittelwertes

30 30 Systematische Messfehler Messfehler, die bei Wiederholung der Messung konstant bleiben Ursache: -Gerätefehler -Einflussfehler (Temperatur, Felder) diese Ursachen sind erfassbare Einflussgrößen und können korrigiert werden

31 31 Kampf gegen Messfehler 1. Kalibrieren 2. Justieren 3. Eichen

32 32 Kalibrieren Feststellen und Dokumentieren der Abweichung des Anzeigewertes vom wahren Wert der Messgröße. Erstellung eines math. Modells

33 33 Math. Modell zur Auswertung der Kalibrierung unter Berücksichtigung aller bekannten systematischen Einflüsse, wie z.B. Umgebungsbedingungen, Vorgehensweise etc. Kalibrierwert, mit dem der Messwert korrigiert wird

34 34 Justieren Ermitteln des für eine Messeinrichtung gültigen Zusammenhangs zwischen dem Messwert (Anzeigewert)und dem wahre Wert der Messgröße Eingriff in das Messsystem

35 35 Eichen ist die Prüfung eines Messgerätes auf Einhaltung der zugrundeliegenden eichrechtlichen Vorschriften durch das Bundeseichamt Vorgabe, wie viel Prozent ein Anzeigewert vom wahren Wert abweichen darf dient dem Verbraucherschutz

36 36 Eichen Ladentischwaagen, Brückenwaage etc. Zapfsäulen an Tankstellen Gaszähler, Wasserzähler, Stromzähler, Wärmezähler

37 37 Beispielrechnung Bierflasche hat einen Inhalt von 0,5l Jede Flasche bekommt absichtlich 2% weniger eingefüllt Tatsächlich nur noch 0,49l Inhalt pro Flasche Nach 50 Flaschen hab ich den Inhalt einer Flasche gespart Preis:1 Menge: pro Tag /50=2000

38 38 Vorteile des rechnergestützten Messens teure Messgeräte lassen sich durch die Messinterface und Software ersetzen, z.B. Oszilloskop der Computer ermöglicht die Aufnahme von schnellen Vorgängen, z.B. Drehzahl es sind Messung über längere Zeiträume möglich ohne persönlich anwesend zu sein Messdaten können über ein längeren Zeitpunkt gespeichert werden computererfasste Messdaten können einfacher weiterverarbeitet werden Software erlaubt bestimmte Simulationen Vorgänge können am PC rekonstruiert werden

39 39 Nachteile des rechnergestützten Messens hohe Kosten einzelner Komponenten hohe Störanfälligkeit hochsensibler Sensoren Standortgebundenheit gespeicherte Daten gehen einfacher verloren als aufgeschriebene Daten, aber können dafür leichter vervielfältigt werden

40 40 6. PC als Steuer- und Regelgerät Steuern: ist das Beeinflussen von technologischen Prozessen nach einem vorgegebenen Plan Regeln: ist das Beeinflussen von technologischen Prozessen so, dass eine bestimmte Größe zu jeder Zeit einen vorgegebenen Wert aufweist (Vergleich von Istwert und Sollwert)

41 41 gesteuerte Heizanlage Temperatur ändert sich durch äußere Einflüsse, z.B. Fenster Öffnen

42 42 geregelte Heizanlage Temperatur bleibt konstant, trotz äußerer Einflüsse wie z.B. Fenster Öffnen

43 43 Wie ist der Aufbau einer Steuer- oder Regelkarte?

44 44 Anwendung Industrie: Automobilbau Lebensmittelherstellung Kraftwerke etc. Forschung: Labor Untersuchungen Statistik

45 45 Haushalt: Heizanlage Herd Kühlschrank Anwendung

46 46 Quellen Literatur - Einfache IT-Systeme (Stam) - Messtechnik und Messdatenerfassung (Oldenburg) Internet - -

47 47 Herr Rautenberg, bitte wachen Sie auf!

48 48 In der 7. Stunde finden Sie sich bitte in den Physikraum (Raum 103) ein!


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