Digital-Meßtechnik - Stuettler.org
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Kontrollfragensammlung Teil Messtechnik V1.4 22.10.2010 __________________________________________________________________________________________ V1.1 : mehrere Teile umgeordnet V1.2 : Laplace ergänzt, V1.21 : Korrekturen Differenzverstärker und Laplace V!:3 : uC ergänzt V1.4: für 3HN,AKELI2010 adaptiert Übersicht Einführung Meßtechnik, Fehler Analogmeßtechnik Signalgeneratoren Impedanzmessung Leistungsmessung Oszilloskop Bodediagramme Statistik Digital-Meßtechnik Differenzverstärker Messverstärker Messverstärker – Schaltungen Laplacetransformation Sensorik Microcontroller Copyright : Kopien, Ausdrucke, Weitergabe von Dokument und Files Nutzungsrechte : Sämtliche Dokumente und Files dürfen für die Lehrtätigkeit an der HTL – Rankweil ( Höhere Technische Lehranstalt Rankweil Österreich ) und der HTA-Chur ( Hochschule für Technik und Architektur Chur Schweiz ) frei verwendet und kopiert werden. 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Im Zweifelsfalle kontaktieren Sie den Autor : [email protected] Copyright : Verwendung oder/und Weiterverarbeitung von sonstigen Files Kontaktieren Sie bitte den Autor : [email protected] __________________________________________________________________________________________ Stüttler PA http://members.aon.at/vtv/spa.htm 1/24 Kontrollfragensammlung Teil Messtechnik V1.4 22.10.2010 __________________________________________________________________________________________ Einführung Meßtechnik, Fehler 1. Nennen Sie die wichtigsten Aufgabengebiete der Meßtechnik und jeweils ein zwei Untergruppen 2. Skizzieren Sie die zwei grundlegenden Topologievarianten in der Regelungstechnik 3. Der Meßvorgang findet in einem System bestehend aus Meßobjekt, Meßgerät, Umwelt, Informationsnutzer und Energiequellen statt. Skizziern Sie die Zusammenhänge. 4. Der Widerstand eines Hochofen-Temperatursensors soll mit Strom- und Spannungsmessung bestimmt und in der Schaltzentrale angezeigt werden. Skizzieren Sie das Meßsystem in Blockbilddarstellung. Bennenen Sie die einzelnen Blöcke mit den korrekten meßtechnischen Begriffen. 5. Erläutern Sie jeden der Begriffe : Analogmessung, Digitalmessung, kontinuierliche Messung, Zeitquantisierung,... 6. Die Messung der Ausgangsspannung eines Sensors soll möglichst rückwirkungsfrei erfolgen. Welche Meßmethode schlagen Sie vor. Skizzieren Sie die Schaltung. 7. Geben Sie die SI-Grundeinheiten an. 8. Was bedeuten die folgenden Symbole : 9. Wie lauten die Formeln : für den relativen Fehler, den Fehler, den relativen Anzeigefehler 30° 3 10. Erläutern Sie : systematischen Fehler, statistische Fehler, dynamische Fehler eines Schreibplotters mit Motorantrieb für den Schreibstift 11. In welchem Bereich des Meßbereiches soll/darf der Meßwert liegen : a) bei einem Analoginstrument mit lin-Skala b) bei einem Analoginstrument mit log-Skala c) bei einem Digitalinstrument 12. geben Sie die Formeln zur Berechnung des relativen Anzeigefehlers an : d) bei einem Analoginstrument mit lin-Skala e) bei einem Analoginstrument mit log-Skala f) bei einem Digitalinstrument 13. Ein Strom von 10A soll gemessen werden, berechnen Sie den relativen Fehler : a) Analoginstrument mit Lin-Skala 100mm Skala, Klasse 1, Meßbereich 100A b) Analoginstrument mit Log-Skala 100mm Skala, Klasse 1, Meßbereich 1e-2 bis 100A b) Digitalinstrument 3stellig, 0-99.9A, Fehlerangaben : Fr=1%, Fra=0.1% __________________________________________________________________________________________ Stüttler PA http://members.aon.at/vtv/spa.htm 2/24 Kontrollfragensammlung Teil Messtechnik V1.4 22.10.2010 __________________________________________________________________________________________ Analogmeßtechnik 1. Erklären sie die Begriffe: Anzeigebereich Meßbereich Empfindlichkeit Klasse Prüfspannung Überlastbarkeit Stoßüberlastbarkeit Parallaxefehler Spiegelskalen Dämpfung 2. Geben Sie die Formeln für den arith. Mittelwert, den Gleichrichtwert und den Effektivwert an. Geben Sie den Zusammenhang zwischen den drei Werten bei Sinusgrößen an. Wie groß sind die drei Werte an einer 230V-Steckdose. 3. Ist es sinnvoll ein a) Dreheiseninstrument b) Drehspulinstrument zur Wechselspannungsmessung mit einem Gleichrichter auszustatten 4. Leiten Sie die Skalengleichung eines Drehspulinstrumentes her 5. Berechnen Sie arith. Mittelwert, den Gleichrichtwert und den Effektivwert : a) U(t) b) u(t) 10V 2 1 0 c) 10ms t 0 0.1s t u(t) = 311V*sin(wt+15°); f=50Hz 6. Was für einen Wert zeigen die nachfolgenden Instrumente für die 3 Signalformen obiger Aufgabe an : a) Drehspulinstrument im Gleichspannungsbereich b) Drehspulinstrument im Wechselspannungsbereich c) Drehmagnetinstrument im Gleichspannungsbereich d) Drehmagnetinstrument im Wechselspannungsbereich e) Dreheiseninstrument f) Bimetallinstrument g) Hitzedrahtinstrument h) Instrument mit Thermoumformer 7. Welche Messgerätetype ist als Präzisionsinstrument tauglich: Dreheisen/Drehmagnet/Drehspulinstrument? 8. Wieso wackelt der Zeiger eines Drehspulinstrumentes nicht, wenn im Gleichspannungsbereich eine Wechselspannung 50Vsin(500*t) angelegt wird. Was zeigt eine Dreheiseninstrument an. Was zeigt eine Drehspulinstrument im Wechselspannungsbereich an. 9. Der Gleichrichtwert und der arith, Mittelwert einer Spannung u(t) unbekannter Kurvenform muß gemessen werden. Wie gehen Sie vor?. ( Es wird angenommen, daß der zulässige Frequenzbereich des Meßgerätes durch die Grundwelle und die Oberwellen von u(t) nicht überschritten wird ). 10. Wieso zeigt ein Drehspulinstrument ohne Gleichrichter beim Anlegen einer Wechselspannung 0 an. Welchen Wert zeigt ein Dreheiseninstrument an. 11. Mit Dioden und Kondensatoren können Spitzenwerte und der Spitzen-Spitzenwert gemessen werden. Zeichnen Sie die Schaltung. 12. Wie erfolgt die Erweiterung des Meßbereiches : a) bei einem Drehspulstrommesser b) bei einem Drehspulspannungsmesser c) bei einem Dreheisenspannungsmesser d) bei einem Dreheisenstrommesser e) bei einem elektrodyn. Meßgerät __________________________________________________________________________________________ Stüttler PA http://members.aon.at/vtv/spa.htm 3/24 Kontrollfragensammlung Teil Messtechnik V1.4 22.10.2010 __________________________________________________________________________________________ 13. Ein Strom von 10A soll gemessen werden, berechnen Sie den relativen Fehler : c) Analoginstrument mit Lin-Skala 100mm Skala, Klasse 1, Meßbereich 100A d) Digitalinstrument 3stellig, 0-99.9A, Fehlerangaben : Fr=0.2%, Fra=0.1% 14. Die Messung der Ausgangsspannung eines Sensors soll möglichst rückwirkungsfrei erfolgen. Welche Meßmethode schlagen Sie vor. Skizzieren Sie die Schaltung. 