Prüfungsklausur im Fach ME2/AUT

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1 Fakultät für Elektrotechnik, Prof. Dr.-Ing. Rolf-Dieter Brückbauer Prüfungsklausur im Fach ME2/AUT Semester 7M, 7 WI Prüfer BRU Datum Zeit 13:15 15:15 Name Vorname Matrikelnummer Allgemeines: 1. Bitte unbedingt nur dokumentenechtes Schreibzeug (Kugelschreiber, Füllfederhalter) benutzen. 2. Bitte verwenden Sie keine rote Farbe. 3. Zusatzblätter mit Matrikelnummer oder Namen und der laufenden Seitenzahl (Vorder- und Rückseite numerieren!) versehen.! Es sind keine Hilfsmittel erlaubt mit Ausnahme von: 1. Zeichenmaterial (Lineal, Geodreieck, Zirkel) 2. Taschenrechner ohne Textspeicherfunktion 3. Selbstgeschriebene Formelsammlung (handschriftlich oder mit Textsystem) auf max. 4 DIN-A4- Seiten (= 2 Blätter) Die Benutzung nicht erlaubter Hilfsmittel führt zum sofortigen Ausschluß aus der Prüfung und hat automatisch das Nichtbestehen zur Folge!!! Erreichte Gesamtpunktzahl: Note: Viel Erfolg!!!

2 Prüfungsklausur ME2 / AUT WS 2007 Matrikelnummer: Seite: 2 / 7 1. Aufg.: a) Wie bestimmt sich die Genauigkeit bzw. Auflösung eines AD-Wandlers (= Analog- Digital-Wandler)? b) In welchem Bereich bewegt sich der absolute Fehler in Abhängigket von der Quantisierungsstufe q für die in Bild 1 dargestellte Quantisierungskennlinie? c) Wie groß ist betragsmäßig der maximale reduzierte Fehler in % bei Einsatz eines 10-Bit-Wandlers mit einer Quantisierungskennlinie nach Bild 1 zur Messung einer Spannung zwischen ± 10 V? Bild 1 2. Aufg.: a) Warum und unter welchen Bedingungen sind systematische Messfehler korrigierbar b) Nennen Sie mindestens 2 Beispiele zufälliger Fehler 3. Aufg.: a) Mit welchen mathematischen Methoden können zufällige Fehler beschrieben werden? b) Was bedeutet die Angabe einer Messunsicherheit von u 80%? D:\Vorlesungen\ME2\WS07\Klausur\Pruefung-ME2-AUT-WS07-Rev1-5-Fachschaft.doc

3 Prüfungsklausur ME2 / AUT WS 2007 Matrikelnummer: Seite: 3 / 7 4. Aufg.: Zur Aufnahme der statischen Kennlinie eines Wirbelstromsensors wird als Entfernungssensor ein Ultraschallsensor mit Stromausgang eingesetzt (vergl. Versuchsaufbauten des Sensorlabors). Der Zusammenhang zwischen dem Strom des Ultraschallsensor und dem Abstand x der Dämpfungsfahne vom Wirbelstromsensor ergibt x sich zu I = + I0. 4 mm ma Der Strom I wird in ma und der Weg in mm gemessen, I = 0 5 ma. a) Welche Bedeutung hat I 0 und wie wird dieser Wert ermittelt? b) Skizzieren Sie in Bild 1 die statische Kennlinie des Ultraschallsensors c) Bei der Aufnahme der statischen Kennlinie eines Wirbelstromsensors ergibt sich ein Zusammenhang zwischen dem Ausgangsstroms des Wirbelstromsensors und dem Ausgangsstrom des Ultraschallsensors gemäß Tabelle 1. Skizzieren Sie in Bild 2 die statische Kennlinie des Wirbelstromsensors d) Definieren Sie zu c) einen sinnvollen gültigen Messbereich des Sensors mit näherungsweise linearer Kennlinie. Begründen Sie Ihre Antwort. e) Wie groß ist die Empfindlichkeit des Ultraschallsensors? f) Von welcher Empfindlichkeit über den Messbereich nach d) gehen Sie aus? Wie erhalten Sie diesen Wert? I Ultraschall I Wirbelstrom 5,00 0,00 5,25 0,50 5,38 1,40 5,50 2,50 5,75 5,00 6,00 8,00 6,25 11,00 6,58 15,00 6,75 16,80 7,00 19,00 7,25 20,00 7,50 20,00 8,00 20,00 Bild 1 Tabelle 1 Bild 2 D:\Vorlesungen\ME2\WS07\Klausur\Pruefung-ME2-AUT-WS07-Rev1-5-Fachschaft.doc

