Artikel Labortechnik Tasler GmbH

AD-Wandler sind ein extrem wichtiger Faktor in der Messtechnik. Sie werden benötigt, um analoge Signale in digitale Daten umzuwandeln, denn erst dann können die Daten vom Messsystem verarbeitet werden.

In unserem neuesten Beitrag erfahren Sie, wie so ein AD-Wandler funktioniert, welche Wandler-Typen es gibt und in welchen Bereichen sie genau eingesetzt werden. Schauen Sie gerne vorbei!

Die Motorenmesstechnik stellt durch extrem kurzzeitige Verbrennungsprozesse bei hohen Geschwindigkeiten besondere Anforderungen an die Datenerfassung. Digitale Speicheroszilloskope bieten zwar die erforderlichen Abtastraten, lassen aber den gewohnten PC-Komfort vermissen. Der PC allein ist jedoch mit der Datenflut überfordert. Abhilfe schaffen die intelligenten Frontends von LTT Labortechnik Tasler GmbH, die auf hohe Durchsatzraten optimiert sind.

Mit dem LTT24 steht dem IMH hierfür ein Messsystem zur Verfügung, das diesen hohen Ansprüchen gerecht wird. Dieses vom Würzburger Spezialisten für ultraschnelle Messtechnik entwickelte und produzierte Frontendsystem erweitert die Bandbreite der konventionellen PC-Messtechnik in bisher unerreichte Dimensionen: Die mögliche Abtastrate pro Kanal liegt je nach gewünschter Auflösung zwischen 1 kHz und 2,5 MHz bei 16 Bit bzw. bis zu 20 MHz bei 12 Bit. Ein einzelnes Gerät bietet dabei bis zu 16 Differenzeingänge. Da sich die Geräte kaskadieren lassen, ist auch eine synchronisierte Erfassung von mehreren hundert parallelen Kanälen möglich. Separate A/D-Wandler und Verstärker für jeden Eingang ermöglichen eine simultane Abtastung aller Kanäle und eine kanal-individuelle Verstärkung mit Eingangsbereichen zwischen ± 1 Volt und ± 50 Volt. Jeder Eingang verfügt über ein adaptives Anti-Aliasing-Filter.

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EMV-Messungen für einen sicheren Bahnbetrieb

Zur Gewährleistung eines jederzeit sicheren Bahnbetriebs muss u.a. sichergestellt sein, dass sich in einem bestimmten Streckenabschnitt jeweils immer nur ein Zug oder Schienenfahrzeug befindet. Das Gleisnetz ist hierzu in sogenannte Blockstrecken unterteilt, die durch entsprechende Ein- und Ausfahrtssignale gesichert sind. Für die automatisierte Detektion der Durchfahrt von Schienenfahrzeugen werden elektronische Gleisschaltmittel, das sind Achszähler und Radsensoren, eingesetzt. Erst wenn genauso viele Achsen bzw. Räder eine Blockstrecke verlassen haben, wie zuvor eingefahren sind, wird der Gleisabschnitt für nachfolgende oder entgegenkommende Fahrzeuge wieder freigegeben.

In Deutschland werden hierzu meist induktive Schienenkontakte verwendet. Diese bestehen aus einem Sender auf der Schienenaußenseite und einem Empfänger auf der Schieneninnenseite. Wenn sich ein Rad durch das magnetische Wechselfeld bewegt, führt dies zu einer Feldänderung. Die Achse wird gezählt. Zu einem Zählpunkt gehören jeweils zwei Systeme, die paarweise mit etwas Abstand angebracht sind, um die Durchfahrtsrichtung zu detektieren. Die Fahrtrichtung lässt sich aus der zeitlichen Verschiebung der Feldrichtungsänderung zum zweiten Sender-/Empfängerpaar ableiten.

