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Messstellenumschalter für kapazitive Messgrößen

Effmert, Matthias (1996):
Messstellenumschalter für kapazitive Messgrößen.
Technische Universität Darmstadt, [Diploma Thesis or Magisterarbeit]

Abstract

Zusammenfassung:

In der vorliegenden Diplomarbeit werden Entwicklung, Aufbau und Inbetriebnahme eines Meßstellenumschalters beschrieben. Dieser erweitert einen vorhandenen Meßplatz, der für rechnergesteuerte Messungen von kapazitiven Drucksensoren eingerichtet wurde. Das Kernstück des Meßaufbaus ist eine RLC-Meßbrücke Typ: HP-4284A, die mittels einer Vier-Leitungs-Messung Impedanzen zwischen maximal 1mOhm - 10MOhm messen kann.

Der Meßstellenumschalter ist in der Lage, die vier Koaxialleitungen auf jeweils eines von zehn Meßobjekten umzuschalten, indem er sowohl die Leitungsadern als auch die Leitungsabschirmungen galvanisch trennt und verbindet. Die Besonderheit dieses Gerätes liegt in der vollständigen kapazitiven Entkopplung jedes geschalteten Meßkanals von den jeweils neun anderen möglichen Kanälen. Dadurch ist das Messen von kapazitiven Größen mit der Meßbrücke mit ihrer vollen Auflösung, gleicher Genauigkeit und uneingeschränktem Impedanzbereich möglich, ohne Beeinflussung durch die Meßobjekte an den anderen Umschalterausgängen.

Der Prototyp ist in einem 19" Meßeinschubgehäuse aufgebaut. Die Steuerungselektronik mit Anzeige und Bedienelementen, das Netzteil und vier Umschalterplatinen mit jeweils einem Eingang und zehn Ausgängen (BNC) sind als Einzelmodule ausgeführt. Jeder der 40 Koaxialausgänge wird von jeweils zwei abgeschirmten Reedkontakten und einem Reedrelais geschaltet. Die manuelle Steuerung des Meßstellenschalters ist über die Bedienelemente möglich. Eine automatische Steuerung durch den Rechner erfolgt über ein I/O-Modul für IEC-Meßbussysteme, das von Jürgen Seng im Rahmen einer Diplomarbeit für diese Aufgabe entwickelt wurde.

Technische Daten des Gesamtmeßaufbaus für 10 kapazitive Drucksensoren:

* Frequenzbereich: 1kHz - 60 kHz

* Grundgenauigkeit: 0,05% relativer Fehler

* Auflösung: 1fF

* Temperaturbereich: 0°C bis 40°C

* Umschaltzeit / Meßzeit: < 10ms/180ms

* Lebensdauer (Umschalter): >20x10^6 Lastspiele

Im Ergebnis wurde ein Gerät entwickelt, das nicht nur mit seinem geringen Meßfehlerbeitrag im Meßaufbau der Aufgabenstellung gerecht wird, sondern auch mit seiner hohen Lebensdauer und seiner Unempfindlichkeit gegen Einflüsse durch Temperatur und Luftfeuchtigkeit bei normalem Raumklima voll praxistauglich ist, wie ausgiebige Meßreihen mit dem Prototyp im Klimaschrank ergaben.

Item Type: Diploma Thesis or Magisterarbeit
Erschienen: 1996
Creators: Effmert, Matthias
Title: Messstellenumschalter für kapazitive Messgrößen
Language: German
Abstract:

Zusammenfassung:

In der vorliegenden Diplomarbeit werden Entwicklung, Aufbau und Inbetriebnahme eines Meßstellenumschalters beschrieben. Dieser erweitert einen vorhandenen Meßplatz, der für rechnergesteuerte Messungen von kapazitiven Drucksensoren eingerichtet wurde. Das Kernstück des Meßaufbaus ist eine RLC-Meßbrücke Typ: HP-4284A, die mittels einer Vier-Leitungs-Messung Impedanzen zwischen maximal 1mOhm - 10MOhm messen kann.

Der Meßstellenumschalter ist in der Lage, die vier Koaxialleitungen auf jeweils eines von zehn Meßobjekten umzuschalten, indem er sowohl die Leitungsadern als auch die Leitungsabschirmungen galvanisch trennt und verbindet. Die Besonderheit dieses Gerätes liegt in der vollständigen kapazitiven Entkopplung jedes geschalteten Meßkanals von den jeweils neun anderen möglichen Kanälen. Dadurch ist das Messen von kapazitiven Größen mit der Meßbrücke mit ihrer vollen Auflösung, gleicher Genauigkeit und uneingeschränktem Impedanzbereich möglich, ohne Beeinflussung durch die Meßobjekte an den anderen Umschalterausgängen.

Der Prototyp ist in einem 19" Meßeinschubgehäuse aufgebaut. Die Steuerungselektronik mit Anzeige und Bedienelementen, das Netzteil und vier Umschalterplatinen mit jeweils einem Eingang und zehn Ausgängen (BNC) sind als Einzelmodule ausgeführt. Jeder der 40 Koaxialausgänge wird von jeweils zwei abgeschirmten Reedkontakten und einem Reedrelais geschaltet. Die manuelle Steuerung des Meßstellenschalters ist über die Bedienelemente möglich. Eine automatische Steuerung durch den Rechner erfolgt über ein I/O-Modul für IEC-Meßbussysteme, das von Jürgen Seng im Rahmen einer Diplomarbeit für diese Aufgabe entwickelt wurde.

Technische Daten des Gesamtmeßaufbaus für 10 kapazitive Drucksensoren:

* Frequenzbereich: 1kHz - 60 kHz

* Grundgenauigkeit: 0,05% relativer Fehler

* Auflösung: 1fF

* Temperaturbereich: 0°C bis 40°C

* Umschaltzeit / Meßzeit: < 10ms/180ms

* Lebensdauer (Umschalter): >20x10^6 Lastspiele

Im Ergebnis wurde ein Gerät entwickelt, das nicht nur mit seinem geringen Meßfehlerbeitrag im Meßaufbau der Aufgabenstellung gerecht wird, sondern auch mit seiner hohen Lebensdauer und seiner Unempfindlichkeit gegen Einflüsse durch Temperatur und Luftfeuchtigkeit bei normalem Raumklima voll praxistauglich ist, wie ausgiebige Meßreihen mit dem Prototyp im Klimaschrank ergaben.

Uncontrolled Keywords: Elektromechanische Konstruktionen, Mikro- und Feinwerktechnik, Kapazitätsmessung, Koaxialrelais, Messplatzautomatisierung, Meßstellenumschalter, R-L-C-Messbrücke HP-4284A
Divisions: 18 Department of Electrical Engineering and Information Technology
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design
18 Department of Electrical Engineering and Information Technology > Institute for Electromechanical Design > Measurement and Sensor Technology
Date Deposited: 15 Sep 2011 14:19
Additional Information:

EMK-spezifische Daten:

Lagerort Dokument: Archiv EMK, Kontakt über Sekretariate,

Bibliotheks-Sigel: 17/24 EMKD 1302

Art der Arbeit: Diplomarbeit

Beginn Datum: 20-11-1995

Ende Datum: 27-02-1996

Querverweis: 17/24 EMKD 1276

Studiengang: Elektrotechnik (ET)

Vertiefungsrichtung: Elektromechanische Konstruktionen (Dipl.)

Abschluss: Diplom (EMK)

Identification Number: 17/24 EMKD 1302
Referees: Kuhn, Dipl.-Ing. Sven and Werthschützky, Prof. Dr.- Roland
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