4 Prüfungsklausur ME2 / AUT WS 2007 Matrikelnummer: Seite: 4 / 7 5. Aufg.: In Bild 1 sind die Wirbelstromverluste in einer Normmessfahne in Abhängigkeit von ihrem Abstand von einem Wirbelstromsensor und die Komparatorschwelle des binären Sensors dargestellt. a) Wie groß ist der Normmessabstand = Bemessungsschaltabstand s n des Sensors? b) Skizzieren Sie in Bild 1 die Wirbelstromverluste für eine Dämpfungsfahne mit einem Reduktionsfaktor r = 0, 5 in Abhängigkeit von ihrem Abstand von dem Wirbelstromsensor. Erläutern Sie Ihre Vorgehensweise! c) Skizzieren und erläutern Sie mit Hilfe von Bild 2 eine (Schalt-)Hysterese von 10%. Erläutern Sie Ihre Vorgehensweise! Bild 1 Bild 2 D:\Vorlesungen\ME2\WS07\Klausur\Pruefung-ME2-AUT-WS07-Rev1-5-Fachschaft.doc

5 Prüfungsklausur ME2 / AUT WS 2007 Matrikelnummer: Seite: 5 / 7 6. Aufg.: Die Eigenschaften eines Tauchankeraufnehmers können anschaulich durch einen magnetischen Kreis beschrieben werden. a) Skizzieren Sie den Aufbau eines Tauchankernehmers b) Zeichnen Sie den magnetischen Kreis eines Tauchankernehmers und erläutern Sie den Zusammenhang zwischen den Bauelementen des magnetischen Kreises und dem Aufbau nach a) c) Welche Größen des magnetischen Kreises ändern sich bei Anwendung des Tauchankeraufnehmers als induktiver Wegaufnehmer 7. Aufg.: a) Was ist der Unterschied zwischen Tastbetrieb und Einweg-Schrankenbetrieb von Ultraschallsensoren? b) In welcher Betriebsart können Ultraschallsensoren zur Abstandsmessung eingesetzt werden? Begründen Sie Ihre Antwort. c) Erläutern Sie den Begriff Nahbereich bei Ultraschallsensoren. Welche Rolle spielt dieser Nahbereich im Tast- und Einweg-Schrankenbetrieb? 8. Aufg.: a) Geben Sie den Stromlaufplan zur folgenden Schaltfunktion an: y = [( x x ) x3] ( x4 5) 1 2 x b) Wandeln Sie den in Bild 1 dargestellten Stromlaufplan in einen Funktionsplan. Benutzen Sie dazu nur die Elementarfunktionen UND (AND), ODER (OR) mit und ohne negierten Ein- bzw. Ausgängen. Bild 1 D:\Vorlesungen\ME2\WS07\Klausur\Pruefung-ME2-AUT-WS07-Rev1-5-Fachschaft.doc

6 Prüfungsklausur ME2 / AUT WS 2007 Matrikelnummer: Seite: 6 / 7 9. Aufg.: a) Wie lautet die Schaltfunktion zu dem dargestellten Funktionsplan b) Ergänzen Sie die Wahrheitstabelle Hinweis: Definieren Sie dazu geeignete Hilfsvariablen y1, y2,... x1 x2 x3 x D:\Vorlesungen\ME2\WS07\Klausur\Pruefung-ME2-AUT-WS07-Rev1-5-Fachschaft.doc

7 Prüfungsklausur ME2 / AUT WS 2007 Matrikelnummer: Seite: 7 / Aufg.: a) Erstellen Sie mit Hilfe der konjunktiven Normalform eine Schaltfunktion zur Realisierung der durch die dargestellte Wahrheitstabelle Steuerungsfunktion. Hinweis: die Schaltfunktion soll nicht vereinfacht werden!! b) Eine vorgegebene disjunktive Normalform lautet: a b c d a b c d a b c d ( ) ( ) ( ) ( a b c d ) Erstellen Sie dazu in Bild 1 das KV-Diagramm. Hinweis: es soll nicht vereinfacht werden!! c) Erstellen Sie mit Hilfe des KV-Diagramms nach Bild 2 eine vereinfachte Schaltfunktion. Hinweis: das KV-Digramm stammt von einer konjunktiven Normalform X1 X2 X3 Y Bild 1 Bild 2 D:\Vorlesungen\ME2\WS07\Klausur\Pruefung-ME2-AUT-WS07-Rev1-5-Fachschaft.doc

8 Fakultät für Elektrotechnik, Prof. Dr.-Ing. Rolf-Dieter Brückbauer Prüfungsklausur im Fach ME2, AUT Semester 7M Prüfer BRU Datum Zeit 13:15 15:15 Name Vorname Matrikelnummer Allgemeines: 1. Bitte unbedingt nur dokumentenechtes Schreibzeug (Kugelschreiber, Füllfederhalter) benutzen. 2. Bitte verwenden Sie keine rote Farbe. 3. Zusatzblätter mit Matrikelnummer oder Namen und der laufenden Seitenzahl (Vorder- und Rückseite numerieren!) versehen.! Es sind keine Hilfsmittel erlaubt mit Ausnahme von: 1. Zeichenmaterial (Lineal, Geodreieck, Zirkel) 2. Taschenrechner ohne Textspeicherfunktion 3. Selbstgeschriebene Formelsammlung (handschriftlich oder mit Textsystem) auf max. 4 DIN-A4- Seiten (= 2 Blätter) Die Benutzung nicht erlaubter Hilfsmittel führt zum sofortigen Ausschluß aus der Prüfung und hat automatisch das Nichtbestehen zur Folge!!! Erreichte Gesamtpunktzahl: Note: Viel Erfolg!!!