Um Fehlzählungen und damit ggf. verbundene Betriebsunterbrechungen zu vermeiden, sind Untersuchungen zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) der Sensoren notwendig. Darüber hinaus müssen auch alle Schienenfahrzeuge getestet werden, um sicherzustellen, dass sie im Bereich der Achszähler keine elektromagnetischen Störungen außerhalb der erlaubten Grenzwerte erzeugen. Hierfür werden entsprechende Messstellen zum Nachweis der Kompatibilität von Schienenfahrzeugen mit Gleisschaltmitteln benötigt.

Für die EMV-Messung der hochdynamischen und inhomogenen elektromagnetischen Felder während der Durchfahrt eines Zuges werden seitlich an den Schienen Luftspulen-Sensoren, jeweils für die x-, y- und z-Richtung, angebracht. Zum Nachweis möglicher Asymmetrien muss die linke und rechte Fahrzeugseite geprüft werden. Je Messstelle sind also 6 Messkanäle synchron zu erfassen und auszuwerten. Aufgrund einer Vielzahl verschiedener Typen von Achszählern und Radsensoren muss das Messsystem dabei einen sehr weiten Arbeitsfrequenzbereich von wenigen kHz bis zu über 1 MHz abdecken.

Hierfür ist das Präzisionsmessgerät LTT24 aus dem Hause Labortechnik Tasler ideal. Mit bis zu 16 Messkanälen und mit einer Abtastrate von bis zu 4 MHz pro Kanal entgeht dem LTT24 kein einziges Signal. Als besonderer Vorteil hat sich dabei die hohe Auflösung von 24 Bit erwiesen: Diese ermöglicht es den gesamte Arbeitsfrequenzbereich mit nur einer einzigen Messung abzudecken. Für eine exakte Auswertung ist überdies die hohe Synchronität der Abtastung der einzelnen Kanäle entscheidend.

Der LTT24 ermöglicht es den Ingenieuren zudem auch mobile EMV-Messstellen an beliebiger Stelle im Schienennetz und ohne installierte Gleisschaltmittel zu betreiben – z.B. beim Grenzeintritt von unbekannten Fahrzeugen ausländischer Bahngesellschaften.

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Ein System-on-Module (kurz: SoM) hat für Systementwickler einige Vorteile:

• Kürzere Entwicklungszeiten der eigenen Systeme
• Geringeres Risiko durch getestete und bewährte Hardware
• Einfachere Skalierung und Wiederverwendbarkeit
• Fokus auf Applikation statt auf Infrastruktur

Gerade in der Messtechnik kann dies ein wichtiger Vorteil sein, da die Entwicklung eines hochpräzisen Messkanals extrem komplex ist.

Zum Glück bieten wir bei Labortechnik Tasler mit dem 𝗔𝗗𝗖𝘀𝘁𝗮𝗺𝗽 ein Modul an, in dem über 25 Jahre Erfahrung in der Präzisionsmesstechnik stecken. Auch bei Hochvoltanwendungen bietet der ADCstamp höchste Präzision und Zuverlässigkeit.

Neugierig geworden? Auf unserer Website finden Sie mehr Informationen zu den Vorteilen eines System-On-Module und natürlich auch zum ADCstamp.

Herausforderung: Messgenauigkeit

Wie verhält es sich mit der elektrischen Leistung? Zunächst gilt allgemein, dass die elektrische Leistungsaufnahme nur schwer direkt gemessen werden kann. Zudem ist entsprechend der Normvorgaben der DIN IEC 60034-2-3 eine sehr hohe Messgenauigkeit gefordert:

„Die nominale Genauigkeit der Leistungsmessgeräte muss 0.3% oder besser betragen, bezogen auf die Scheinleistung im Bemessungspunkt des zu prüfenden Motors. Dies gilt für die Gesamtunsicherheit von Leistungsmessgerät einschließlich möglicher Wandler.“

Unter Punkt 7.2 dieser Norm („Zusätzliche Verluste aufgrund des Spannungsfalls im Frequenzumrichter“) werden noch weitere Verschärfungen definiert, sodass man eigentlich sogar besser als 0.3% sein muss.