15. Wieso darf der Strombereich eines Dreheisenstrommessers nicht mit Nebenwiderständen erweitert werden. 16. Die Leistungsaufnahme ( Wirkleistungsaufnahme P ) einer Maschine soll gemessen werden. Skizzieren Sie die Meßschaltung. Was wäre zu tun, wenn die Meßbereiche des Meßgerätes zu klein sind. 17. Wieso muß bei einem elektrodynamischen Meßgerät unbedingt der Strom und die Spannung mit Meßgeräten überwacht werden. 18. Wie lautet die Skalengleichung eines elektrodyn. Meßgerätes. Erläutern Sie wieso das elektrodyn. Meßgerät die Wirkleistung und nicht die Schein/Blindleistung mißt. 19. Zeigen Sie mit einem Excelworksheet, dass die Mittelung von p(t) tatsächlich die Wirkleistung abgibt. 20. Der Effektivwert einer Spannung soll gemessen werden. Es ist bekannt, daß die zu messende Spannung Frequenzanteile bis über 10kHz enthält. Welches Analog-Meßgerät schlagen Sie vor. 21.Erläutern Sie in kurzen Worten wie gezeigt werden könnte, daß eine Brücke mit vertikaler Symmetrie am empfindlichsten ist. 22. An einem Motor wird stromrichtig gemessen : I =12.35A, U = 225.5V P = 1320W. Ri-Amperemeter = 0.3Ohm; Ri-Voltmeter = 30kOhm; Wattmeter : . Ri-Stromspule = 0.2Ohm; Ri-Spannungsspule = 20kOhm. Skizzieren Sie die Schaltung. Berechnen Sie die Leistungen unter vorherigen Korrektur des systematischen Spannungsfehlers. 23. Gegeben ist ein Rechtecksignal mit dem pos. Spitzenwert 10 V und dem negativen Spiteznwert - 4V. Was für einen Wert zeigen die nachfolgenden Instrumente die obige Signalform an : i) Drehspulinstrument im Gleichspannungsbereich j) Drehspulinstrument im Wechselspannungsbereich k) Bimetallinstrument l) Dreheiseninstrument 24. Ein Dreheisenstrommesser besitzt einen Strommeßbereich von 1A. Es muß aber ein Strom von 4.5 A gemessen werden. Was schlagen Sie vor? 25. Wieso ist im Wechselspannungsbereich von Drehspulinstrumenten die Skala mit einem Faktor 1.111 multipliziert 26. Erklären Sie kurz den Kompensationschreiber 27. Wie sind Linienschreiber aufgebaut. Was ist der Vorteil des Punktschreibers. 28. Wieso ist der Kompensationsschreiber dynamisch nicht linear. 29. Skizzieren Sie die Schaltung a) der stromrichtigen Meßmethode b) der spannungsrichtigen Meßmethode und geben Sie die Formeln zur Korrektur des systematischen Spannungsfehlers/Stromfehlers für beide Schaltungen an. 30. Wie lauten die grundsätzlichen Forderungen für den Innenwiderstand eines a) Spannungsmessers b) Ampermeters __________________________________________________________________________________________ Stüttler PA http://members.aon.at/vtv/spa.htm 4/24 Kontrollfragensammlung Teil Messtechnik V1.4 22.10.2010 __________________________________________________________________________________________ 31. Ein Drehspulamperemeter mit dem Innenwiderstand von 0.1 Ohm besitzt einen Meßbereich von 5A. Es soll eine Strom von 100A messen können. Berechnen Sie den nötigen Nebenwiderstand. 32. Ein Voltmeter mit einem Innenwiderstand von 10kOhm und einem Spannungsbereich von 1V soll eine Spannung von 100V messen können. Berechnen Sie den nötigen Vorwiderstand. 33. Die Spannung eines Sensors soll möglichst belastungsfrei gemessen werden. Es wird die Kompensationsmeßmethode verwendet. Skizzieren Sie die Schaltung. 34. Wozu dienen Brückenschaltungen 35. Brückenschaltungen können im Abgleichverfahren oder im Ausschlagverfahren betrieben werden. Erklären Sie den Unterschied und die Vor- und Nachteile. 36. Wie sollten die Widerstände einer Brücke etwa gewählt sein damit sie eine möglichst hohe Empfindlichkeit besitzt. Beweisen Sie Ihre Behauptung (rechnerisch und mit einem Excel-Worksheet) Leiten Sie den Zusammenhang UD = f(RDMS) einer Brücke mit einem, mit zwei mit vier Dehnmessstreifen her. Zeigen Sie, dass das Ausschlagverfahren nicht linear ist. 37. Skizzieren Sie eine Brückenschaltung und geben Sie die Abgleichbedingung an. 38. Ein Maschinenteil ist bereits öfters gebrochen. Sie sollen die Spannung mit einem Dehmeßstreifen nachmessen. Die Maschinentemperatur ist aber stark schwankend. Was schlagen Sie vor. 39. Eine Brückenschaltung wird im Abgleichverfahren betrieben. Die Speisespannung der Brücke schwankt um +-5%! Ist eine sinnvolle Messung möglich? Was wäre wenn das Ausschlagverfahren genützt werden würde. 40. Gegeben ist die Spannung u(t) = 5*sin(100t) + 15*sin(23*t). Berechnen Sie den Effektivwert. 41. Gegeben : u1(t) = 14V*sin(314*t+45°); u2(t) = 7V*sin(314*t+90°); Geben Sie die Spannungen in den Ihnen bekannten math. und zeichnerischen Darstellungsarten an. 42. Typenschild eines Motors . U=230V/50Hz. Sind die 230V der Effektivwert/Spitzenwert/arith. Mittelwert? __________________________________________________________________________________________ Stüttler PA http://members.aon.at/vtv/spa.htm 5/24 Kontrollfragensammlung Teil Messtechnik V1.4 22.10.2010 __________________________________________________________________________________________ Signalgeneratoren 1. Zeichnen Sie die Schaltung eines Colpitts-Oszillators mit Quarzstabilisierung und erklären Sie anschaulich seine Funktion. 2. Berechnen Sie die Abschwächung des Eingangssignales eines Wiengliedes bei der Resonanzfrequenz. 3. Zeichnen Sie das Blockschaltbild eines Signalgenerators, der eine Rechteckspannung, eine Dreiecksspannung und eine Sinusspannung erzeugt. 4. Gegeben sei ein Verstärker A und eine Rückkoppelungsnetzwerk K. Es soll das Blockschaltbild eines schwingfähigen Gebildes gezeichnet werden und leiten Sie Bedingungen ab der K genügen muß, sodaß eine Schwingung entsteht . Erklären Sie anschaulich wie durch positive Rückkoppelung eine Schwingung entsteht 5. Zeichnen Sie die Schaltung eines zweistufigen Diodensinusnetzwerkes und den Ausgangsspannungsverlauf. 6. Berechnen Sie die Impedanz eines realen Parallelschwingkreises und skizzieren Sie den Verlauf Z=f(w) und phi=f(w). 7. Zeichnen Sie die Schaltung des Meißner Oszillators und erklären Sie anschaulich die Funktion. 8. Zeichnen Sie die Schaltung und die Signalverläufe eines Schmitt-Trigger ( oder TTL-NAND )-Oszillators. Berechnen Sie die Frequenz. __________________________________________________________________________________________ Stüttler PA http://members.aon.at/vtv/spa.htm 6/24 Kontrollfragensammlung Teil Messtechnik V1.4 22.10.2010 __________________________________________________________________________________________ Impedanzmessung 1. Zeichnen Sie das vollständige Wechselstrom-Ersatzschaltbild einer realen Induktivität, bestehend aus idealen R, L, C - Bauteilen ein . Skizzieren Sie das Zeigerdiagramm für die Ströme u. Spannungen und eines für die Widerstände . 