9 Prüfungsklausur ME2, AUT, KOM4 SS 2007 Matrikelnummer: Seite: 2 / 2 1. Aufg.: Unter Nutzung des Funktionsblockes Antrieb nach Bild 1 soll ein Funktionsplan zur Realisierung der folgenden Steuerungsaufgabe erstellt werden: die Vorwärtsbewegung (Signal Antrieb1Vor ) von Antrieb 1 wird durch das Signal Werkstück1 ausgelöst. Wenn das Werkstück auf der Rampe erkannt wird (Signal Rampe1 ), fährt der Antrieb wieder zurück (Signal Antrieb1Rueck ). die Vorwärtsbewegung (Signal Antrieb2Vor ) von Antrieb 2 wird durch das Signal Werkstück2 ausgelöst. Wenn das Werkstück auf der Rampe erkannt wird (Signal Rampe2 ), fährt der Antrieb wieder zurück (Signal Antrieb2Rueck ). Das Signal STOP setzt beide Antriebe still bei Überfahren eines Endschalters wird der jeweilige Antrieb stillgesetzt a) Ergänzen Sie den untenstehenden Definitionsteil des SPS-Programmes um weitere notwendige Ein- und Ausgangssignale, wobei alle Signale entweder auf Byte 10 oder 11 liegen.. Das Bit ist von Ihnen auf diesen Bytes frei wählbar. b) Skizzieren Sie unter Nutzung des Funktionsblockes Antrieb nach Bild 1 den Funktionsplan zur Realisierung der Steuerungsaufgabe Bild 1 Definitionsteil: Werkstück2 AT % IX10.2 : BOOL; Antrieb2Vor AT % QX10.2 : BOOL; D:\Vorlesungen\ME2\Dauerhaft\Aufgaben\Klausuren\SS07\Pruefung-ME2-AUT-SS07-Rev1-3-Fachschaft.doc

10 Prüfungsklausur ME2, AUT, KOM4 SS 2007 Matrikelnummer: Seite: 3 / 3 2. Aufg.: Für die Steuerung eines Elektromotors stehen die folgenden Signale zur Verfügung: Eingangssignale: Stopp, TasteLinks, TasteRechts Statussignale: läuft links, läuft rechts Ausgangssignale: Links, Rechts Funktionsbeschreibung beim Betätigen der Tasten: Taste Stopp (Stopp = 1) : der Motor wird stillgesetzt. Taste TasteLinks (TasteLinks=1) : der Motor läuft nach links los; auch nach dem Loslassen der Taste läuft der Motor weiter. Sollte sich der Motor beim Betätigen der Taste TasteLinks bereits nach rechts drehen, so soll er seine Drehrichtung ändern. Dreht er sich bereits nach links, so behält er seine Drehrichtung bei. Werden die Tasten TasteLinks und TasteRechts gleichzeitig gedrückt, so soll der Motor sich nach links bewegen. Taste TasteRechts (TasteRechts=1): der Motor läuft nach rechts los; auch nach dem Loslassen der Taste läuft der Motor weiter. Sollte sich der Motor beim Betätigen der Taste TasteRechts bereits nach links oder rechts drehen, so soll er seine Drehrichtung beibehalten. Beachten Sie, dass die Funktionsbeschreibungen für Links- und Rechtslauf von den Definitionen des Beispiels in der Vorlesung und dem Labor abweichen! a) Ergänzen Sie in der Schaltbelegungstabelle (= Wahrheitstabelle für mehrere Ausgangsgrößen) von Bild 1 die Zustände der beiden Ausgangsgrößen Links und Rechts und kennzeichnen Sie Zustände, die aus physikalischen Gründen nicht auftreten können. D:\Vorlesungen\ME2\Dauerhaft\Aufgaben\Klausuren\SS07\Pruefung-ME2-AUT-SS07-Rev1-3-Fachschaft.doc

11 Prüfungsklausur ME2, AUT, KOM4 SS 2007 Matrikelnummer: Seite: 4 / 4 Stopp Taste Links Taste Rechts läuft links läuft rechts Links Rechts D:\Vorlesungen\ME2\Dauerhaft\Aufgaben\Klausuren\SS07\Pruefung-ME2-AUT-SS07-Rev1-3-Fachschaft.doc

12 Prüfungsklausur ME2, AUT, KOM4 SS 2007 Matrikelnummer: Seite: 5 / 5 3. Aufg.: Erstellen Sie mit Hilfe des KV-Diagramms von Bild 1 eine optimierte Schaltfunktion für eine DNF a) Bild 1 D:\Vorlesungen\ME2\Dauerhaft\Aufgaben\Klausuren\SS07\Pruefung-ME2-AUT-SS07-Rev1-3-Fachschaft.doc