Wir haben also zwei Messgrößen (Strom und Spannung), deren Fehler sich gemäß Fehlerfortpflanzungsgesetz bei der multiplikativen Berechnung der Leistung (U*I) addieren.

Beide Größen individuell (Strom und Spannung separat betrachtet) sind eine Verkettung von mindestens vier Fehlern:

Amplitudenfehler (über alle Frequenzen)

Phasenfehler bei der Abtastung (über alle Frequenzen)

Bandbreiten-Begrenzung der Oberschwingungs-Anzahl (mindestens 29. bzw. 7. Oberwelle für 0.1.% Genauigkeit von Spannung bzw. Strom)

Fehler der zuführenden Leitungen und evtl. verwendeter Stromwandler

Die Summe dieser Fehler bestimmt die Auflösung der beiden Messgrößen (Spannung und Strom).

Da sich die jeweils vier Fehler der beiden Messgrößen gemäß Fehlerfortpflanzungsgesetz addieren, haben wir also insgesamt 8 Fehlerquellen, deren Summe 0.3% nicht überschreiten darf. Wie oben erwähnt (Referenz zur Norm, Punkt 7.2) soll man sogar ein Stück besser sein.

Also darf im Durchschnitt jede Fehlerquelle nur grob 0.03% Fehler beitragen. Das ist echt sportlich!

Damit muss ein Rechtecksignal auf 53 Oberschwingungen und ein Dreieckssignal auf 9 Oberschwingungen sauber erfasst werden.

Gleichzeitig darf der Amplitudenfehler nicht größer als 0.03% über dieses Frequenzband sein und die Synchronität muss besser sein als 3ns.

Wegen dieser hohen Synchronitätsanforderungen und wegen der Notwendigkeit, U(t) und I(t) mit jedem Sample ohne zusätzliche Phasenfehler multiplizieren zu können, müssen beide Messgrößen (U und I) mit derselben Abtastrate erfasst werden.

Beim Betrieb eines E-Motors müssen aber auch Frequenz und Amplitude des sinusförmigen Versorgungssignals zueinander passen: Eine kleine Drehzahl entspricht einer kleinen Amplitude und eine große Drehzahl entspricht einer großen Amplitude.

Wenn man also einen Drehzahlbereich von 1% bis 100% des Motors abdecken möchte, beträgt auch die Amplitude im langsamen Drehbereich nur 1% der Amplitude bei voller Drehzahl.

Somit muss der Messbereichsendwert nicht nur auf 1/0.03% = 3333 Schritte aufgelöst werden, sondern auf 333333. Das entspricht einer effektiven Auflösung eines AD-Wandlers von 18.3 Bit (nach Abzug allen Rauschens und aller Verzerrung des AD-Wandlers).

Hohe Anforderungen an die Messgeräte

Damit kommen wir zum Kern des Artikels: Wer nicht mindestens einen 20 Bit AD-Wandler, oder besser einen 24 Bit AD-Wandler mit mindestens 1MHz (besser 2MHz oder 4MHz) Abtastrate hat, braucht erst gar nicht mit der Leistungsmessung eines PWM (Pulsbreitenmodulation) betriebenen E-Motors zu beginnen.

Dazu kommt, dass gleichzeitig die Synchronität über alle Messkanäle besser als 3ns (besser 1ns) sein muss!

Zusätzlich kommen hohe Signalspannungen ins Spiel, die neben einem erheblichen Sicherheitsrisiko auch extreme Anforderungen an die Eingangskapazitäten der Messtechnik stellen.

Stellen Sie sich einen 400V batteriegetriebenen E-Motor vor, der mit 10kHz Pulsrate die Spannung von 0V auf 400V hochreißt (und sofort danach wieder runterzieht auf 0V). Wenn Sie nur 10pF Streukapazität im Signalgang haben, dann müssen diese 10pF 20000 Mal pro Sekunde mit 400 V geladen oder entladen werden.

