Technische Daten

Was bedeutet die Einheit mV/V?

Das Ausgangssignal eines Kraftsensors bzw. einer Wheatstoneschen Brücke ist abhängig von der Höhe der Speisespannung.

Je höher die Speisespannung, desto höher auch das Ausgangssignal

Indem man das Ausgangssignal pro Volt Speisespannung angibt, kann man die Sensoren untereinander vergleichen.

Sensoren mit Dehnungsmessstreifen liefern ca. 0 mV/V im unbelasteten Zustand und -je nach Sensor- ca. 0,5 mV/V bis 3,5mV/V bei voller Belastung.

Die Messverstärker sind für diese Signalpegel ausgelegt: Messverstärker mit einer Speisespannung von z.B. 5V verarbeiten Eingangsspannungen zwischen -17,5mV bis +17,5mV

dms-grundlagen

Wofür steht "Eingangsempfindlichkeit"?

Beim Messverstärker gibt man nicht den Verstärkungsfaktor und die Speisespannung an und rechnet dann
2mV/V (Ausgangssignal vom Sensor bei 100% Belastung)
mal 5V (Speisespannung des Verstärkers)
mal 1000 (Verstärkungsfaktor des Verstärkers)
ergibt = 10 V (Ausgangssignal des Verstärkers)
sondern
2mV/V Ausgangssignal liefert der Sensor (bei voller Last)
2mV/V Eingangsempfindlichkeit hat der Verstärker
passt, -->100% Aussteuerung am Verstärker bei 100% Belastung auf dem Sensor.

Was bedeutet "Kennwert"?

Der Kennwert eines Sensors ist die Änderung des Ausgangssignals bei 100% Belastung.

Der Begriff ist in der VDI Richtlinie 2638 definiert: Ausgangssignal bei Nennkraft, vermindert 
um das Nullsignal...

Das Ausgangssignal wird in mV pro Volt Brückenspannung angegeben (mV/V).

Typische Kennwerte von Sensoren sind 2 mV/V, oder 1 mV/V, oder 0.5 mV/V, teilweise auch 3 mV/V. Ein Sensor mit Kennwert 2 mV/V (bei Nennkraft) liefert mit einem Verstärker mit 5V Brückenspeisespannung also 10mV Ausgangssignal (als Differenzspannung zwischen +Brückenausgang und -Brückenausgang)

Was ist der Unterschied zwischen "Kennwert" und "Nennkennwert"

Die Begriffe sind in der VDI 2638 (für Kraftsensoren) und VDI 2639 (für Drehmomentsensoren) definiert.

Kennwert ist das tatsächliche Ausgangssignal des Sensors. Dieses steht also im Prüfprotokoll oder im Werkszertifikat oder im Kalibrierschein.

Der Nennkennwert ist der "Zielwert" für den Kennwert. Der Nennkennwert steht also im allgemeinen technischen Datenblatt für diesen Sensortyp (nicht im Protokoll für den einen speziellen und wirklichen Sensor)

Was bedeutet Dehnung?

Dehnung ist ein Maß für die relative Längenänderung Δl/l

Die Einheiten für Dehnung sind m/m,μm/m, ppm (parts per million), %, ‰

Was bedeutet Grenzfrequenz?

Bei Messverstärkern mit Analogausgang wird in der Regel ein Tiefpassfilter eingesetzt. Aber auch die elektronischen Bauteile, wie z.B. Entstörschutz, oder auch die Instrumentenverstärker haben die Eigenschaft eines Tiefpasses: Signalanteile höherer Frequenz werden weniger verstärkt, als Signalanteile mit niedrigen Frequenzen (das Verstärkungs-Bandbreite Produkt des Instrumentenverstärkers ist hierfür verantwortlich. 