2. Wieso sind Induktivitäten mit Eisenkern nicht linear ? Worauf ist bei der meßtechnischen Bestimmung des Ersatzschaltbildes einer Induktivität zu achten, deren Einbausituation so ist, daß sie in der Sättigung betrieben wird. 3. Zeichnen Sie das vereinfachte Wechselstrom-Ersatzschaltbild einer realen Induktivität, bestehend aus idealen R, L - Bauteilen ein . Skizzieren Sie das Zeigerdiagramm für die Ströme u. Spannungen und eines für die Widerstände . 4. Zeichnen Sie das vereinfachte Wechselstrom-Ersatzschaltbild eines realen Kondensators, bestehend aus idealen R, C - Bauteilen in . Skizzieren Sie das Zeigerdiagramm für die Ströme u. Spannungen und eines für die Widerstände . 5. Die Ersatzbildwerte (vereinfachtes Ersatzschaltbild ) einer Induktivität werden mit Strom- und Spannungsmessung ermittelt. Geben Sie die Formeln für R, L, Z und cos(phi ) an. 6. Die Ersatzbildwerte (vereinfachtes Ersatzschaltbild ) einer Induktivität werden mit Strom- und Spannungsund Wirkleistungsmessung ermittelt. Geben Sie die Formeln für R, L, Z und cos(phi ) an. 7. Eine Wechselstrombrücke bestehe aus Z1, Z2, Z3, Zx. Leiten Sie die Abgleichbedingungen ab. 8. Welches Prinzip ist für die Konstruktion von Wechselstrombrücken zu beachten damit die Phasenbedingung überhaupt erfüllbar wird. 9 Zeichnen Sie die Maxwell Wienbrücke und leiten Sie die Formeln für Lx und Rx ab (für die abgegelichene Brücke). 10 Zeichnen Sie die Wienbrücke zur C-Messung und leiten Sie die Formeln für Cx und Rx ab (für die abgegelichene Brücke) . 11 Zeichnen Sie die Wien-Robinsonbrücke zur f-Messung und leiten Sie die Formel für f ab (für die abgeglichene Brücke) . 12 Zeichnen Sie die Anordnung Signalquelle, geschirmte Leitung, Lastwiderstand. Geben Sie das Ersatzschaltbild für das Nutzsignal an. 13 Geben Sie das Ersatzschaltbild für das Störsignal an . 14 Die Kapazität Schim-Signalleitung belaste die Signalquelle vernachlässigbar. Wie groß ist die Spannung am Lastwiderstand . 15 Erklären Sie anschaulich in Worten wieso ein versilberter gut geerdeter Schirm die Auswirkungen von Einstreuungen reduziert . 16 Wiseo darf der Schirm nicht beidseitig geerdet werden. 17 Gegen welche Art von Einstreuung hilft die Verdrillung sehr wirksam. Wieso? __________________________________________________________________________________________ Stüttler PA http://members.aon.at/vtv/spa.htm 7/24 Kontrollfragensammlung Teil Messtechnik V1.4 22.10.2010 __________________________________________________________________________________________ Leistungsmessung 1. Gilt die Formel S2 = P2 + Q2 auch für nichtsinusförmige Wechselgrößen? 2. Geben Sie das Integral für die Wirkleistung an 3. Skizzieren Sie ein elektrodyn. Meßgerät und zeichnen Sie eine einfache Meßschaltung zur Bestimmung der Leistung an einem Einphasenmotor mit 220V Wechselversorgung. 4. Wie hoch sind die Spulen eines Wirkleistungsmesser ( meist ) überlastbar. 5. Geben Sie die Formel für cw und für die Wirkleistung eines elektrodyn. Meßgerätes an. 6. Ein elektrodynamisches Meßgerät hat einen Strombereich von 10A, einen Spannungsbereich von 400V und eine Skalenteilung mit200 Teilstrichen. Ein Teilstrich entspricht wieviel Watt? 7. Eine Spannung liegt an einer Serienschaltung von Induktivität und Widerstand. Geben Sie sämtliche Ihnen bekannten Formeln für P, Q, S an ( Sinusgrößen vorrausgesetzt ). 8. Mißt das elektrodyn. Meßgerät P, Q oder S. Erklären Sie wieso. 9. Wie bestimmen Sie P,Q und S eines Einphasenmotors ( Sie dürfen Meß und Rechenmethoden kombinieren ). Wie bestimmen Sie P,Q und S eines Dreiphasenmotors (Sie dürfen Meß und Rechenmethoden kombinieren). 11. Erläutern Sie den Zweck von Strom- und Spannungswandlern. 12. Skizzieren Sie die einfachste Schaltung zur Wirkleistungsmessung bei sym. Dreileiternetz und symmetrischer Belastung bei vorhandenem Neutralleiter und geben Sie die Formel für die Leistung an . 13. Welche wichtige Schaltung ist zur Messung der Wirkleistung im sym. Dreileiternetz mit sym. Belastung und auch bei unsym.Belastung geeignet. 14. Wie bestimmen Sie P,Q,S im Dreileiternetz mit sym. Belastung ( kombiniert meß/rechentechnisch ). 15. Die Blindleistung eines Motors ist sehr hoch und belastet unnötig die Zuleitungen. Was schlagen Sie vor. 16. Beweisen Sie, daß P1+P2 bei der Aronschaltung bei symmetrischer Last die Pges und (P1-P2)*1.73 Qges ergibt. Die Blindleistung im symmetrischen Dreileiternetz mit symmetrischer Last wird mit einem Wattmeter gemessen. Erklären Sie wieso in der Formel mit der Wurzel aus 3 multipliziert wird. 17. Geben Sie die Schaltung und das Zeigerdiagramm der 3-Voltmetermethode an. 18. Geben Sie das Prinzip einer Schaltung zur Blindleistungsmessung im Wechselstromkreis an . 20. Erklären Sie anschaulich in Worten wieso der Primärstrom steigt wenn der Trafo belastet wird. Skizzieren Sie das Ersatzschaltbild eines Trafos . 22. Skizzien Sie die Schaltung zur Wirkleistungsmessung bei unsym. Dreileiternetz und unsymetrischer Belastung bei vorhandenem Neutralleiter und geben Sie die Formel für die Leistung an und zeichnen Sie das Zeigerdiagramm. 23. Zeichnen Sie die Aronschaltung und geben Sie an für welche Fälle Sie anwendbar ist . Zeigen Sie daß die Aronschaltung tatsächlich die Wirkleistung mißt . 25. Skizzieren Sie die Schaltung zur Blindleistungsmessung im unsymetrischen Dreileiternetz mit unsym. Belastung bei vorhandenem Neutralleiter. Geben Sie die Formel für die Blindleistung an . 26. Skizzieren Sie die Schaltung zur Blindleistungsmessung im symetrischen Dreileiternetz mit sym. Belastung bei vorhandenem Neutralleiter . Geben Sie die Formel für die Blindleistung an . Zeichnen Sie das Zeigerdiagramm . __________________________________________________________________________________________ Stüttler PA http://members.aon.at/vtv/spa.htm 8/24 Kontrollfragensammlung Teil Messtechnik V1.4 22.10.2010 __________________________________________________________________________________________ Oszilloskop 1 Skizzieren Sie den Aufbau der Elektronenröhre . 2 Wozu dienen Speicheroszilloskope. 3 Erklären Sie die Funktion der Triggerung. Skizzieren Sie dazu einer darzustellendes periodisches Signal, den Sägezahn und den Triggerimpuls. Wozu dient die ‚delay-time-base’ und ‚trigger-hold-off’ 4 Was ist der Unterschied zwischen AC- und DC-Ankopplung des Signaleinganges des Oszilloskops. Was ist der Unterschied zwischen AC- und DC-Ankopplung des Triggersignales. 5.Erklären Sie, wieso die Abtastfrequenz ( Takt der AD-Umsetzung) mehr als doppelt so hoch wie die Signalfrequenz sein muß. Zeigen Sie auch, dass die Verletzung dieser Bedingung ein niederfrequentes Abbild des hochfrequenten Meßsignales liefert (Samplingtechnik). 6 Skizzieren Sie das Blockschaltbild eines Oszilloskopes (5). 7 Wieso darf als Eingangsspannungsteiler am Oszilloskop kein einfacher ohmscher Spannungsteiler verwendet werden ? 