Im gemächlichsten Fall ist der Kondensator gerade erst voll aufgeladen, wenn er wieder entladen wird. Dann hat man bei 50% Pulsbreite genau 50µs Zeit, den Kondensator zu laden. In der Realität sind die Flanken viel steiler. Der Kondensator wir in ca. 500ns komplett aufgeladen. Dann beträgt der Ladestrom dieser angenommenen Streukapazität schon 8mA. Harmlos?

Nein, leider nicht! Für langsame Drehzahlen wurde oben bereits die Faustformel für den maximalen Messfehler angegeben: „Messbereich / 333333“.

Die 8mA Fehler-Ladestrom entsprechen einem gerade noch erträglichen Fehler wenn der Messstrom in der Größenordnung von 2.7kA (oder größer) läge.

Kurzum: die erlaubte Streukapazität der Messkanäle muss extrem niedrig sein!

Und gepaart mit dem notwendigen Schutz vor Hochspannung und der unbedingten Notwendigkeit, Stromschleifen komplett auszuschließen (weil diese empfindliche Störungen durch das Magnetfeld des E-Motors erleiden würden), müssen die Kanäle unbedingt gegeneinander galvanisch getrennt sein und gleichzeitig eine extrem niedrige Streukapazität gegenüber dem Gehäuse aufweisen.

Wird nur eine dieser Anforderungen (Abtastrate, Auflösung, Synchronität, galvanische Trennung mit geringer Streukapazität) nicht perfekt umgesetzt, scheitert die Effizienzmessung gemäß Norm DIN IEC 60034-2-3.

Die ideale Messtechnik-Lösung

Alle diese Punkte sind sorgfältig aufeinander abgestimmt im Messsystem LTTsmart der Firma Labortechnik Tasler GmbH. Der Messtechnik-Spezialist ist seit über 25 Jahren auf dem Markt etabliert und war schon hochauflösend in Megahertz-Bereichen aktiv, als der Messtechnik-Markt langsam von DOS auf Windows umgestiegen ist.

Die Anforderungen der E-Mobilität treiben nun den Markt aus zwei Richtungen in diese Nische: langsame PC-Messtechnik reicht nun in Punkte Bandbreite bei Weitem nicht mehr aus. Und schnelle Oszilloskope reichen mit der Auflösung bei Weitem nicht in die benötigten Details hinein.

Doch die Effizienzbestimmung benötigt die Verbindung zweier Signalwelten:

Die (schnelle) elektrische und die (langsame) mechanische Leistungsmessung.

Letztere kann natürlich auch hochsynchron durch den LTTsmart mit abgedeckt werden.

Fazit:

Der Anwender profitiert davon, dass der LTTsmart perfekt auf die anspruchsvolle Messaufgabe abgestimmt ist und reibungslos mit anderen Messgeräten zusammenarbeitet.

Die umfangreiche Funktionalität des Power-Analyzers ist sowohl in der branchenübergreifenden Software-Lösung LTTpro, als auch in der Gantner GI.bench verfügbar und verbindet die beiden Welten hochsynchron miteinander. Langsame, mittelschnelle und sehr schnelle Messsignale werden online zu den benötigten Analysegrößen zusammengeführt.

Die großen Datenmengen, die für die oben angedeutete Berechnung der elektrischen Leistungskennzahlen notwendig sind, bleiben dabei für den Anwender unbemerkt im Hintergrund. Gleichzeitig kann der Anwender oder ein per Software einstellbares Entscheidungskriterium ganze Abschnitte dieser schnellen Rohdaten mitschneiden und zu einem beliebigen Zeitpunkt analysieren, um etwaige Auffälligkeiten der protokollierten Kenngrößen erörtern zu können.

Egal ob für Forschungszwecke oder zur Prozess- und Qualitätsüberwachung: als Anwender haben Sie stets vollen Zugriff auf alle Signalwelten. Von der Übersicht bis hin zum feinsten Detail.

Das macht die Power-Analyzer-Lösung (neben vielen anderen Messtechnik-Lösungen) von LTT zum perfekten – und sogar einzigartigen – Gesamtpaket, dank dem Sie auch mit der rasanten Entwicklung der Elektromobilität mithalten können.

