IfTA ChargeSignalGenerator: Der Ladungs- und Signalgenerator
Messketten testen und kalibrieren
Der IfTA ChargeSignalGenerator (CSG) ist ein Ladungs- und Signalgenerator zum Testen von piezoelektrischen Messketten. Das leichte und handliche Gerät kann Sensoren simulieren, z.B. Hochtemperatursensoren für Druck und Beschleunigung.
Die intuitive Bedienung erfolgt über Tasten und ein 2,7 Zoll Display. Dank Batterieversorgung, Displayhintergrundbeleuchtung und Trageschlaufe ist der Ladungs- und Signalgenerator auch an schwer zugänglichen und dunklen Orten einsetzbar. Für differentielle Ladungssignale steht ein Lemo-Anschluss zur Verfügung, der identisch zu dem gängiger Sensoren ist. Andere Varianten werden über optionale Adapter abgedeckt.
Die Frequenz und Amplitude des Ausgangssignals legt der Benutzer frei fest. Neben der sinusförmigen Wellenform bietet der Simulator auch eine asymmetrische, um die Polarität der Verkabelung einer Messkette prüfen zu können. Mit Hilfe des synchronen Spannungsausgangs lassen sich darüber hinaus Transferfunktionen bestimmen, z.B. von Ladungsverstärkern.
Durch präzise digitale Synthese bietet der IfTA ChargeSignalGenerator hohe Genauigkeiten und kann so auch zum Kalibrieren eingesetzt werden. Der Ladungs- und Signalgenerator kann optional auch auf die nationale Normale (DIN EN ISO / IEC 17025) rückführbar kalibriert werden.
Die Vorteile des Signal- und Ladungsgenerators
Messketten effizient überprüfen
Kompakte und leichte Bauform, netzunabhängiger Betrieb durch Batteriespeisung und einfache Bedienung sparen wichtige Zeit bei der Inbetriebnahme von Messketten. Überprüfen Sie selbst Ihre Messketten und Messgeräte und versichern Sie sich somit von deren korrekter Funktion. Das erspart Probleme und Zeit, da Komponenten nicht unnötigerweise zum Kalibrieren versendet werden müssen.
Übertragungsverhalten messen
Mit dem simultanen Spannungsausgang kann das Übertragungsverhalten der Ladungsmesskette einfach vermessen werden.
Fehler finden und vermeiden
Funktionierende und richtig kalibrierte Messketten sind die Basis für einen fehler- und störungsfreien Betrieb von Prüfständen, Maschinen und Industrieanlagen. Der Ladungsgenerator stellt dies von Anfang an sicher und hilft im Fehlerfall bei der schnellen Ursachenbeseitigung.
Anwendungsszenarien des Ladungs-Signalgenerators in der Praxis
Piezo-Messketten effizient prüfen
Einige Messanwendungen mit Piezo-basierten Aufnehmern erfordern - meist aufgrund widriger Umgebungsbedingungen - die Verwendung externer Ladungsverstärkers. Derartige Messketten sind komplex und damit fehleranfällig. Ein portabler Sensorsimulator bietet die hier notwendige Unterstützung beim Messaufbau und bei der Fehlersuche.
Die Abbildung rechts zeigt eine Messkette mit externem Ladungsverstärker. Eine Messgröße (M) erzeugt im Piezo-Aufnehmer ein Ladungssignal (Q), welches im Ladungsverstärker in ein niederohmiges Spannungssignal (U) transformiert wird. Ein Analog/Digital-Wandler (A/D) erzeugt daraus schließlich ein digitales Signal. Der Sensorsimulator - im Folgenden als Ladungs-Signalgenerator (LSG) bezeichnet - wird anstelle des Sensors angeschlossen. Es ergeben sich vier wichtige Anwendungsszenarien.
Szenario 1: Kalibrierung der Messkette
Ziel ist es, die Kalibrierung der gesamten Messkette (ohne Sensor) zu überprüfen. Der Prozess der Kalibrierung hat generell das Ziel, eine möglichst gute Übereinstimmung zwischen Messgröße und Messwert zu erreichen. Daher wird mit Hilfe eines LSG ein Signal definierter Amplitude und Frequenz in die Messkette eingespeist. Die Amplitude wird hierbei so gewählt, dass sie einem typischen Wert der Messgröße entspricht, also z.B. 1,0 g für einen Beschleunigungsaufnehmer. Am anderen Ende der Messkette – hier dargestellt durch einen Laptop – sollten dann ebenfalls eine Amplitude von 1,0 g sowie die am LSG eingestellte Frequenz angezeigt werden. Ist dies für eine Reihe an typischen Eingangssignalen sichergestellt, so kann später das im realen Einsatz erzielte Messergebnis als plausibel angenommen werden. Bei dieser Anwendung ist es wichtig, auf einen kalibrierten LSG zurückzugreifen.