8 Was sind die Vorteile des Tastkopfes. Berechnen Sie einen 10:1 Tastkopf.(nur 3HN nicht 1AKELI) 9 Wieso muß der Tastkopf abgegelichen werden. Wie wird er abgegelichen. 10 Erklären Sie wann Chop und wann Alt zu wählen ist (3). 11 Notieren Sie die Tätigkeiten die nötig sind um eine Signal auf den Schirm zu bekommen (4). 12 Wozu dient die Knöpfe Scale-Iillium, Alt/chop, ... 13 Die beiden Spannungen UR und Uc nachfolgender Schaltung sollen gleichzeitig auf dem Oszilloskopschirm dargestellt werden. Skizzieren Sie wie das Oszilloskop anzuschließen ist. 14. Skizzieren Sie eine Messschaltung zur Darstellung der Diodenkennlinie und eine zur Darstellung des Ausgangskennlinienfeldes eine Transistors. __________________________________________________________________________________________ Stüttler PA http://members.aon.at/vtv/spa.htm 9/24 Kontrollfragensammlung Teil Messtechnik V1.4 22.10.2010 __________________________________________________________________________________________ Bodediagramme Definitionen: u G R y A u M y K 1. Geben Sie die Definition an : Übertragungsfunktion von Frequenzgang von Amplitudengang und Phasengang 2 Geben Sie die Blockdarstellung und die Schaltung eines TP1 Gliedes an 3 Berechnen Sie die Verläufe von Amplitudengang und Phasengang eines TP1 Gliedes und skizzieren Sie die Verläufe. 4 Geben Sie den komplexen frequenzgang eines TP1 Gliedes an. Skizzieren Sie den Verlauf von Amplitudengang und Phasengang. skizzieren Sie den Verlauf zweier hintereinander geschalteter impedanzentkoppelter TP1-Glieder unterschiedlicher Grenzfrequenz . 5 Skizzieren Sie die Frequenzgänge : a) G(jw) = 1/(1+0.1jw) e) G(jw) = 100/[( s^2 + 51 s + 50)] i) G(s)=(s2+4s+3) b) G(jw) = (1+0.1jw) f) G(s) = 1/(s^4 +1101s^3+101100s^2+100000s) j) G(s)=s/(s2+4s+3) c) G(jw) = 0.1jw g) G(jw) = (1+10s)/(10+0.1s+s^2) k) G(s)=(1+0.1s)/ (s2+6s+25) d) G(s) = 1/0.1s h) G(jw,s) = 10*(10+0.1s+s^2)/[(1+0.01jw)(1+jw)] l) G(s)= (1+10s)/ [(s2+10s+9)* (1+s)] 6.Zeichen Sie die Schaltung eines einfachen Regelkreises mit zwei Blöcken A und K. Es sei A(w) = 100/(1+0.1jw) und K = 10. Skizzieren Sie Amplitudengang und Frequenzgang des geschlossenen (2) und des offenen (2) Kreises. 7. Leiten Sie den Frequenzgang des geschlossenen Kreises T=RG/(1+RGM) bzw T=A/(1+AK) her(3). 8. Sei A= 100/(1+0.01j). K =10. Zeichnen Sie den Amplitudengang und den Phasengang Sei G= 100/( s^3 + 151 s^2 + 5150 s + 5000), R=100,M =10. Zeichnen Sie den Amplitudengang und den Phasengang Sei G= 100/( s^2 + 51 s + 50), R=(10+100s)/s,M =10. Zeichnen Sie den Amplitudengang und den Phasengang Sei A= 100/( s^4 + 1101 s^3 + 101100 s^2 + 100000s), R=10,M =10/(1+s). Zeichnen Sie den Amplitudengang und den Phasengang 9 Das Verstärkungs-Bandbreite-Produkt 0 A0 =2 T2 =1T1 = konst. Erklären Sie in Worten was das bedeutet (1). 10 Nichtlineare Modelle können mathematisch durch ..... beschrieben werden. 11 Lineare Modelle können mathematisch durch .. ... beschrieben werden. 12 Berechnen Sie die Übertragungsfunktion : y +2y+3=3u+u u y __________________________________________________________________________________________ Stüttler PA http://members.aon.at/vtv/spa.htm 10/24 Kontrollfragensammlung Teil Messtechnik V1.4 22.10.2010 __________________________________________________________________________________________ Statistik 1. Wofür ist die Standartabweichung ein Maß? 2. Zwei unabhängige Meßreihen A und B sind aufgenommen worden. Die Meßwerte der Meßreihe A streuen sehr stark. Die der Meßreihe B weniger. Wo ist die Standardabweichung größer. 3. Welche folgender Aussagen sind richtig : a) Für Meßwerte, die einer Gauß'schen Glockenkurve gemäß verteilt sind gilt, sie liegen mit einer Wahrschenlichkeit P = 68% innerhalb des Intervalls - bis -! b) Der wahre Wert liegt mit einer Wahrscheinlichkeit von P = 68% innerhalb des Intervalls - bis -! c) Der wahre Wert liegt mit einer Wahrscheinlichkeit von P = 100% innerhalb des Intervalls - bis -! d) Der wahre Wert liegt mit einer Wahrscheinlichkeit von P = 68% innerhalb des Intervalls y- bis y-! d) Der wahre Wert liegt mit einer Wahrscheinlichkeit von P = 68% innerhalb des Intervalls y-/n0.5 bis y/n0.5! d) Der wahre Wert liegt mit einer Wahrscheinlichkeit von P = 99% innerhalb des Intervalls y-2.58/n0.5 bis y-2.58/n0.5! Wie nennt man den Bereich : y-/n0.5 bis y-/n0.5! 4. 5. Ist die Division durch n in der Formel für die Vertrauensgrenze irgendwie plausibel. 6. Wieso muß neben der Standardabweichung die Streuung in die Statistik eingeführt werden. 7. Wieso ist die Einführung eines Vertrauensfaktors nötig. 8. Für eine Meßreihe mit n=10 Meßwerten und P = 99% wurde der Vertrauensfaktor t=3.2 der DIN entnommen. Ist t für n=100 und P=99% größer oder kleiner. 9. Wieso tendiert der Vertrauensfaktor für n >> gegen 1. 10. Wieso ist der Vertrauensfaktor stets >1. 11. Geben Sie die Formeln für die Fehlerfortpflanzung an: a) für statistische Fehler e) für systematische Fehler f) für die Fehlergrenzen eines Meßgerätes 12. Welche Schritte sind der Reihe nach durchzuführen, wenn ein aus mehreren Meßergebnissen gebildetes Zielergebnis hinsichtlich seines Fehlers untersucht werden soll. 13. Eine Spannung wird 10 mal gemessen. Bestimmen Sie den Bereich in dem der wahre Wert der Spannung mit einer Wahrscheinlichkeit von 99% liegt. y[V] i n 3 4 10 100 6.6 6.4 6.3 6.5 6.6 6.7 6.4 6.7 6.3 6.5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 P = 68% +/-1 t 1.32 1.2 1.06 1.00 P=95% +/-2 T 4.3 3.2 2.3 2.0 P=99% +/-2.58 t 9.9 5.8 3.2 2.6 s 1 n ( yi y ) 2 n 1 1 __________________________________________________________________________________________ Stüttler PA http://members.aon.at/vtv/spa.htm 11/24 Kontrollfragensammlung Teil Messtechnik V1.4 22.10.2010 __________________________________________________________________________________________ 15. Beispiel Leistungsmessung : Für das Zielergebnis Leistung P = U*I soll jener Bereich angegeben werden in dem der wahre Wert der Leistung mit einer statistischen Sicherheit von P = 99% liegt. Achtung bereinigen Sie auch um den systematischen Fehler der stromrichtigen Messung. Schließlich sollen die Fehlergrenzen der berechneten Leistung resultierend aus den Meßgerätefehlern angegeben werden. Außerdem soll die Auswirkung des systematischen Fehlers auf das Zielergebnis für den Fall der stromrichtigen Messung untersucht werden. R A V Meßwerte : I[A] 1.1 U[V] 6.6 I 1 1.0 6.4 2 0.9 6.3 3 1.1 6.5 4 1.0 6.3 5 1.1 6.7 6 0.9 6.4 7 1.2 6.7 8 0.9 6.3 9 1.1 6.5 10 16. Hochfrequenz-Induktionsofen : Die Ersatzschaltung eines Induktionsofens besteht aus einer R-LSerienschaltung. Die im Ofen umgesetzte Wirkleistung soll bestimmt werden. Als Basis dient die 3V-Methode. Als Vorwiderstand fungieren die ohmschen Zuleitungs-Stromschienen Rv = 0.015Ohm. i Uv Uz Uges 1 2 3 4 15 14.8 15 14.9 110 105 115 112 121 115.5 126 122.5 17 Das Volumen von Baumstämmen wird automatisch auf optischem Wege gemessen. Dazu wird der Durchmesser am dicken R und der Durchmesser am dünnen Ende r und die Länge l mehrfach gemessen. Die Formel für das Volumen lautet : V = l*(r2 + R2 + r*R)*/3. I 1 2 3 4 r 24.0 23.5 22.5 24.0 R 28.0 27.0 26.5 27.0 L 452 455 45 452 alle Maße in cm Geben Sie jenen Bereich an in dem das wahre Baumvol. mit 95% Sicherheit liegt. 