Das Problem der Signalverzerrung

Signalqualität ist immer wichtig. Aber wieviel davon ist unbedingt notwendig, um eine gewünschte Mess-Aussage treffen zu können?

Auch wenn wir alle dafür eine gewisse Grunderfahrung mitbringen, liegt das erste Bauchgefühl doch meist dramatisch daneben. Die selten betrachtete Ursache hierfür ist: Signalverzerrung. Die Zusammenhänge sind sehr einfach zu beschreiben: Wird ein Signal an ein Messgerät angelegt, so wird es in der Eingangsstufe des Messgeräts (leider) immer etwas verzerrt. Hierbei erscheint das Signal so, als ob es zusätzlich höherfrequente Störsignale (= Oberwellen) gäbe. Diese sind in der Realität nicht vorhanden, erscheinen aber in dem Messgerät und somit in den daraus berechneten Messergebnissen. In vielen Messaufgaben sind diese „virtuellen Störsignale“ genau bei solchen Frequenzen, bei denen das tatsächliche Messsignal ebenfalls wichtige Informationen zeigt, sodass diese wichtigen Informationen verfälscht oder in Extremfällen sogar total überlagert werden. Stützt sich eine Mess-Aussage also auf diese überlagerten Signalanteile, dann ist mit Falschaussagen zu rechnen.

Das bedeutet: Alle Messgeräte verzerren die angelegten Messsignale. Einige mehr, andere weniger. Wenn Sie eine zuverlässige Datenerfassung mit geringster Signalverzerrung durchführen wollen, sollten Sie unbedingt Präzisionsmessgeräte verwenden. Nur so können Sie zuverlässige Schlüsse aus den erhobenen Messwerten ziehen.

Unsere Präzisionsmessgeräte LTT24 und LTTsmart bieten hierfür die beste analoge Eingangsstufe des Marktes, wodurch die Verzerrung Ihrer Messsignale auf ein Minimum reduziert werden!

Verzerrungen zusammengefasst

Gibt es in einem zu analysierenden Signal nicht nur eine einzige interessante Frequenz, dann muss berücksichtigt werden, dass die Verzerrungen von langsameren Signalanteilen zu virtuellen Störungen führen, die mit höherfrequenten Signalanteilen „kollidieren“. 

Ein spektakuläres Beispiel sind Sprengversuche: ein kräftiger Wumms erzeugt eine Schockwelle, die das Material eines zu vermessenden Objekts zum Schwitzen bringt. An einigen Stellen wird in Kürze die Belastbarkeit des Materials überschritten und es kommt zu Mikrorissen, die sich schnell aufweiten, bis das komplette Objekt zerreißt. Diese Mikrorisse entstehen an Stellen, bei denen sich viele hochfrequente Schockanteile gegenseitig positiv überlagern und aufaddieren. Will man das messtechnisch erfassen und aus den Messdaten die Riss-Positionen nachberechnen, wird man erstaunlich falsch liegen, wenn man zuvor nicht auf das richtige Messgerät mit einer verzerrungsarmen Eingangsstufe gesetzt hat. Die genannten hohen Frequenzanteile haben sehr kleine Amplituden - verglichen mit der enormen Amplitude des großen Wumms. Nun schlägt die Verzerrung zu: der Wumms erzeugt schnellere Signalstörungen, auch Oberwellen genannt. Ein großer Wumms bringt also große Verzerrungs-Störungsamplituden bei höheren Frequenzen, welche die dort tatsächlich vorhandenen Messsignale überlagern.

Also: Immer dann, wenn es geleichzeitig [LANGSAME GROSSE] und [schnelle kleine] Signale gibt, dann muss ein extrem verzerrungsarmes Messgerät verwendet werden!

Augen auf bei der Messgeräte-Auswahl!