13 Prüfungsklausur ME2, AUT, KOM4 SS 2007 Matrikelnummer: Seite: 6 / 6 4. Aufg.: a) Erstellen Sie zu der Wahrheitsstabelle von Bild 1 für die Ausgangsgrösse y die disjunktive Normalform b) Die Schaltfunktion der disjunktiven Normalform aus a) soll über das KV- Diagramm vereinfacht werden. Belegen Sie dazu die Felder des KV-Diagramms von Bild 2. Hinweis: die Optimierung soll nicht durchgeführt werden!! a b c y Bild Bild 2 D:\Vorlesungen\ME2\Dauerhaft\Aufgaben\Klausuren\SS07\Pruefung-ME2-AUT-SS07-Rev1-3-Fachschaft.doc

14 Prüfungsklausur ME2, AUT, KOM4 SS 2007 Matrikelnummer: Seite: 7 / 7 5. Aufg.: a) Wie lautet die Schaltfunktion für die Ausgangsgröße y des dargestellten Funktionsplans? Hinweis: die Benutzung von Hilfsvariablen ist erlaubt 6. Aufg.: a) Worin liegt der Unterschied zwischen dem Anzeige- und dem Messbereich einer Messeinrichtung 7. Aufg.: a) Was verstehen Sie unter dem Amplitudengang eines Systems? b) Was verstehen Sie unter dem Phasengang eines Systems? c) Wie äußert sich der Unterschied zwischen linearen und nichtlinearen Verzerrungen eines Systems? D:\Vorlesungen\ME2\Dauerhaft\Aufgaben\Klausuren\SS07\Pruefung-ME2-AUT-SS07-Rev1-3-Fachschaft.doc

15 Prüfungsklausur ME2, AUT, KOM4 SS 2007 Matrikelnummer: Seite: 8 / 8 8. Aufg.: Die Messwerte einer Messeinrichtung werden durch systematische und zufällige Messfehler beeinflusst. Die dargestellte Verteilungsdichte zeigt den absoluten Fehler Δ. a) Wie groß ist der systematische Fehler der Messungen? b) Ermitteln Sie mit Hilfe der vorgegebenen Verteilungsdichte und funktion die zu erwartende Messunsicherheit u 80 % aufgrund der zufälligen Fehler, d.h. nach der Korrektur systematischer Fehler. D:\Vorlesungen\ME2\Dauerhaft\Aufgaben\Klausuren\SS07\Pruefung-ME2-AUT-SS07-Rev1-3-Fachschaft.doc

16 Prüfungsklausur ME2, AUT, KOM4 SS 2007 Matrikelnummer: Seite: 9 / 9 9. Aufg.: Zur Erfassung elektrischer Isolatoren (keramische zylindrische Werkstücke) auf einem Transportband soll ein kapazitiver Näherungssensor beschafft werden. Bei einem Test schaltet ein Näherungssensor mit einem Bemessungsschaltabstand = Nennschaltabstand von s n = 8 mm bei einem Abstand von s = 6, 4 mm a) Wie gross muß der Bemessungsschaltabstand des zu beschaffenden Sensors mindestens sein, wenn folgendes vorausgesetzt werden kann: 1. Länge des zylindrischen Werkstückes: 100 mm 2. Durchmesser des zylindrischen Werkstückes: 30 mm 3. Breite des Transportbandes: 40 mm b) Wäre für diese Messaufgabe auch ein induktiver Näherungssensor nach dem Wirbelstromprinzip einsetzbar? Wenn nein, begründen Sie Ihre Antwort Wenn ja, nennen Sie den Bemessungsschaltabstand dieses Näherungssensors 10. Aufg.: a) Erläutern Sie das Messprinzip des im Bild dargestellten Düsenmessdornes? b) Durch was ist der Messbereich dieses Sensors begrenzt? c) Nennen Sie Vor- und Nachteile dieser Sensorart D:\Vorlesungen\ME2\Dauerhaft\Aufgaben\Klausuren\SS07\Pruefung-ME2-AUT-SS07-Rev1-3-Fachschaft.doc

17 Prüfungsklausur ME2, AUT, KOM4 SS 2007 Matrikelnummer: Seite: 10 / Aufg.: Ein Ultraschallsensor (Einkopfsystem) mit einer Ein- und Ausschwingzeit von je 0,5 msec wird als Reflexionstaster betrieben. Die Burstzeit beträgt 1msec, der Timeout 10 msec. a) Skizzieren Sie das Funktionsprinzip (Anordnung Sensor - Objekt) für die beschriebene Betriebsart. b) Geben Sie für eine Schallgeschwindigkeit von 300 m/s den Nahbereich und die Tastweite (entspricht Messbereich) an. c) Welcher Vorteil ergibt sich bei Einsatz eines Zweikopfsystems bei gleichen Einund Ausschwingzeiten, gleicher Burstzeit und gleichem Timeout? 12. Aufg.: Sende- und Empfangscharakteristik von Fotodioden und LEDs können durch Vorsatzlinsen beeinflusst werden. a) Welche der genannten Bauelemente dienen als Sende-, welche als Empfangselement? b) Welche Betriebsarten bzgl. der elektr. Spannung kennen Sie beim Einsatz von Halbleiterdioden und welche Betriebsart kommt bei LEDs und welche bei Fotodioden zum Einsatz? Begründen Sie Ihre Antwort bzgl. der Fotodiode c) Empfangs- und Sendecharakteristik können durch eine Vorsatzoptik beeinflusst werden. Skizzieren Sie die Empfangscharakteristik bei der Anwendung eines optischen Sensors als Reflexionslichttaster und als Einweglichtschranke? Begründen Sie jeweils Ihre Antwort. 13. Aufg.: Die Temperatur einer Flüssigkeit soll mit einem Thermoelement überwacht werden. a) Wie groß muss die Thermokraft bzgl. des zweiten Materials mindestens sein, wenn bei einer Flüssigkeitstemperatur von 70 0 C die abgegebene Spannung des Thermoelementes mindestens 0,3 mv betragen soll. Die Bezugstemperatur ist 0 20 C. b) Aus welchen Gründen soll die Wärmekapazität von Thermosensoren möglichst gering und die Wärmeleitfähigkeit möglichst groß sein? D:\Vorlesungen\ME2\Dauerhaft\Aufgaben\Klausuren\SS07\Pruefung-ME2-AUT-SS07-Rev1-3-Fachschaft.doc