18. Für n>> tendiert t gegen bestimmte Grenzwerte. Geben Sie diese Grenzwerte von t68% und t95% sowie t99% an. Wieso tendiert t gegen diese Werte ? In der Formel für die Fehlerfortpflanzung von Fehlergrenzen werden die Beträge der Einzelfehler addiert. Wieso?. In der Formel für die Fehlerfortpflanzung von stat. Fehlern werden die Beträge der Quadrate der Einzelfehler addiert. Wieso?. 19. Eine Geldpresse fertigt 10000 10S - Stücke am Tag. Eine Stichprobe von 4 Stück Münzen ergab folgende Meßwerte : i r d Silbergehalt in Vol% 1 2 3 4 19.0 19.2 19.1 19.1 2.0 2.0 2.1 2.0 25.2 25.5 25.0 25.2 spez. Gewicht von Silber : = 12.5kg/dm2 Berechnen Sie den Bereich in dem der wahre Silbermittelwert der Münzen in Gramm mit einer Wahrscheinlichkeit von 95% liegt. 20. Eine Spannung von 10V wird mit einem sehr präzisen Meßgerät und mit einem einfachen Vielfachinstrument 20 mal gemessen. Die Meßwerte liegen um den wahren Wert etwa gemäß einer Gaußverteilung. Zeichnen Sie die etwa zu erwartende Wahrscheinlichkeitsdichteverteilung für beide Meßreihen in nachfolgende Diagramme ein. w(u) w(u) u 9.8V 10V 10.2V u 9.8V 10V 10.2V __________________________________________________________________________________________ Stüttler PA http://members.aon.at/vtv/spa.htm 12/24 Kontrollfragensammlung Teil Messtechnik V1.4 22.10.2010 __________________________________________________________________________________________ Digital-Meßtechnik 1. Skizzieren Sie grob das Diagramm Meßfehler in % über Meßbereichsnutzung in % für ein Analoginstrument der und ein Digitalinstrument. Welche wesentliche Forderung für die Meßbereichsnutzung ergibt sich für beide Instrumententypen. 2. Zeichnen Sie das Blockschaltbild eines AD-Umsetzers basierend auf der sukkzessiven Approximation. Zeichnen Sie die den Zeitverlauf des Digitalisierungsvorganges. Wieviele Takte sind für einen Wandlungsvorgang mindestens erforderlich. Vorteil gegenüber Inkremental-AD-Umsetzern. Nachteil gegenüber integrierenden AD-Umsetzern. 3. Zeichnen Sie das Blockschaltbild eines Dual-Slope-AD-Umsetzers. Zeichnen Sie die den Zeitverlauf des Digitalisierungsvorganges. Vorteil gegenüber Parallel-Umsetzern. Vorteil gegenüber Inkremental-Umsetzern. Vorteil gegenüber Umsetzer mit sukkzessiver Approximation. Vorteil von integrierenden US gegenüber den nichtintegrierenden US. 4. Wie lautet das Shannon-Theorem. Zeigen Sie anhand einer Skizze im Zeitbereich und mit einigen Worten, daß die Shannongrenze für ein sinusförmiges Zeitsignal einsichtig gemacht werden kann Zeigen Sie anhand einer Skizze im Frequenzbereich und mit einigen Worten, daß die Shannongrenze für ein Signal mit dem Frequenzspektrum f = 0 bis fs einsichtig gemacht werden kann 5. Worin besteht der Vorteil des Gray-Codes. Wofür ist er besonders geeignet. Wie lautet der Fachausdruck für die besondere Eigenschaft die zB. den Cray-Codes auszeichnet. 6. Zählen Sie 4 Möglichkeiten zur Realisierung eines Code-Umsetzers auf. 7. Wozu dient ein R2R-Netzwerk. Erklären Sie anhand der nachfolgenden Skizze die Funktion. Es soll die Zahl 3 umgesetzt werden. 8. Welche drei Meßgrößen können mit einem Universalzähler gemessen werden. 9. Strom und Spannung eines 50Hz-Wechselstromnetzes werden gemessen und über AD-Umsetzer einem Digitalrechner zugeführt. Schreiben Sie ein kleines Programm zur Bestimmung der Momentanleistung und der Energie. Es soll bis zur 7. Oberwellen gemessen werden. Jede Syntax, auch die der deutschen Sprache ist erlaubt. 10. Skizzieren Sie das Blockschaltbild eines Transientenschreibers. Erklären Sie in kurzen Worten die Funktion. Wozu dient er vorwiegend. Welche maximale Abtastfrequenz ist üblich. 11. Skizzieren Sie das Blockschaltbild eines Vektorvoltmeters.Erklären sie die Funktion. Skizzieren Sie einen Wobbler. Erklären sie die Funktion. 12. Skizzieren Sie das Blockschaltbild eines Spektralanalysators und erklären Sie die Funktion. 13. Erklären Sie die Funktion eines einfachen Digitalmessgerätes zur L,C-Messung. 14. Erklären Sie die Funktion eines RLC-Messgerätes. Wieso wird die Messfrequenz von oft 1kHz explizit auf dem Messgerät angegeben. __________________________________________________________________________________________ Stüttler PA http://members.aon.at/vtv/spa.htm 13/24 Kontrollfragensammlung Teil Messtechnik V1.4 22.10.2010 __________________________________________________________________________________________ Differenzverstärker 1 Erklären Sie die Begriffe Gleichtaktaussteuerung, Gegentaktaussteuerung und Gegentaktunterdrückung . 2 Zeichnen Sie einen einfachen Differenzverstärker und erklären Sie wieso Ad= Src/2 . 3 Erklären Sie anschaulich in Worten wieso beim differenzverstärker die Verwendung einer Stromquelle statt Re die Gleichtaktunterdrückung besser wird. 4 Berechnen Sie Ad = Src/2 eines einfachen Differenzverstärkers . 5 Erklären Sie Offsetspannung, Eingangsruhestrom, Eingangsoffsetstrom. Was für Bauteile im Differenzverstärker reduzieren den Eingangsruhestrom. 6 Berechnen Sie die Gleichtaktverstärkung eines einfachen Differenzverstärkers mit Re und Rc. 7 Zeichnen Sie die Schaltung einer Stromquelle mit einem Transsitor und einer Z-Diode. Berechnen Sie den Laststrom . 8 Geben Sie die Schaltung eines Stromspiegels an. 9. Leiten Sie die AD und rD eines Differenzverstärkers mit einem Offsetabgleichswiderstand her. AD, rD = Funktion(Bauteildaten) Erklären Sie AD, indem Sie mit dem entsprechenden Emitterverstärker vergleichen. Versuchen Sie ohne Differentiale, sondern anschaulich und in Worten r D herzuleiten. Versuchen Sie ohne Differentiale, sondern anschaulich und in Worten A D herzuleiten. 10. Leiten Sie die Agl und rgl eines Differenzverstärkers mit einem Offsetabgleichswiderstand her. Agl, rgl = Funktion(Bauteildaten) Welche Maßnahem ist zur Verbesserung der Gleichtaktverstärkung geeignet. Versuchen Sie ohne Differentiale, sondern anschaulich und in Worten r gl herzuleiten. Versuchen Sie ohne Differentiale, sondern anschaulich und in Worten Agl herzuleiten. 