Rechnergestützte Meßverfahren

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1 Dipl.-Ing. Heinrich Weber Rechnergestützte Meßverfahren Grundlagen, Sensoren, Meßschaltungen, Bussysteme, Prozeßdatenerfassung und Meßautomatisierung Vogel Buchverlag

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort 5 1 Einführung in die rechnergestützte Meßtechnik nichtelektrischer Größen Das Messen nichtelektrischer Größen mit elektrischen Meßketten Glieder der Meßkette Darstellung von Meßeinrichtungen Geräteplan Signalflußplan Beispiele linearer und nichtlinearer Meßketten Signalformen Analoge Signale Digitale Signale Übertragungsverhalten von Meßketten Darstellung des Übertragungsverhaltens Zeitverhalten von Meßkettengliedern Übertragungsverhalten am Beispiel einer Feldplatte (Sensorkennlinie) Kalibrierung und Justierung einer Füllstandsmeßeinrichtung an einem x-t-schreiber Meßfehler statischer und quasistatischer Größen Fehlerarten Definition der Fehlerangabe Fehlerfortpflanzung bei systematischen Fehlern Statistische Fehleranalyse bei zufälligen Fehlern 40 3 Sensoren - Prinzipien der Umwandlung nichtelektrischer Größen in elektrische Signale Passive Bauelemente zur Meßsignalumformung Widerstandssensoren Metallische Temperatursensoren Halbleiter-Temperatursensoren Potentiometrische Sensoren Metallische Dehnungssensoren Halbleiter-Dehnungssensoren Beleuchtungsstärke-Sensoren Magnetfeldempfindliche Sensoren Induktive Sensoren Differentialdrossel Annäherungssensor Kapazitive Sensoren Kapazitive Füllstandssensoren Kapazitive Feuchtesensoren Kapazitive Näherungsschalter 97 7

3 3.2 Aktive Bauelemente zur Meßsignalumformung Spannung als Meßsignal Thermoelemente Durchflußsensoren Hallgenerator Strom als Meßsignal Optoelektronische Bauelemente Lichtschranken Optokoppler Ladung als Meßsignal Digitale Sensoren Längenmeßsensoren Drehwinkel-und Drehzahlsensoren Intelligente Sensoren Anpassung der Signale Einheitssignale Signalübertragung Spannung als Meßsignal Strom als Meßsignal Digitale Signalübertragung Störeinflüsse bei der Signalübertragung Meßverstärker Grundlagen des Operationsverstärkers Kenndaten des Operationsverstärkers Invertierender Verstärker Nichtinvertierender Verstärker Spannungsfolgerschaltung Komparatorschaltung Addiererschaltung Subtrahiererschaltung Instrumentenverstärker Programmierbarer Verstärker Thermoelementverstärker Trennverstärker Sample&Hold-Verstärker Aktive Filter Integratorschaltung Differenziererschaltung Konstantspannungsquelle Konstantstromquelle Meßsignalumformer für Widerstand Widerstands-Spannungs-Umformer Brückenschaltung Abgleichmeßbrücke Ausschlagmeßbrücke Gleichspannungsmeßverstärker Trägerfrequenzmeßverstärker Strom-Spannungs-Umformer Spannungs-Strom-Umformer Ladungs-Spannungs-Umformer 196 8

4 4.9 Linearisierung einer Übertragungskennlinie Zwei-, Drei- und Vierleiterschaltungstechnik Analog-Digital-Umsetzer Abtastung analoger Signale Abtasttheorem Aliasing-Effekt Kenngrößen von Analog-Digital-Umsetzern Integrierender Umsetzer Parallelumsetzer Umsetzer nach dem Wägeverfahren Digital-Analog-Umsetzer Spannungs-Frequenz-Umformer Frequenz-Spannungs-Umformer Rechnergestützte Systeme in der Meß- und Automatisierungstechnik Lösungen rechnergestützter Meßdatenerfassung Aufbau und Funktion eines Rechners Struktur des Datentransports IEC-Bus-Meß-und-Prüfsysteme Busstruktur und Funktionselemente Datenbus Übergabesteuerbus (Handshakebus) Schnittstellensteuerbus Konzept der Nachrichtenübermittlung Gerätenachrichten Schnittstellennachrichten Universalbefehle Adressierte Befehle Hörer-und Sprecheradressen Elektrische und mechanische Festlegungen PC-Karten zum Messen und Automatisieren Aufbau von PC-Karten Erfassung analoger Signale Ausgabe analoger Signale Ein- und Ausgabe digitaler Signale Multifunktionskarten Erweiterung des Rechners mit PC-Karten Serielle Schnittstellen RS-232-Schnittstelle RS-422-Schnittstelle RS-485-Bus-Schnittstelle TTY-Strom-Schnittstelle Intelligentes Sensormodul mit RS Systembeschreibung Konfiguration des Moduls Programmierung der RS-485-Schnittstelle Software in der Datenerfassung, -Verarbeitung und Meßautomatisierung System-und Anwendersoftware Betriebssysteme und Programmiertechniken 275 9

5 6.2.1 Betriebssysteme Singletask-Betriebssysteme Multitask-Betriebssysteme Realtime-Verarbeitung Programmierebenen Programmierung im Maschinencode Programmierung in Assembler Programmierung in einer höheren Programmiersprache Programmierung mit grafischen und menügeführten Hilfen Standardsoftware in der Meßdatenerfassung und -Verarbeitung Ebenen von Standardsoftware Menügeführte Software mit grafischen Bedienhilfen - Easyest LX Benutzeroberfläche und Menüführung Funktionen Programmierumgebung Viewdac Grundlegende Begriffe Programmierung eines virtuellen Spannungsmeßgeräts Datenerfassung über A/D-PC-Karte, IEC-Bus und RS Modulorientierte Standardsoftware DASYlab DASYlab unter Windows Benutzeroberfläche und grafische Programmierung Grundfunktionen von DASYlab Beispiel Lösungsverfahren in der rechnergestützten Meßtechnik Wahl des Meßverfahrens Zeitbezug der Meßdatenerfassung Online-Betrieb Offline-Betrieb Real time-verarbeitung Art der Messung Einzelmessung Meßreihe Triggerbedingungen Freilaufende Triggerbedingung Takttriggerung Ereignistriggerung Gesteuerte Triggerung Gliederung der meßtechnischen Aufgabe Versuchsplanung Instrumentierung Parametrierung Programmierung Versuchsdurchführung Meßdatenverarbeitung Berichterstellung und Dokumentation 304 Glossar 305 Literaturverzeichnis 309 Stichwortverzeichnis 311