18 Fakultät für Elektrotechnik, Prof. Dr.-Ing. Rolf-Dieter Brückbauer Prüfungsklausur im Fach ME2/AUT Semester 7M, 7WI Prüfer BRU Datum Zeit 13:15 15:15 Name Vorname Matrikelnummer Allgemeines: 1. Bitte unbedingt nur dokumentenechtes Schreibzeug (Kugelschreiber, Füllfederhalter) benutzen. 2. Bitte verwenden Sie keine rote Farbe. 3. Zusatzblätter mit Matrikelnummer oder Namen und der laufenden Seitenzahl (Vorder- und Rückseite numerieren!) versehen.! Es sind keine Hilfsmittel erlaubt mit Ausnahme von: 1. Zeichenmaterial (Lineal, Geodreieck, Zirkel) 2. Taschenrechner ohne Textspeicherfunktion 3. Selbstgeschriebene Formelsammlung (handschriftlich oder mit Textsystem) auf max. 4 DIN-A4- Seiten (= 2 Blätter) Die Benutzung nicht erlaubter Hilfsmittel führt zum sofortigen Ausschluß aus der Prüfung und hat automatisch das Nichtbestehen zur Folge!!! Erreichte Gesamtpunktzahl: Note: Viel Erfolg!!!

19 Prüfungsklausur ME2 / AUT im WS 2008/09 Matrikelnummer: Seite: 2 / Aufg.: a) Was verstehen Sie beim Messen unter der Differenzmethode? b) Was verstehen Sie beim Messen unter der Kompensationsmethode? D:\Vorlesungen\ME2\Dauerhaft\Aufgaben\Klausuren\WS08\Pruefung-ME2-AUT-WS08-Rev1-4-Fachschaft.docx

20 Prüfungsklausur ME2 / AUT im WS 2008/09 Matrikelnummer: Seite: 3 / Aufg.: a) Skizzieren Sie in Bild 1 die Verteilungs- und Verteilungsdichtefunktionen bzgl. des absoluten Messfehlers für zwei Temperaturmesseinrichtungen mit den angegebenen Messunsicherheiten von Messeinrichtung 1: u 80 = 0,5 0 C Messeinrichtung 2: u 80 = 1,0 0 C Hinweis: Kennzeichnen Sie welche Funktion zu welcher Messeinrichtung gehört!! b) Skizzieren Sie in Bild 2 die Verteilungsfunktionen bzgl. der gemessenen absoluten Temperaturen für die beiden gegebenen Temperaturmesseinrichtungen, wenn bekannt ist, dass sie zusätzlich mit den folgenden systematischen Fehlern behaftet sind und die Messgröße einen Wert von 0 0 C hat. Messeinrichtung 1: ΔT 1 = 1,5 0 C Messeinrichtung 2: ΔT 2 = -1,0 0 C Hinweis: Kennzeichnen Sie welche Funktion zu welcher Messeinrichtung gehört!! Bild 1 Bild 2 D:\Vorlesungen\ME2\Dauerhaft\Aufgaben\Klausuren\WS08\Pruefung-ME2-AUT-WS08-Rev1-4-Fachschaft.docx

21 Prüfungsklausur ME2 / AUT im WS 2008/09 Matrikelnummer: Seite: 4 / Aufg.: Die folgenden Fragen sind alle im Zusammenhang mit Initiatoren (= binäre Sensoren) zu sehen. a) Worin besteht der Unterschied zwischen Zwei-, Drei und Vierdrahtschaltern ( bzw. Zwei-, Drei- und Vierdrahttechnik )? b) Was verstehen Sie unter p- und n-schaltenden Sensoren? c) Welche Vorteile haben Feldbusverbindungen im Vergleich zu a)? Nennen Sie 2 Feldbusverbindungen. D:\Vorlesungen\ME2\Dauerhaft\Aufgaben\Klausuren\WS08\Pruefung-ME2-AUT-WS08-Rev1-4-Fachschaft.docx

