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Messverstärker Leiterplatten

ME-Meßsysteme ist Entwickler und Hersteller von Messverstärkern und Sensoren. Bei der Entwicklung von Messverstärkern für Sensoren in Dehnungsmessstreifen Technologie, wie. z.B. Kraftsensoren, Drehmomentsensoren, Dehnungsaufnehmer etc werden sehr hohe Anforderungen die Auflösung gestellt: Das (differentielle) Ausgangssignal der Wheatstone´schen Messbrücke beträgt maximal einige Millivolt. Dieses Ausgangssignal soll in auf z.B. 10000 oder 100000 Anzeigeschritte, entsprechend 10 Nanovolt bis 100 Nanovolt aufgelöst werden. Daher werden höchste Anforderungen an die elektronischen Bauteile und die Umsetzung der elektronischen Schaltung gestellt.

Aus den geringen Signalamplituten ergeben sich weitere Anforderungen an die Offsetstabilität der elektronischen Schaltung bei Temperaturänderung, an geringstmögliche Leistungsaufnahme, sowie an Unterdrückung von elektrischen Störungen.

Die Signale von Kraftsensoren und Drehmomentsensoren werden darüber hinaus zur Regelung von elektrischen Antrieben verwendet, was wiederum hohe Anforderungen an die elektrische Störsicherheit und an die Bandbreite stellt.

Viele Anforderungen, wie z.B. die Anforderung nach hoher Bandbreite und nach hoher Auflösung bei geringsten Signalamplituden und oft auch geringsten Abmessungen sind oft nur mit großem Wissen und umfangreicher Erfahrung auf dem Gebiet der Analogen Schaltungstechnik umsetzbar.

Die ME-Meßsysteme GmbH ist auf die "Dehnungsmessstreifen-Technologie" spezialisiert un kann auf 30 Jahre Erfahrung in Entwicklung und Produktion von Sensoren und Elektroniken zugreifen.

Messverstärker Leiterplatten mit Analogausgang

ME-Meßsysteme bietet ein großes Sortiment an Messverstärker Leiterplatten.

Darunter sind Leiterplatten mit einer durchgehend analogen Signalverarbeitung , und Leiterplatten mit digitaler Signalverarbeitung und einer Umformung des digitalisierten Signals in eine analoge Ausgangsspannung oder in einen analogen Ausgangsstrom.

Messverstärker mit analoger Signalverarbeitung

Zu den Messverstärkern mit durchgehend analoger Signalverarbeitung gehören GSV-1L (Produktionsstart 1997) und GSV-5L (Produktionsstart 2021).

Beide Messverstärker weisen verfügen über eine selbsttätige Nullsetzfunktion, die durch einen digitalen Eingang "Tara" ausgelöst wird. dabei wird nach der ersten  analogen Verstärkungsstufe zum vorverstärkten Brückensignal eine Spannung addiert, so dass am Ausgang z.B. 0V oder 4mA angezeigt werden. Die zu addierende Spannung wird z.B. mit einem D/A Umformer oder mit einem Widerstandsnetzwerk moduliert. Die digitale Stellgröße wird in einem EEprom abgelegt, so dass das Nullsignal auch nach Spannungsunterbrechung erhalten bleibt.

Während die Elektronik GSV-1L noch mechanische Abgleichelemente wie z.B. Potentiometer enthält, werden beim moderneren (und kleineren) GSV-5L elektronisch schaltbare Widerstandsnetzwerke verwendet.

Der Messverstärker GSV-5L verfügt über vier umschaltbare Messbereiche (Verstärkungsstufen) welche jeweils auf 0,1% Toleranz kalibriert und justiert sind.

Messverstärker mit digitaler Signalverarbeitung und Analogausgang

Messverstärker mit digitaler Signalverarbeitung formen das Signal mit einem Analog/Digital Umsetzer in ein digitales Signal mit 16Bit oder 24Bit Auflösung um. In einem Mikroprozessor wird das Signal digital gefiltert und anschließend mit einem Digital/Analog Umformer in ein analoges Signal zurückgewandelt.

Zu den Messverstärkern mit digitaler Signalverarbeitung und Analogausgang gehören GSV-6L (Produktionsstart 2015), GSV-13i (2018) und GSV-13q (2018).

Durch die digitale Signalverarbeitung ist es möglich, dass der Messbereich "stufenlos" angepasst wird: Das Ausgangssignal kann im Mikroprozessor so skaliert werden, dass bei 100% des Ausgangssignals des Kraftsensors oder Drehmomentsensors exakt 10V oder 5V oder 20mA am Ausgang angezeigt werden.

Diese Messverstärker haben zusätzlich zur Nullsetzfunktion "Tara" eine Skalierfunktion "Scale" zur Justage des Ausgangssignals auf den Messbereich des Sensors.

Während GSV-13i und GSV-13q das Analogsignal mit 1000 Samples pro Sekunde (1 kS/s) bereitstellen, kann der GSV-6L anwenderseitig bezüglich Datenfrequenz eingestellt werden.

Außerdem können das Ausgangssignal anwenderseitig umgestellt werden, indem der "Tara" und der "Scale" Eingang zur Programmierung und das Ausgangssignal während der Konfiguration als Anzeige von Statusinformationen genutzt wird  beim sogenannten "ClickR-ClackR" Menü.

Messverstärker mit analoger Signalverarbeitung

Analoge Messverstärker

Messverstärker mit analoger Signalverarbeitung von der ersten Verstärkungsstufe bis zum analogen Ausgangssignal werden insbesondere dann eingesetzt, wenn ein qualitativ hochwertiges Signal erforderlich ist. Dies ist zum Beispiel in der Analyse von hochfrequenten Signalanteilen für die "vorausschauende Wartung" (predictive maintenance), in Forschung und Entwicklung z.B. in der Akustik oder Strömungsmechanik.

Die erreichbare Bandbreite wird bewusst durch den Tiefpass am Ende der Signalkette und technisch durch das Verstärkungs-Bandbreite Produkt der Differenzverstärker am Anfang der Signalkette begrenzt.

Messverstärker mit digitaler Signalverarbeitung

Analoge Messverstärker mit digitaler Signalaufbereitung

Messverstärker mit digitaler Signalaufbereitung digitalieren das verstärkte Brückensignal mit einem Analog/Digital Umformer. In einem Mikroprozessor (CPU) erfolgt die digitale Signalaufbereitung, z.B. Filterung, Skalierung, Nullsignal-Abgleich. Anschließend wird das Signal zurück in ein analoges Spannungs- oder Stromsignal gewandelt.

Durch die Signalverarbeitung mit A/D Umsetzung und D/A Umsetzung und einer einer CPU kommt es im Vergleich zum rein analogen Signalpfad zu einer Latenzzeit, die - je nach A/D Wandlungsprinzip und CPU - bis zu einigen Millisekunden betragen kann.

Bei einer Datenfrequenz von z.B. 1000 Samples pro Sekunde können Signalanteile von theoretisch bis zu 500 Hz erfasst werden (Shannon Abtasttheorem). In der Praxis werden mit diesen Messvertärkern Signale mit maximal 100 Hz bis 200 Hz erfasst.

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