11. Messwerte eines Differenzverstärkers liegen vor. Berechnen Sie aus diesen die Gleichtaktverstärkung und die Differenzverstärkung der Schaltung. Ue1 Ue2 Ua2 1 1 2.1 3 3 2.3 5 5 2.5 3 3.1 7.3 3 3.2 12.3 11. Messwerte eines Differenzverstärkers liegen vor. Berechnen Sie aus diesen die Gleichtaktverstärkung und die Differenzverstärkung der Schaltung. Ue1 Ue2 Ua2 1 1.1 5 3 3.1 5.05 3 3.15 7.05 __________________________________________________________________________________________ Stüttler PA http://members.aon.at/vtv/spa.htm 14/24 Kontrollfragensammlung Teil Messtechnik V1.4 22.10.2010 __________________________________________________________________________________________ Meßverstärker 1. Wie lautet die Definition der Offsetspannung. Wodurch entsteht die Offsetspannung und wodurch die Offsetspannungsdrift. Wie kann die Offsetspannung kompensiert werden. Wie wird die Offsetspannungsdrift klein gehalten. 2. Genaugenommen folgt das Ausgangssignal der Größe des Eingangssignales eines OP´s nur für kleine Aussteuerungen linear. Was für einer Funktion folgt die Ausgangsspannung für größere Aussteuerungen. Welche Stufe des OP`s ist für dieses Verhalten maßgeblich. Welche Differenzspannungsamplitude ist zulässig, damit der Klirrfaktor von 1% nicht überschritten wird. Ergibt sich daraus eine Einschränkung für die Brauchbarkeit von OP´s. 3. Skizzieren Sie die Schaltung eines einfachen OP´s. Erklären sie die Funktion ( ohne C k ). 4. Erklären Sie anschaulich, wann ein Regelkreis bestehend aus A und K instabil wird. 5. Geben Sie das Ersatzschaltbild des ‘realen’ OP an Skizzieren Sie und benennen Sie die 4 Gegenkoppelungsvarianten. 6. Wieso besteht meist die Notwendigkeit einer Frequenzgangkorrektur beim OP. Wann könnte eventuell eine Korrektur entfallen. Welches der folgenden Rückkoppelungsnetzwerke ist bezüglich der Stabilität kritischer.Wieso? a) b) 7. Skizzieren Sie den Frequenzgang des unkompensierten und des kompensierten OP´s. Erklären Sie in wenigen Worten die Wirkung von Ck auf das Bodediagramm. Wieso verbessert sich die Stabilität mit Ck. Wirkt sich Ck auf die Slew-rate positiv oder negativ aus. Was ist die Folge dieser Auswirkung auf die Slew-rate. 8. Skizzieren Sie das Blockschaltbild der U-I-Gk und der U-U-GK. Welchem Typus gehört der Kern des invertierenden Verstärkers an. Welchem Typus gehört der nichtinvertierende Verstärkers an. 9. Bei welchem Verstärkertyp ist die Übertragungsfunktion des Rückkoppelungsnetzwerkes von der Verstärkung abhängig. 10. Erläutern Sie in zwei Sätzen die zwei Wege, zur Bestimmung der Übertragungsfunktion des Rückkoppelungsentzwerkes des invertierenden Verstärkers. Rechnen Sie K auf einem dieser Wege. 11. Zeichnen Sie die Schaltung des invert. Stromverstärkers. Zeichnen Sie die Schaltung des Gegenkoppelungsneztwerkes K für den invertierenden Stromverstärker. 12. Geben Sie die Übertragungsfunktion des Rückkoppelrungsnetzwerkes und die des allgemeinen geschlossenen Kreises ohne Ableitung an. 13. Zeichnen Sie die Schaltung des invertierenden Spannungsverstärkers. Geben Sie die Näherung der Übertragungsfunktion des Rückkoppelungsnetzwerkes eines invertierenden Spannungsverstärkers und die des geschlossenen Kreises ohne Ableitung an. 14. Erklären Sie anschaulich wieso sich obiger Wert für das Rückkoppelungsnetzwerkes ergibt. 15. Geben Sie den exakten Wert der Übertragungsfunktion des Gegenkoppelungsnetzwerkes an, für A < unendlich. __________________________________________________________________________________________ Stüttler PA http://members.aon.at/vtv/spa.htm 15/24 Kontrollfragensammlung Teil Messtechnik V1.4 22.10.2010 __________________________________________________________________________________________ 16. Zeigen Sie,daß mit der Näherung Differenzeingangsspannung und Eingangsstrom des OP = 0, sehr einfach mit Kirchhof die genäherte Übertragungsfunktion des geschlossenen Kreises des invertierenden Verstärkers gefunden werden kann. 17. Erklären Sie den Widerstand Rb zur Kompensation des Eingangsruhestromes . Bemessung von Rb. 18. Leiten Sie den Ein- und den Ausgangswiderstand eines invertierenden Verstärkers her. 19. Erklären Sie anschaulich wiese der Eingangswiderstand des invertierenden Spannungsverstärkers ungefähr = R1. 20 Wandeln Sie Tdes invert. Verstärkers T=A/1+AK, K=R2A/(R1(A+1)) so um, sodaß die Fehler infolge L < unendlich, und der Fehler für K getrennt aufscheinen und zeichnen Sie das zugerhörige regelungstechn. Blockdiagramm. 21 Erklären Sie anschaulich wieso sich der Ausgangswiderstand einer gegengekoppelten Schaltung verringert. 22 Berechnen Sie den Einfluß der Gleichtaktverstärkung beim nicht invert. Verstärker. 23. Leiten Sie die verallgemeinerte Übertragungsfunktion T des geschlossenen Kreises eines invertierenden Verstärkers her. Berechnen sie die verallgemeinerte Form der Übertragungsfunktion T folgender Schaltung ( alle Ri = R ) 24.Wie gewährleisten Chiphersteller, daß die Eingangsruhestromdrift klein ist. Wie können Eingangsruheströme nahezu gänzlich vermieden werden. 25. Geben Sie an wie sich die Offsetspannung am Ausgang des nicht invert. Verstärkers auswirkt (1.5). 26 Geben Sie an wie sich die Offsetspannung am Ausgang des invert. Verstärkers auswirkt (1.5). 27 Erklären Sie anschaulich wieso sich der Eingangswiderstand des nicht invert. Verstärkers durch die Rückkoppelung stark erhöht. 28 Die Schaltung des realen nicht invert. Verstärkers weicht infolge L< unendlich und infolge der Offsetspannung vom idealen verstärker ab. Zeigen Sie in einem regelungstechnischen Ersatzschaltbild die einzelnen Einflüsse. Messverstärker- Schaltungen 1 Geben Sie folgende Schaltungen und Übertragungsfunktionen ( Herleitung ) für A = unendlich an : Summierer , Subtrahierer , Integrator . 2 Geben Sie folgende Schaltungen und Übertragungsfunktionen für A = unendlich an : Summierer, Differentiator , Integrator , Logarithmierer . 3. Geben Sie die Übertragungsfunktion K des (invert.) Integrators an . 4.Leiten Sie die Näherung der Übertragungsfunktion eines Integrators her. Leiten Sie die Formel für Rp zur Kompensation von Offsetspannung und Offsetruheströmen her.. Zeichne Sie das Bodediagramm. Wieso genügt dieser eine Kompensationswiderstand nicht. 5. Skizzieren Sie die folgenden Amplitudengänge des Integrators : K, L, T 6. Skizzieren Sie die folgenden Amplitudengänge des Integrators : K, L, T __________________________________________________________________________________________ Stüttler PA http://members.aon.at/vtv/spa.htm 16/24 Kontrollfragensammlung Teil Messtechnik V1.4 22.10.2010 __________________________________________________________________________________________ 7. Zeichnen Sie die Schaltung des Präzisionsgleichrichters . 8. Was sind Analogrechner und was Hybridrechner . 