22 Prüfungsklausur ME2 / AUT im WS 2008/09 Matrikelnummer: Seite: 5 / Aufg.: a) Erläutern Sie das Prinzip der Lateraleffektdiode als Empfangselement mit Hilfe der beiliegenden Skizze. Hinweis: die Funktionsweise der Fotodiode muss nicht erklärt werden D:\Vorlesungen\ME2\Dauerhaft\Aufgaben\Klausuren\WS08\Pruefung-ME2-AUT-WS08-Rev1-4-Fachschaft.docx

23 Prüfungsklausur ME2 / AUT im WS 2008/09 Matrikelnummer: Seite: 6 / Aufg.: Ein Dehnungsmessstreifen aus Konstantan mit einem k-faktor von k = 2, einem Nennwiderstand von R = 200Ω, einem linearen Temperaturkoeffizienten α = 1,3 10 K und einem vernachlässigbar kleinen quadratischen Temperaturkoeffizienten β ist einer Temperaturschwankung von 40 K ausgesetzt. a) Welcher vorgetäuschten Dehnung ε entspricht die sich ergebende temperaturbedingte Widerstandsänderung Δ R? Hinweis: es wird vorausgesetzt, dass die Temperaturabhängigkeit des Widerstandes nur auf der Temperaturabhängigkeit des spez. Widerstandes ρ beruht; temperaturbedingte Längen- und Querschnittsänderungen können vernachlässigt werden. b) Nennen Sie 2 Verfahren, wie der Einfluss der Temperatur beim Einsatz des Dehnungsmessstreifens verhindert werden kann? c) Erläutern Sie ein Verfahren aus b) incl. Schaltplan und skizzieren Sie am Verformungskörper nach Bild 1, wo verwendete Dehnungsmessstreifen an dem Messobjekt befestigt werde müssen D:\Vorlesungen\ME2\Dauerhaft\Aufgaben\Klausuren\WS08\Pruefung-ME2-AUT-WS08-Rev1-4-Fachschaft.docx

24 Prüfungsklausur ME2 / AUT im WS 2008/09 Matrikelnummer: Seite: 7 / Aufg.: Auf einer NC-Werkzeugmaschine mit einer Positioniergenauigkeit der Linearachsen von l[ mm] u95 = ± (1 + ) μm wurde die statische Kennlinie eines Ultraschallsensors 100 aufgenommen. Der Sensor liefert abhängig vom Abstand des Sensors vom Messobjekt eine elektrische Gleichspannung zwischen 0 und 10 V. a) Skizzieren Sie in Bild 1 die statische Kennlinie U(x) des Ultraschallsensors entsprechend den Messwerten aus Tabelle 1. b) Definieren Sie den Messbereich des Ultraschallsensors; begründen Sie Ihre Antwort c) Mit welcher maximalen Messunsicherheit müssen Sie bei der Aufnahme der statische Kennlinie des Ultraschallsensors rechnen? d) Wie groß ist die Hysterese eines kapazitiven Sensor in mm, wenn für den Einschaltpunkt eine Spannung von 4V und für den Ausschaltpunkt eine Spannung von 4,05 V gemessen wird. U in V x in mm Bild 1 Tab. 1 D:\Vorlesungen\ME2\Dauerhaft\Aufgaben\Klausuren\WS08\Pruefung-ME2-AUT-WS08-Rev1-4-Fachschaft.docx

25 Prüfungsklausur ME2 / AUT im WS 2008/09 Matrikelnummer: Seite: 8 / Aufg.: In einer Montageanlage werden verschiedene Motortypen für Hubbewegungen eingesetzt. Ihre Grundfunktionaliät bzgl. der Steuerung ist identisch. Für den Motortyp 1 steht ein Funktionsblock Antrieb nach Bild 1 mit den Eigenschaften aus dem SPS-Labor zur Verfügung (wenn unbekannt siehe: Hinweis zu Eigenschaften Funktionsblock Antrieb auf übernächster Seite) a) Erstellen Sie mit Hilfe einer geeigneten Schaltbelegungstabelle = Wahrheitstabelle mit mehreren Ausgangsgrößen einen Funktionsblock Typ2 als Funktionsplan zur Ansteuerung des Motortyps 2 mit den folgenden Stellsignalen (=Ausgangsignale der SPS zur Ansteuerung des Motortyps 2): Signalname Bedeutung Wert der anderen Stellsignale DreheLinks Motor dreht links DreheRechts = 0, Halt = 0 DreheRechts Motor dreht rechts DreheLinks = 0, Halt = 0 Halt Motor steht still DreheLinks, DreheRechts = beliebig Hinweis: der Deklarationsteil ist nicht notwendig b) Erstellen Sie ein SPS-Programm (ohne Deklarationsteil!) mit der folgenden Aufgabenstellung: Über die Bedientaste Start wird der Linkslauf von Motor 1 (Typ1) gestartet. Nach Erreichen des vorderen Endschalters ( Antrieb1Vorne ) wird Motor1 automatisch gestoppt (Funktionalität von Antrieb ). Gleichzeitig, d.h. bei Erreichen des vorderen Endschalters von Motor1 wird der Rechtslauf von Motor2 (Typ2) gestartet. Hat dieser Motor seinen hinteren Endschalter ( Antrieb2Hinten ) erreicht, wird die Rechtsbewegung von Motor1 eingeleitet und mit dem hinteren Endschalter ( Antrieb1Hinten ) wieder gestoppt. Jetzt fährt Motor 2 im Linkslauf auf seine vordere Endposition ( Antrieb2Vorne ). Die zweite Bedientaste Stopp führt zum Anhalten von Motor1 und Motor2. Hinweis: Bei den Eingangssignalen Start, Stopp handelt es sich um Schließer, bei allen Endschaltern um Öffner!! Anmerkung: wie die Motoren Motor1 und Motor2 aus einer beliebigen Motorstellung wieder in eine definierte Ausgangsposition gebracht werden können, soll hier nicht betrachtet werden!! Bild 1 D:\Vorlesungen\ME2\Dauerhaft\Aufgaben\Klausuren\WS08\Pruefung-ME2-AUT-WS08-Rev1-4-Fachschaft.docx