Szenario 2: Signalpfadverfolgung und Fehlersuche
Ziel ist hier die Überprüfung der Signalpfade. Dies geschieht entweder um einen vorhandenen Fehler aufzuspüren, oder die Messkette vor der ersten Inbetriebnahme bzw. nach einem Umbau zu überprüfen. Hierzu wird der LSG an verschiedenen Stellen innerhalb der Messkette angeschlossen. Für die Teile der Messkette – aus Sensorsicht - nach dem Ladungsverstärker muss auf einen Spannungs- anstatt auf einen Ladungsausgang zurückgegriffen werden. Geeignete Geräte bieten daher beide Ausgangssignale. Für jede Einbaustelle wird ausgewertet wie sich das Signal am Messgerät verändert: Wird es schwächer? Treten Störungen auf? Da die Analyse hier vergleichend ist, muss der LSG nicht zwingend kalibriert sein. Tastet man sich entlang der Kette vom Sensor in Richtung des Messgeräts, spricht man von einer Vorwärtsanalyse, bei umgekehrter Richtung, von einer Rückwärtsanalyse. Auf diese Weise lassen sich falsche bzw. schlechte Verdrahtungen oder fehlerhafte Bauteile systematisch auffinden und deren Einfluss auf das Messergebnis bewerten.
Szenario 3: Überprüfung der Polarität
Für bestimmte Anwendungen ist die Polarität des Sensorsignals von großer Bedeutung, z.B. bei einer Modalanalyse. Die korrekte Polarität kann effizient mit Hilfe eines asymmetrischen Signals festgestellt werden, also z.B. ein Signal welches nur die positiven Ausschläge einer Sinusschwingung beinhaltet. Werden, wie in der Abbildung dargestellt, die positiven „Höcker“ des Signals im Messsystem falsch herum dargestellt, muss an irgendeiner Stelle der Messkette eine fehlerhafte Verdrahtung vorliegen. Deren Position kann anschließend wie in Szenario 2 beschrieben eingegrenzt werden.
Szenario 4: Übertragungsverhalten der Messkette bestimmen
Das Übertragungsverhalten einer Messkette ist im Allgemeinen frequenzabhängig. Dies bedeutet, dass ein harmonisches Signal je nach Frequenz entlang der Messkette unterschiedlich stark verstärkt/gedämpft bzw. phasenverschoben wird. Hierüber gibt die Transferfunktion der Kette Auskunft, welche die Verstärkung/Dämpfung (Gain) und die Phasenverschiebung (Phase) des Ausgangssignals relativ zum Eingang frequenzabhängig darstellt. Um sie für einzelne Frequenzen auszuwerten, wird ein harmonisches Ladungssignal (Q) mit definierter Frequenz in die Messkette eingespeist. Parallel dazu wird ein zum Q-Signal synchrones Spannungssignal gleicher Frequenz an der Messkette vorbei, direkt in das Messgerät eingeleitet. Dieses Spannungssignal stellt die von der Messkette unbeeinflusste Referenz dar. Aus beiden Signalen kann dann der Wert der Transferfunktion für die vorliegende Frequenz berechnet werden. Wird dies für mehrere Frequenzen wiederholt, erhält man einen Eindruck über das frequenzabhängige Übertragungsverhalten der Messkette, also deren Frequenzgang.
Der Ladungs-Signalgenerator für das Qualitätsmanagement
option: Rückführbare Kalibrierung nach DIN ISO 17025
Durch die Markteinführung einer optionalen rückführbaren Kalibrierung des IfTA Ladungs-Signalgenerators auf eine nationale Normale nach DIN ISO 17025 lässt sich dieser nun auch für Qualitätsmanagementprozesse einsetzen. Der IfTA ChargeSignalGenerator ermöglicht somit höchste Präzision für die mobile Überprüfung und Kalibrierung von Messketten in einem handlichen Format.
IfTA ChargeSignalGenerator CSG und CSG10
Zwei Varianten - je nach gewünschter Maximalamplitude
IfTA bietet zwei Ausführungen des IfTA Ladungs-Signalgenerators an, die sich in der maximalen Amplitude sowie der Amplitudenschrittweite unterscheiden:
- Ladungs-Signalgenerator CSG für Amplituden bis 1.000 pC in 0,1 pC Schritten
- Ladungs-Signalgenerator CSG10 für Amplituden bis 10.000 pC in 1,0 pC Schritten
