Auflösung von Messverstärkern / Sensoren

Unter "Auflösung" eines Messsystems wird der kleinste ablesbare "Anzeigeschritt" eines Messsystems verstanden. Bei Messverstärkern mit digitaler Schnittstelle versteht man zunächst die "Auflösung des Analog/Digitalwandlers. So hat ein 16 Bit A/D Umformer eine Auflösung von 1/ 2¹⁶ digits = 1/ 65536 digits oder ein 24 Bit A/D Umformer eine Auflösung von 1/ 2²⁴ digits = 1/ 16.777.216 digits.

Tatsächlich wird die für den Anwender eines Messsystems nutzbare Auflösung durch das Rauschen der Sensors und durch das Rauschen der elektronischen Bauteile begrenzt. Die Rauschamplitude der analogen Schaltkreise vor der Analog Digital Umformung ist um mehrere Größenordnungen höher als das Rauschen durch Quantisierungsabweichung bei der A/D Umsetzung mit 16 oder 24 Bit. Bei einem 10 Bit oder 12 Bit würde das Quantisierungsrauschen das analoge Rauschen der Elektronik übertreffen

Definition von Auflösung

Die Auflösung wird durch die Rauschamplitude des Messsignals definiert.

Die Rauschamplitude wird z.B. als RMS Mittelwert, oder als Spitzenwert zwischen maximalen und minimalen Messwert oder in Dezibel angegeben.

Zur einfachen Vergleichbarkeit verwenden wir bei ME-Meßsysteme die maximale Rauschamplitude. Dieser Spitzenwert wird über 100 Messwerte oder über ein Zeitintervall von 1s (ab einer eingestellten Datenfrequenz von 100Hz) ermittelt. Sobald eine der beiden Bedingungen erreicht ist, wird die Rauschamplitude angezeigt.

Die Software GSVmulti bietet eine Funktion zur Anzeige der Rauschamplitude. Diese Funktion ist sehr hilfreich, um zum Beispiel die Qualität der Verkabelung zu testen und zu Beginn einer Messung mögliche Fehlerquellen auszuschließen.

Damit man sich nicht kleine Zahlenwerte, wie z.B. 20 nV/V oder -90dB vergleichen muss, geben wir an, wieviele Male die Rauschamplitude im positiven Messbereich enthalten ist: So viele "Schritte", "Steps" könnte man z.B. an einem Oszilloskop gerade noch mit dem Auge ablesen.

Der Messbereich ist 2 mV/V oder 3.5 mV/V, je nach Messverstärker.

Dies ergibt Zahlenwerte in der Größenordnung von 1.000 bis 100.000.

Messen der Auflösung

Als Messbedingung wählen wir 1m Anschlusskabel, geschirmt, angeschlossen an einen Kalibrator ME145.

Verantwortlich für das Rauschen ist nicht das Digitalisierungsrauschen des A/D Wandlers (1/32767 * 2 mV/V), sondern die Qualität der Operationsverstärker, der eingesetzten analogen und digitalen Filter, und natürlich äußere Einflüsse wie z.B. Einstreuungen von z.B. Frequenzsumrichtern, von Wechselspannungen etc.

Als Faustregel gilt: bei einer Datenfrequenz von 10Hz sollte man in der DMS-Technik mit einer DMS-Vollbrücke eine Auflösung von 5.000 bis 10.000 Teilen erreichen.

Bei der 10-fachen Datenfrequenz vergrößert sich in der Regel die Rauschamplitude um das 3.2 fache (Wurzel aus 10).

Mit dem Produkt GSV-8 erreicht ME-Meßsysteme eine der höchsten Auflösungen im Bereich kommerziell erhältlicher DMS Messverstärker.