26 Prüfungsklausur ME2 / AUT im WS 2008/09 Matrikelnummer: Seite: 9 / 12 Hinweis zu Eigenschaften Funktionsblock Antrieb Die Drehrichtungssteuerung eines Antriebs wurde als Funktionsblock realisiert. Die Ein-, Ausgangssignale sind folgendermaßen definiert: Signal Variablenname Signalart Signalbedeutung bei 1 Stop Stopp Input Anhalten Taste Linkslauf TasteLinks Input Bewegung nach links Taste Rechtslauf Motor Links drehen Motor Rechts drehen Endschalter Vorne Endschalter Hinten TasteRechts Input Bewegung nach rechts Links Output Bewegung nach links Rechts Output Bewegung nach rechts G1V Input Endschalter nicht erreicht G1H Input Endschalter nicht erreicht Funktionsbeschreibung Linkslauf: Beim Betätigen des Tasters für Linkslauf soll Motor links laufen. Bedingung: Motor dreht beim Betätigen des Tasters für Linkslauf nicht rechts und der Stopptaster ist nicht gedrückt. Funktionsbeschreibung Rechtslauf: Beim Betätigen des Tasters für Rechtslauf soll Motor rechts laufen. Bedingung: Motor dreht beim Betätigen des Tasters für Rechtslauf nicht links und der Stopptaster ist nicht gedrückt. Weitere Bedingung: Werden bei stehendem Motor unbeabsichtigt beide Taster TasteLinks und TasteRechts gedrückt, bleibt der Motor im Stillstand D:\Vorlesungen\ME2\Dauerhaft\Aufgaben\Klausuren\WS08\Pruefung-ME2-AUT-WS08-Rev1-4-Fachschaft.docx

27 Prüfungsklausur ME2 / AUT im WS 2008/09 Matrikelnummer: Seite: 10 / Aufg.: a) Wie lautet die vereinfachte Schaltfunktion der im KV-Diagramm dargestellten logischen Verknüpfung der 4 Eingangsgrößen (DNF)? Markieren Sie im KV-Diagramm die Vereinfachungen und ordnen sie den Teilen der Schaltfunktion zu. (Es muss klar sein welcher Teil der Schaltfunktion welchen Teilen im KV-Diagramm entspricht). D:\Vorlesungen\ME2\Dauerhaft\Aufgaben\Klausuren\WS08\Pruefung-ME2-AUT-WS08-Rev1-4-Fachschaft.docx

28 Prüfungsklausur ME2 / AUT im WS 2008/09 Matrikelnummer: Seite: 11 / Aufg.: a) Erstellen Sie für den dargestellten Funktionsplan eine Wahrheitstabelle für die Ausgangsgröße y x1 x2 x3 x D:\Vorlesungen\ME2\Dauerhaft\Aufgaben\Klausuren\WS08\Pruefung-ME2-AUT-WS08-Rev1-4-Fachschaft.docx

29 Prüfungsklausur ME2 / AUT im WS 2008/09 Matrikelnummer: Seite: 12 / Aufg.: a) Erstellen Sie einen Stromlaufplan zur folgenden Schaltfunktion: y = ( x1 x3) ( x2 (( x3 x4) x1) ) D:\Vorlesungen\ME2\Dauerhaft\Aufgaben\Klausuren\WS08\Pruefung-ME2-AUT-WS08-Rev1-4-Fachschaft.docx

30 Fakultät für Elektrotechnik, Prof. Dr.-Ing. Rolf-Dieter Brückbauer Prüfungsklausur im Fach ME2/AUT Semester 7M, 7 WI Prüfer BRU Datum Zeit 13:15 Name Vorname Matrikelnummer Allgemeines: 1. Bitte unbedingt nur dokumentenechtes Schreibzeug (Kugelschreiber, Füllfederhalter) benutzen. 2. Bitte verwenden Sie keine rote Farbe. 3. Zusatzblätter mit Matrikelnummer oder Namen und der laufenden Seitenzahl (Vorder- und Rückseite numerieren!) versehen.! Es sind keine Hilfsmittel erlaubt mit Ausnahme von: 1. Zeichenmaterial (Lineal, Geodreieck, Zirkel) 2. Taschenrechner ohne Textspeicherfunktion 3. Selbstgeschriebene Formelsammlung (handschriftlich oder mit Textsystem) auf max. 4 DIN-A4- Seiten (= 2 Blätter) Die Benutzung nicht erlaubter Hilfsmittel führt zum sofortigen Ausschluß aus der Prüfung und hat automatisch das Nichtbestehen zur Folge!!! Erreichte Gesamtpunktzahl: Note: Viel Erfolg!!!

