Grundlagen der Sensorik, Signalverarbeitung und Messsysteme

Die Notwendigkeit von Sensoren und Signalaufbereitung

Erläutern Sie die Notwendigkeit, Sensoren, Wandler und Signalaufbereiter in jedem Prozess zu nutzen. Es ist notwendig, Geräte zu verwenden, um eine konstante Regelung zu erreichen und einen bestimmten Prozess mit der geringstmöglichen Fehlerquote zu steuern.

Serielle vs. Parallele Datenübertragung: Geschwindigkeitsvorteile

Erklären Sie, warum serielle Datenübertragung schneller sein kann als parallele Übertragung. Ab einem bestimmten Punkt können bei hohen Geschwindigkeiten in parallelen Datenströmen Spannungen zwischen den Leitungen induziert werden, die eine Dämpfung des Signals verursachen.

Inkrementalgeber vs. Absolutwertgeber: Vor- und Nachteile

Geben und erläutern Sie die Vor- und Nachteile der Verwendung von Inkrementalgebern zur Messung der Winkelposition im Vergleich zu Absolutwertgebern. Der Betrieb eines Inkrementalgebers basiert auf der Zählung von Impulsen, die von einer Scheibe erzeugt werden, um die Winkelposition zu bestimmen. Ein gravierender Nachteil ist, dass nach einem Neustart die Position nicht ohne Referenzfahrt neu bestimmt werden kann. Ein Vorteil ist, dass die Auflösung des Inkrementalgebers manipuliert werden kann, während Absolutwertgeber feste Auflösungen haben.

Richtungserkennung mit Inkrementalgebern

Erklären Sie, wie ein Inkrementalgeber die Richtung der linearen Verschiebung bestimmen kann. Dies geschieht durch das Hinzufügen eines zweiten Sensors (Spur B) in einem bestimmten Abstand zum ersten Sensor (Spur A). Die Richtung der Verschiebung wird dann durch die Phasenverschiebung der Signale beider Spuren bestimmt, d.h., welcher Sensor das Signal zuerst registriert.

Das Thermoelement: Funktionsweise und Anwendung

Das Thermoelement ist ein passiver Sensor mit kurzen Ansprechzeiten für die Temperaturregelung. Sein Betrieb basiert auf dem Seebeck-Effekt, bei dem eine Spannung entsteht, wenn zwei unterschiedliche Leiter an ihren Enden verbunden und auf unterschiedliche Temperaturen gebracht werden. Der Effekt funktioniert typischerweise in Temperaturbereichen wie -200 °C bis 1600 °C oder 0 °C bis 1500 °C, abhängig vom Typ. Eine Ausgangskonditionierungsschaltung muss sicherstellen, dass sie das Referenz-Thermoelement nicht beeinflusst und isoliert ist, um Messfehler zu vermeiden.

Fehler und Unsicherheit in Messsystemen

Erklären Sie den Fehler der Unsicherheit. Der Unsicherheitsfehler hängt von der Umwandlungszeit des Digital-Analog-Wandlers (DAC) und auch von der Änderungsrate des analogen Signals ab.

Integration mittels Trapezmethode

Zeigen Sie den Ausdruck. Die Integration mittels Trapezmethode ist eine gute Näherung, da diese Substitution als bilinear bekannt ist und verwendet wird, wenn die diskrete Regelung einen Frequenzgang aufweisen soll, der dem eines analogen Systems ähnelt.

Sampling und Quantisierung: Grundlagen der Digitalisierung

Der Sampling-Prozess erfasst diskrete Werte eines kontinuierlichen Signals in einem festen Zeitabstand Ts. Der Quantisierungsprozess weist einem abgetasteten Wert einen Code-Wert zu.