9. Geben Sie ein kleines Beispiel für ein regelungstechnisches Blockschaltbild mit einigen Analogrechnergrundgliedern an. 10. Erklären Sie wie die Multiplikation prinzipiell gelöst werden kann. 11 Konstruieren Sie aus den regelungstechnischen Grundblöcken Addierer, Subtrahierer und Logarithmierer die Funktion des Dividierers . 12 Geben Sie die Definition des Phasenrandes . 13 Es sei der Phasenradn = 25°, die Durchtrittskreisfrequenz wt = 500 Hz. Wie groß sind die Anstiegszeit und das Überschwingen nach Anlegen einer Sprungfunktion . 14. Skizzieren Sie das Blockschaltbild eines Modulationsverstärkers. Worin bestehen Die Vorteile. 15. Skizzieren Sie eine Instrumentenverstärker. Leiten Sie die Formel für die Ausgangsspannung her. Wozu wird er eingesetzt. Was ist sein Vorteil gegenüber dem Subtrahierer. 16.Leiten Sie die Näherung der Übertragungsfunktion des Differentiators her. Skizzieren Sie das Bodediagramm und zeigen Sie, daß die Schaltung Schwingneigung aufweist. 17. Leiten Sie die Näherung der Übertragungsfunktion des stabilisierten Differentiators her. Skizzieren Sie das Bodediagramm und zeigen Sie, daß die Schaltung keine Schwingneigung mehr aufweist. 18.Sie arbeiten mit einem nicht frequenzgangkompensierten OP. . |A| Für welche K schwingt der geschlossene Kreis weniger wie 25% über. 1056 1000 Wie groß ist dann die Anstiegszeit 1 1 10 100 0° wlog wlog -90° -180° 19. Sie arbeiten mit einem nicht frequenzgangkompensierten OP. . |A| 10 100 A=103/(1+0.1jw)(1+10-3jw) )(1+10-5jw) Ein invertierender Verstärker soll eine Anstiegszeit von 1.5ms erhalten. Wie groß ist dann K und 3 die Überschwingweite? Wie muß K verändert werden, wenn eine noch kürzere Anstiegszeit verlangt wäre. Wie würde sich die Überschwingweite ändern? 10 1 0° 101 103 105 wlog wlog -90° -180° __________________________________________________________________________________________ Stüttler PA http://members.aon.at/vtv/spa.htm 17/24 Kontrollfragensammlung Teil Messtechnik V1.4 22.10.2010 __________________________________________________________________________________________ 20. Zeichen Sie die Schaltung erklären Sie die Funktion und leiten Sie soweit möglich folgendes her : - die Näherung für die Übertragungsfunktion - das Ausgangszeitsignal - den Frequenzgang durchzuführen für folgende Schaltungen : I-U-Wandler Konstantstromquelle Logarithmierer Multiplizierer und Dividierer INIC Gyrator Präzisionsgleichrichter Sample- und Hold Eingangsstufe Effektivwertmesser Optischer Trennverstärker Strommesschaltung im 220V-Netz Chopperverstärker mit sC-Baustein Funktionsgenerator mit Stromquellen und Diodenschaltern OP mit Gegentaktendstufe und Rückkopplung über alles PWM Generator ... 21. gegeben ist die Schaltung eines Spannungs- Frequenzwandlers/eines Phasenschieberoszillators /... . Leiten Sie die beschreibenden Formeln her. 22. Zeichnen Sie die Schaltung eines Fourieranalysators. Was hat er als Ausgangssignal. Zeigen Sie die Parallelen der einzelnen Baugruppen zu den Formeln der Fourierreihe. 23. Erklären Sie die Funktion der nachfolgenden Schaltungen und geben Sie die Berechnungsgrundlagen in Formeln an. __________________________________________________________________________________________ Stüttler PA http://members.aon.at/vtv/spa.htm 18/24 Kontrollfragensammlung Teil Messtechnik V1.4 22.10.2010 __________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________ Stüttler PA http://members.aon.at/vtv/spa.htm 19/24 Kontrollfragensammlung Teil Messtechnik V1.4 22.10.2010 __________________________________________________________________________________________ 24. Sie verfügen über eine Schaltung die das Arcussinussignal berechnet und über OP´s. Konstruieren Sie eine Prinzipschaltung die sin(Ue) bildet. __________________________________________________________________________________________ Stüttler PA http://members.aon.at/vtv/spa.htm 20/24 Kontrollfragensammlung Teil Messtechnik V1.4 22.10.2010 __________________________________________________________________________________________ Laplace 1. Welche Klasse von Zeitfunktionen kann mit der Fourierreihe ( Fouriertransformation, Laplacetransformation ) in den Frequenzbereich transformiert werden. Skizzieren Sie für Fourierreihe, Fouriertransformation und Laplacetransformation jeweils eine typische Zeitfunktion und den prinzipiellen Verlauf der Funktion im Frequenzbereich. Erläutern Sie : FT, DFT, FFT; JTFT, Hammingfenster Was passiert, wenn man ein Signal das am Ende der Messung nicht 0 war DFT-transformiert. Wie kann dieses Problem umgangen werden. 2. a)Eine Spracherkennung arbeitet mit JTFT. Wieso ist JTFT nötig. Natürlich ist das Signal am Anfang und Ende des Zeitfensters nicht 0. Wie kann das Problem beseitigt werden. b) Wie erfolgt die Datenkompression bei der JPEG-Komprimierung. 3. Erläutern Sie wie die Herleitung der Fourierreihe erfolgt ( ohne die Herleitung auszuführen ) Leiten Sie die FT her. Leiten Sie die Laplace-Transformation her. Erläutern Sie den Sinn der DFT. 4. Die Übertragungsfunktion einer Maschine soll mittels PC und DFT berechnet werden. Skizzieren Sie Eingangssignale, das Ergebnis des DFT-Algorithmus und wie die Übertragungsfunktion gewonnen wird. 5. Liefert der diskrete Identifikationsalgorithmus die Koeffizienten der kontinuierlichen Übertragungsfunktion oder A,b,c,d des Zustandsraumes oder was sonst? Skizzieren Sie das Blockbild des diskreten Identifikaionsalgorithmus. 6. Wie lautet die Formel der kontinuierlichen Fouriertransformation. Wie erhält man daraus die diskrete Fouriertransformation ( Ohne Herleitung, nur welcher Schritt durchzuführen ist, um von der kontinuierliche DFT zur diskreten DFT zu gelangen ). Die diskrete Fouriertransformation liefert die Spektralfolge f . Sind alle Koeffizienten f nutzbar. Handelt es sich bei den Punkten f um Punkte des kontinuierlichen oder des sogenannten diskreten Frequenzganges. Stimmen diskreter und kontinuierlicher Frequenzgang für alle Frequenzen überein. Wenn nein für welche stimmen sie überein. Skizzieren Sie ein abgetastetes Zeitsignal und das DFT-Spektrum. Begründen Sie die Skalierung. Wie ändert sich das DFT-Spektrum, wenn Ta kürzer wird, wie wenn die Anzahl der Meßwerte zunimmt. 8. Das Modell einer linearen Strecke (Gleichstrommotor mit 100W) soll mit DFT meßtechnisch gewonnen werden. Erläutern Sie detailliert die Vorgehensweise. Was für eine Eingangsfunktion schlagen Sie vor um eine möglichst gute Messung durchführen zu können : Ein einmaliges Einschalten oder ein mehrmaliges Ein/Abschalten. 9. Das Modell einer Strecke eines funktionierenden Regelkreises soll meßtechnisch gewonnen werden. Ist der Fall denkbar, daß die Identifikation nicht direkt an der Strecke im offenen Kreis stattfinden kann, sondern am geschlossenen Kreis durchgeführt werden muß. Wie könnte man eine Identifikation am geschlossenen Kreis durchführen? 