31 Prüfungsklausur ME2 / AUT / KOM4 im SS 2008 Matrikelnummer: Seite: 2 / Aufg.: a) Von was hängen die dynamischen Anforderungen an eine Messeinrichtung ab? b) Welche Auswirkungen haben Verzerrungen bei Messeinrichtungen? c) Worin liegt der Unterschied zwischen linearen und nichtlinearen Verzerrugen? d) Nennen Sie ein Beispiel für nichtlineare Verzerrungen 2. Aufg.: a) Welche Zeiten lassen sich aus einer Sprungantwort außer der Anstiegszeit noch entnehmen? b) Erläutern Sie die Bestimmung der Anstiegszeit anhand einer skizzierten Sprungantwort c) Erläutern Sie die Bestimmung zweier weiterer in a) genannten Zeiten anhand der Skizze aus b) 3. Aufg.: Die Messunsicherheit einer Messeinrichtung wird mit a) Was bedeutet die Angabe dieses Wertes? u [ mm] l = ± (10 ) μm angegeben b) Mit welchem absoluten Fehler müssen Sie bei der Prüfung eines Sollabstandes zweier Bohrungen von 300 mm rechnen? c) Geben Sie die Fehlerklasse einer zweiten Messeinrichtung für eine maximal messbare Länge von 500 mm und einer Messunsicherheit von l[ mm] u95 = ± (100 + ) μm an Aufg.: a) Skizzieren Sie eine statische Kennlinie und erläutern Sie die Begriffe Anzeige-, Messbereich, Linearitätsfehler und Empfindlichkeit D:\Vorlesungen\ME2\AktuellesSemester\Klausur\Pruefung-ME2-AUT-SS08-Rev2-3-Fachschaft.doc

32 Prüfungsklausur ME2 / AUT / KOM4 im SS 2008 Matrikelnummer: Seite: 3 / Aufg.: Induktive Wirbelstromsensoren basieren auf dem Auftreten von Wirbelströmen, die zu elektrischen Verlusten führen. a) Wie und unter welchen Bedingungen entstehen Wirbelströme? b) Wieso beeinflussen die magnetischen Eigenschaften (Permeabilitätszahl μ r ) eines Materials die elektrischen Verluste? c) Wieso beeinflusst die Leitfähigkeit κ bzw. der spez. Widerstand ρ eines Materials die elektrischen Verluste? d) Wie werden die unterschiedlichen elektrischen Verluste unterschiedlicher Materialien bei Verwendung von Wirbelstromsensoren berücksichtigt? Welche Bedeutung hat in diesem Zusammenhang die sog. Normmessfahne? 6. Aufg.: Schaltende/binäre Sensoren besitzen i.d.r. eine elektronisch realisierte Hysterese a) Welche Aufgabe hat diese Hysterese? b) Skizzieren Sie in Bild 1, das die Kapazitätsänderung eines binären kapazitiven Sensors zeigt, wie die Hysterese realisiert wird. Kennzeichnen Sie den Wert der Hysterese D:\Vorlesungen\ME2\AktuellesSemester\Klausur\Pruefung-ME2-AUT-SS08-Rev2-3-Fachschaft.doc

33 Prüfungsklausur ME2 / AUT / KOM4 im SS 2008 Matrikelnummer: Seite: 4 / Aufg.: Auf einem Transportband befinden sich quadratische Werkstücke der Kantenlänge a = 50 mm. Sie wurden bei jeweils identischer Geometrie aus einem der drei unterschiedlichen Materialien ST37, Aluminium und nichtleitender Kunststoff hergestellt. Es besteht die Aufgabe, die Kunststoffteile von den metallischen Teilen zu trennen. a) Welchen bzw. welche zusätzlichen Sensoren setzen Sie neben einem induktiven Wirbelstromsensor ein, um die genannte Aufgabe zu lösen und beschreiben Sie verbal die Verknüpfung der Signale der verschiedenen eingesetzten Sensoren. b) Beschreiben Sie die Funktionsweise des bzw. der unter a) genannten zusätzlichen Sensoren c) Welchen Reduktionsfaktor darf das verwendete Aluminium bei der in Bild 1 skizzierten Geometrie nicht unterschreiten wenn der Nennschaltabstand des Wirbelstromsensors und des/der zusätzlichen Sensoren aus a) 30 mm beträgt? Bild 1 D:\Vorlesungen\ME2\AktuellesSemester\Klausur\Pruefung-ME2-AUT-SS08-Rev2-3-Fachschaft.doc