Lernfeld 12 · Prüfung Teil 2

Messkette und Messwerterfassung

Messkette im Prüfsystem: Sensoren wie Pt100, Thermoelement und Dehnungsmessstreifen, Messverstärker, Filter und A/D-Wandler.

12 Aufgaben dazu übenKostenlos, ohne Anmeldung, mit Lösungsweg

Darum geht es

Eine digitale Messkette besteht aus Sensor, Messverstärker, Filter, A/D-Wandler und Auswertung. Der Sensor wandelt die physikalische Größe in ein elektrisches Signal. Ein Pt100 ändert seinen Widerstand mit der Temperatur, ein Thermoelement erzeugt eine Spannung aus der Temperaturdifferenz zwischen Messstelle und Vergleichsstelle, ein Dehnungsmessstreifen ändert seinen Widerstand mit der Dehnung. Kleine Widerstandsänderungen misst man mit einer Brückenschaltung und einem Messverstärker.

Jedes Glied trägt zur Messabweichung bei. Beim Pt100 verfälscht in Zweileiterschaltung der Leitungswiderstand den Messwert; die Vierleiterschaltung trennt Strom- und Spannungspfad und beseitigt diesen Fehler. Thermoelemente brauchen eine Vergleichsstellenkompensation und passende Ausgleichsleitungen.

Vor dem A/D-Wandler begrenzt ein Tiefpassfilter die Bandbreite, damit keine Alias-Frequenzen entstehen. Auflösung, Abtastrate, Eingangsbereich und galvanische Trennung der Messkarte werden passend zur Messaufgabe gewählt. Zum Schluss wird die ganze Kette kalibriert.

Das solltest du dir merken

Pt100 für genaue Messungen in Vierleiterschaltung.
Thermoelemente messen Temperaturdifferenzen und brauchen Vergleichsstellenkompensation.
Anti-Aliasing-Filter vor den A/D-Wandler.
Die ganze Messkette kalibrieren, nicht nur den Sensor.

Formeln

Pt100 (lineare Näherung): $R = R_{0} \cdot (1 + α \cdot ϑ)$; $R_{0} = 100 Ω$ , $α = 0, 00385 K^{- 1}$
Dehnungsmessstreifen: $\frac{Δ R}{R} = k \cdot ε$
Verstärkung eines Brückenverstärkers: $V = \frac{U _{aus}}{S \cdot U _{B}}$; $S$ Kennwert in mV/V, $U_{B}$ Brückenspeisespannung

Typische Fehler in der Prüfung

Beim Pt100 die Temperatur ohne die 1 in der Klammer berechnet.
Den Leitungswiderstand in Zweileiterschaltung nicht berücksichtigt.
Das Filter erst nach dem A/D-Wandler vorgesehen.

Tipps aus der Werkstatt

Pt100 in Zweileiterschaltung: Jedes 0,385 Ω Leitungswiderstand verfälscht die Anzeige um 1 K. Für genaue Messungen deshalb Vierleiterschaltung, und das Anti-Aliasing-Filter gehört immer vor den A/D-Wandler.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

12 Aufgaben zu „Messkette und Messwerterfassung“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

Jetzt üben

Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Elektroniker/-in für Informations- und Systemtechnik, Lernfeld 12 (Prüfsysteme entwickeln und optimieren); DIN EN 60751 sinngemäß. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.