10. die Sprungantwort eines Tiefpasses mit ca. w0 = 10Hz soll gemessen werden und einem DFT-Algorithmus zugeführt werden. Welche Abtastzeit schlagen Sie vor. Wieviele Meßwerte sollten Ihrer Meinung nach aufgenommen werden. 11. Geben Sie für die folgenden Zeitfunktionen an, ob die Koeffizienten der Fourierreihe a o, die ai, oder die bi verschwinden. __________________________________________________________________________________________ Stüttler PA http://members.aon.at/vtv/spa.htm 21/24 Kontrollfragensammlung Teil Messtechnik V1.4 22.10.2010 __________________________________________________________________________________________ 12. Worin besteht der Vorteil der Laplacetransformation. Skizzieren Sie (grafisch, blockartig )die Vorgehensweise zur Lösung einer Differentialgleichung mit gegebenen Anfangsbedingungen. Für folgende Schaltung können zwei Lösungswege beschritten werden. Der erste ist immer möglich. Der zweite nur wenn die Energiespeicher leer sind. Skizzieren Sie (grafisch, blockartig ) beide Lösungswege allgemein und führen Sie den zweiten für das Beispiel aus. R1=100 R2=1000 Ue Ue = 15V IL(0) = 0A L=0.1 Ua Ua=? 13. Berechnen Sie UR eines Serienschwingkreises mit a) Ue=10VDC, b) Ue=10*sin(wt). 14. Üben Sie die Laplacebeispiele auf den Übungsblättern. __________________________________________________________________________________________ Stüttler PA http://members.aon.at/vtv/spa.htm 22/24 Kontrollfragensammlung Teil Messtechnik V1.4 22.10.2010 __________________________________________________________________________________________ Sensorik 1. Was bedeutet die Schutzart eines Sensorelementes. 2. Ein 4-20mA Kraftsensor weist einen Versorgungsspannungsdurchgriff von <0.1mA/V, einen Nullpunktfehler von <0.02mA einen Linearitätsfehler <0.3% auf. Was bedeutet das? 3. Nennen Sie die Typen induktiver Näherungsschalter. 4. Vorteile kapazitiver Näherungsschalter gegenüber induktiven. 5. Vor- und Nachteile potentiometrischer Aufnehmer. 6. Aufbau und L-Verlauf eines induktive Aufnehmers. 7. Aufbau , Ausgangsspannungsverlauf und Fehler eines Differentialtrafos. 8. Schaltung zur direkten Anzeige der Induktivität eines induktiven Aufnehmers. 9. Ein Näherungsschalter hat laut Herstellerangabe eine MTBF-Zeit von 500000h. Was heißt das? 10. Wie ist es möglich mit Reedkontakten einen Näherungsschalter zu konstruieren der nicht auf Magnetfelder sondern auf die Annäherung von ferromagnetischen Stoffen reagiert. 11. Skizzieren Sie einen Laserpulser und erklären Sie die Schaltung 12. Skizzieren Sie den prinzipiellen Aufbau eines Inkrementalsensors und das Prinzip der Auswerteelektronik 13. Welcher Code ist für einen Absolutencoder tauglich. Erläutern Sie kurz die Ihnen bekannten Encodervarianten. 14. Womit ist die Messung von Neigung möglich. Nennen Sie Vor/nachteile. Womit ist Winkelmessung möglich. 15. Nennen Sie Methoden zur Geschwindigkeitsmessung und erläutern Sie sie. 16 Skizzieren Sie einen Differentialkondensator zur Beschleunigungsmessung und erklären sie die Funktion. 17. Varianten der Weg/Geschwindigkeit/Beschleunigungsmessung 18. Die Kraft in einer Brückenstrebe soll während längerer Zeit überwacht werden. Was schlagen Sie vor. 19. Funktion/Fehler und Aufbau von Kraftmesslaschen. 20. Skizzieren Sie den Aufbau und die Funktion eines Trägerfrequenzverstärkers. Leiten Sie die Formeln her. Was ist der Vorteil des Trägerfrequenzverstärkers. 21. Frequenzbereich des Piezodruckaufnehmers. 22. Eignungen von NTC, PTC, Platin- Temperaturfaufnehmern. 23. Worauf ist bei der Verdrahtung von Thermoelementen zu achten. 24. Wozu dient und wie funktioniert ein CAZ - OP. 25. Wie ist es möglich mit Transistoren als Sensoren die Temperatur zu messen. 26. Skizzieren Sie die Schaltung eines Instrumentenverstärkers 27. Skizzieren Sie die Schaltung eines 4-20mA Sensors mit einem Eingangsspanunngsbereich von 0-3Vund berechnen Sie ihn. 28. Skizzieren Sie die Schaltung eines 4-20mA Zweidrahtsensors mit Instrumentenverstärker für DMSKraftaufnehmer. __________________________________________________________________________________________ Stüttler PA http://members.aon.at/vtv/spa.htm 23/24 Kontrollfragensammlung Teil Messtechnik V1.4 22.10.2010 __________________________________________________________________________________________ Microcontroller Einführung 1. Wodurch unterscheiden sich uC von Mikroprozessoren? Was Embedded-Applications/Systems/Controllers. Ein uC habe ein internes ROM ( RAM, EPROM, FLASH, EEPROM, OTP-ROM ) – was bedeutet dies? Was sind Vorzüge der 8bit Technologie und was Nachteile gegenüber der 16, 32, 64 bit- Technologie. Vergleichen Sie die Speicherzugriffsmethoden von uC, Mikcroprozessoren und DSPs (dig. Signalprozessoren). 2. Sie haben eine preissensitive Applikation in Kleinserie ( 300Stk ). Welche uC-Variante schlagen Sie vor (ROM, EPROM, FLASH, EEPROM, OTP-ROM )? 3. erläutern Sie die Signale: Vcc Vss XTAL1 XTAL2 4. Wozu dienen die SFR 5. Sind Programm und Datenspeicher bei der 8051-Serie immer getrennt oder wird bisweilen ein gemeinsamer Daten/Programmspeicher verwendet. Wenn ja wieso? 6. Der Zugriff auf den externen Programmund den externen Datenspeicher erfolgt über: P0 P1/Int,T2,CC P2 AD-Wan P4 AD-Gnd AD-Ref uC PE EA Reset ALE PSEN P3.0/Rxd P3.1/Txd P3.2,3/Int P3.4,5/T0,1 P3.6/RD P3.7/WR P4 P5 P6 7. Im uC sind im wesentlichen meist drei Arten von RAM vorhanden: Register im internen RAM, internes RAM, externes RAM. Wo erfolgt der Zugriff am schnellsten. 8. Wie erfolgt die Adressierung der Ports. Können die Ports bidirektional als Ein- und Ausgänge genutzt werden? 9. Erläutern Sie kurz wie die Programmabarbeitung im uC erfolgt. 10. Wozu dient der Stack. Wozu der Stackpointer. Wozu dienen Datenpointer und wozu dienen Programmpointer/ProgrammCounter Wo liegen Daten/programm/Stackpointer? Wieso ist der Stackpointer normalerweise 8bit lang der Datenpointer und der Programmpointer aber 16bit lang? 11.Wo erfolgt die Befehlsabarbeitung 12.Wozu werden die SFR verwendet. 13. Wozu dienen die Timer und die Capture/Compare – Register 14. Skizzieren Sie grob die Anschaltung von externem Programm und Datenspeicher und erläutern Sie den Datenzugriff und den Programmzugriff im Detail. Worin besteht der Sinn des Adresslatches. 15. In einem Entwicklungssystem muss eine Downloadmöglichkeit vorgesehen werden. Was bedeutet dies. Wie wirkt ein printf-Befehl ( kein Bildschirm am Entwicklungssystem angeschlossen ). Was ist in der Verschaltung der externen Speicher zu beachten, wenn eine Downloadfähigkeit gewünscht ist. 16. Erläutern Sie die Programme im Skriptum ! __________________________________________________________________________________________ Stüttler PA http://members.aon.at/vtv/spa.htm 24/24