In der Regel setzt man absichtlich Tiefpässe mit Grenzfrequenzen deutlich unterhalb der Möglichkeiten eines Instrumentenverstärkers ein. Grenzfrequenz bedeutet: ein Signal mit dieser Frequenz wird nur noch mit ca. 70% gegenüber der eigentlich erwarteten Amplitude abgebildet. Die "Ordnung" des Tiefpassfilters beschreibt außerdem, wie stark die Amplitude mit zunehmender Frequenz verrmindert (gedämpft) wird. Die Ordnung beschreibt dabei die Steilheit der Filterkennlinie. Üblich bei Messverstärkern mit Analogausgang sind Filter dritter Ordnung. Bei einem Filter dritter Ordnung beträgt die Dämpfung -20dB pro Dekade: Bei einer Zunahme der Frequenz um den Faktor 10 sinkt die Amplitude um den Faktor 1000.

Der Grund für den Einsatz eines Filters besteht darin, dass durch das Filter die statistische Streuung der Signale verringert wird: Die Rauschamplitude wird verringert, wenn die "Bandbreite", also der Bereich an Frequenzen, die das Filter ungedämpft passieren dürfen, eingeschränkt wird. Die Auflösung des Messverstärkers wird dadurch verbessert. Als Fautregel gilt: Ein Zehntel der Bandbreite vermindert die Rauschamplitude um den Faktor 3. Das gilt insbesondere dann, wenn im Signal alle Freuenzanteile gleichmäßig enthalten sind.

Üblicherweise gibt es einzelne herausragende Freuenzanteile innerhalb des Rauschens: z.B. 50Hz für Einstreuungen aus dem Netz.

Bei der Auswahl des Tiefpassfilters sollte die Grenzfrequenz wenigstens 5-fach oberhalb der zu messenden Signalfrequenzen liegen, damit das Messergebnis nicht verfälscht wird. Das Tiefpassfilter sollte so niedrig wie möglich und so hoch wie nötig gewählt werden.

https://www.me-systeme.de/de/technik-zuerst/elektronik/grundlagen/filter

https://www.me-systeme.de/de/technik-zuerst/elektronik/grundlagen/uebersicht

https://www.me-systeme.de/de/technik-zuerst/elektronik/gsv-6/aufloesung-gsv-6bt

Was bedeutet Datenfrequenz?

Messverstärker mit Schnittstelle wandeln mit Hilfe eines Analog/Digital Umformers das analoge Signal in ein digitales. Dies geschieht in festgelegten (oft konfigurierbaren) Intervallen. Der Analog/Digital Umformer erfasst das Analogsignal der sogenannten Abtastfrequenz. Ähnlich wie bei analogen Filtern versucht man die Streuung der Signale zu vermindern. Dies geschieht durch den Einsatz digitaler Filter.

Der einfachste digitale Filter ist das Mittelwertfilter. Durch den Einsatz eines digitalen Filters wird (in der Regel) die Anzahl der Daten vermindert. Die Daten, die über die Schnittstelle (USB, RS232, UART, CANbus, Ethernet, etc...) zur Verfügung gestellt werden, werden in festgelegten Intervallen mit der Datenfreqenz gesendet. 

Eine sehr niedrige Datenfrequenz wirkt sich oft nachteilig in einem Regelkreis aus. Daher setzt man meist die gleitende Mittelwertbildung (moving average) ein. Beim gleitenden Mittelwert bleibt die Anzahl der Daten am Ausgang gleich der Anzahl der Daten am Eingang des Filters. Hohe Freuenzen werden gefiltert, was sich am anschaulichsten mit der sogenannten Sprungantwort des Filters nachvollziehen lässt: Ein Signalsprung am Eingang wird mit einer Einschwingzeit am Ausgang verlangsamt wiedergegeben.

Die Zeitkonstante eines Mittelwertfilters ist Anzahl der Mittelungen "m" mal Abtastintervall "T" (mit  sehr guter Näherungab ab 100 Mittelungen). Die Grenzfrequenz Fg eines Filters hängt mit der Zeitkonstante zusammen: Fg = 1/(2 pi m T). 

Bei einer internen Abtastfrequenz von z.B. 10.000Hz und einer konfigurierten Datenfrequenz von z.B. 100Hz beträgt die Grenzfrequenz etwa 16Hz. Faustregel: Die Grenzfrequenz beträgt etwa 1/6 der (eingestellten) Datenfrequenz.

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