Temperatur-, Dehnungs- und. Jochen Klier AE-Specialists Manager
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- Jens Böhm
- vor 8 Jahren
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1 Temperatur-, Dehnungs- und Impedanzwerte richtig erfassen Jochen Klier AE-Specialists Manager
2 Temperaturmessung
3 Der Seebeck-Effekt U 1 = S 1 T U T U = Thermospannung T = Temperaturdifferenz S = U 21 = S 21 T Materialabhängiger Seebeck-Koeffizient
4 Das Thermoelement als Sensor DAQ- Gerät T2 T3=? T1 U T isothermal Weitere Materialübergänge müssen vermieden werden Oder alle Materialübergänge müssen auf gleicher Temperatur gehalten werden
5 Das Thermoelement als Sensor DAQ- Gerät U T Messung der Referenztemperatur am Anschlusspunkt (Vergleichsstellenmessung, Cold Junction Compensation)
6 Das Thermoelement als Sensor DAQ- Gerät isothermal Isothermales Design der Anschlusstechnik
7 Weitere Eigenheiten von Thermoelementen Thermospannung ist sehr klein (1 5 mv / 100K) >> hohe Verstärkungsfaktoren und Tiefpassfilterung notwendig Nichtlinearität der Thermospannung >> Linearisierung durch Signalkonditionierung oder Software notwendig Alterungseffekte (Oxidation) bei hohen Temperaturen Genormte Thermoelementtypen (J, K, R, S, T, N, E, B) * * *Quelle: Wikipedia
8 Eigenschaften von Thermoelementen Unterschiedliches Alterungsverhalten Verschiedene Temperaturbereiche Verschiedene Empfindlichkeiten Messfehler für USB-TC01 (low cost) Typ J Typ E
9 Empfohlene NI-Hardware für Thermoelement-Messungen SCXI NI SC Express Kanaldichte NI CompactDAQ NI C-Serie USB-TC01 Genauigkeit
10 Widerstandsthermometer (RTD) Materialien: Platin (-196 C C) * Nickel (-60 C C) [Heißleiter (-80 C C)] Ausführungen: Drahtgewickelt Dünnfilmtechnik Klassifizierungen AA (0,1 C + 0,0017 t ) * bis C (0,6 C + 0,01 t ) *Quelle: Wikipedia
11 Messschaltungen für RTDs 2-Drahttechnik: + Ersparnis bei den Leitungen - Messfehler durch Leitungswiderstände 4-Drahttechnik: + Kompensation der Leitungswiderstände - Teurere Leitungen Weitere Verfahren: o 3-Drahttechnik o Abgleichwiderstände für 2- Drahttechnik
12 Eigenschaften von RTDs Hochpräzise Stromquelle wird zur Messung benötigt Einsatz eines Tiefpassfilters ist empfohlen Typische Bezeichnungen: Pt100 (R 0 = 100 Ωbei 0 C) auch verfügbar: Pt200, 500, 1000, 3000, 6000, 9000 Berechnung des Warmwiderstands: 0 C bis 850 C: R = R 0 (1 + a T + b T 2 ) unter 0 C: R = R 0 (1 + a T + b T 2 + c (T 100 K) T 3 ) a, b, c = genormte, materialabhängige Koeffizienten
13 Empfohlene NI-Hardware für RTD-Messungen SCXI Kanaldichte NI CompactDAQ NI C-Serie Genauigkeit
14 Vergleich Thermoelemente vs. RTDs Thermoelement RTD Genauigkeit / Empfindlichkeit Geschwindigkeit Alterung Selbsterwärmung Preis pro Kanal
15 Dehnungsmessung
16 Was ist Dehnung? Dehnung ist die relative Längenänderung eines Körpers durch äußere Krafteinwirkung. Dehnung ε ist dimensionslos, meist sehr klein und wird in der Messtechnik häufig in Microstrain (me) angegeben.
17 Dehnmessstreifen (DMS) Widerstandsänderung durch Dehnung des Messgitters Indirekte Messung von Kräften und Schwingungen Häufig Anordnung mehrerer DMS in unterschiedlichen Ausrichtungen auf einer Trägerfolie DMS-Spezifikationen: Ruhewiderstand R 0 K-Faktor (GF) = ( R/R) / ( L/L)
18 Dehnung messtechnisch erfassen Häufige Verwendung von Wheatstone- Brücken (Viertel-, Halb- oder Vollbrücken) Dummy-DMS im selben Brückenast zur Kompensierung des Temperaturgangs
19 Dehnung messtechnisch erfassen Halb- und Vollbrücken zur Erhöhung der Empfindlichkeit
20 Wichtige Eigenschaften bei DMS-Messungen Brückenvervollständigung Präzise Brückenspeisung Rückmessung der Brückenspeisung Verstärkung Tiefpass-Filterung Offset-Kompensation
21 Empfohlene NI-Hardware für DMS-Messungen SCXI NI SC Express Kanaldichte NI CompactDAQ NI C-Serie Genauigkeit
22 Impedanzmessung
23 Was ist Impedanz? Impedanzen wirken dem Stromfluss bei Wechselspannungen entgegen Impedanzen sind frequenzabhängig und äußern sich in einer Signaldämpfung, sowie einer Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung. Impedanzen werden als komplexe Größen angegeben: Z = R + jx Impedanzen setzen sich aus resistiven (R), kapazitiven (C) und induktiven (L) Komponenten zusammen. Z R L C
24 Verfahren zur Impedanzmessung Messung mit weißem Rauschen über Shunt-Widerstand Frequenzscan Spannungsmessung bei konstantem Stromeffektivwert Sprungantwort Closed-Loop Messung
25 Empfohlene NI-Messhardware PXI Modulare Instrumente DMM NI-4072: LCR-Messung bei einzelnen Frequenzen (hohe Präzision) Fgen NI Scope NI-5124 Impedanzmessung über Shunt-Widerstand (hohe Geschwindigkeit)
26 Umfrage Feedback an NI R&D: Bedarf für Impedanzmessgerät im PXI-Formfaktor?
27 Vielen Dank
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