Die Messgeräte LTTsmart und LTT24 haben die bei weitem besten analogen Eingangsstufen des Marktes! Bei den LTT-Messgeräten sind die Verzerrungs-Oberwellen in Summe kleiner als 3 ppm des angelegten Signals. Die erste Oberwelle ist sogar kleiner als 1 Millionstel vom Eingangssignal. Gleichzeitig bestechen die Geräte durch einen unglaublich flachen Noise-Floor, der über die ganze Bandbreite von DC bis 2 MHz unterhalb von -140dB liegt – und zwar ohne irgendwelche internen Störfrequenzen, die sich als Spikes bemerkbar machen würden. Das ist absolut einzigartig! Im Regelfall hat der eigene Messbetrieb natürlich nur wenig mit Sprengversuchen gemeinsam – aber dennoch vernichtet die Verzerrung auch in allen alltäglichen Aufgaben wichtige Prozentpunkte der Genauigkeitsaussage.

Als ein (fast) beliebiges Beispiel einer regulären Standard-Messung ist die Leistungsmessung an batteriegetriebenen, mehrphasigen E-Motoren zu nennen. Solche E-Motoren werden durch sogenannte PWM-Signale angetrieben, also durch gepulste Signalfolgen. Die Physik, welche die Verluste definiert, erfolgt in den steilen Flanken dieser Pulsfolgen. Schnelle Messtechnik ist hier eine absolute Voraussetzung. Und auch hier überlagert die Verzerrung der großen Spannungspulse die viel kleineren und hochfrequenteren Signalanteile, welche die Verluste definieren. Verzerrt die Eingangsstufe des verwendeten Messgerätes diese Pulsfolgen zu sehr, hilft auch kein schneller A/D-Wandler mehr, um die „virtuellen Stör-Leistungsverluste“ zu verhindern. Die LTTsmart-Eingangsverstärker sind um den Faktor 100 besser als alle anderen Systeme am Markt. Ein Vorteil, der bei direkten Vergleichsmessungen zwischen 5% und 7% mehr Genauigkeit bringt. Mathematisch lässt sich zeigen, dass mit höherer Abtastrate die Auflösung zwingend abnimmt. Physikalische Gesetze beschreiben diese Abhängigkeit. Könnte man einen absolut perfekten Vorverstärker bauen, so wäre das Optimum der mathematischen Leistungsberechnung von PWM-Signalen, bei einer Abtastrate von 2 MHz bis 4 MHz erreicht.

Und eben solche beinahe perfekten Vorverstärker entwickelt und verwendet die Labortechnik Tasler GmbH seit über 25 Jahren. In Verbindung mit den hochpräzisen 4 MHz A/D‑Wandlern, der galvanischen Trennung und der hohen Synchronität der Kanäle, ist das die perfekte Kombination.

Nicht nur diese Tatsache ist marktführend!

Während andere Power-Analyzer-Kompaktsysteme die digitalisierten Daten intern zu den üblichen Leistungsparametern verrechnen und nur diese langsamen Rechenergebnisse zum angeschlossenen PC übertragen, senden die LTT-Messsysteme mit Hilfe eines patentierten Verfahrens alle gemessenen Rohdaten kontinuierlich zum PC. Dort angekommen, werden die Daten mit hochoptimierten Algorithmen mit nur wenigen Prozent Prozessorauslastung zu allen denkbaren Leistungsparametern verrechnet.

Gleichzeitig bleiben die Rohdaten in einem Ringpuffer im PC verfügbar, sodass höhere Analyse-Pakete jederzeit bei auffälligen Leistungsparametern auf die exakt zugrunde liegenden Rohdaten zurückgreifen können (auch rückwirkend). Somit eröffnen die LTTsmart-Systeme in der Verwendung als Power Analyzer die umfängliche Analyse von Parameterschwankungen der E-Motoren-Prüflinge. In der Industrie ist es wichtig, solche Datenanalysen nicht in einer zusätzlichen Software-Insel-Lösung zu betreiben. Aus diesem Grund bietet die Labortechnik Tasler GmbH passende Schnittstellen zu vielen Prüfstandlösungen an.

Hierzu gehören die Prüfstandsoftware von Gantner Instruments (GI.bench), von Stiegele (MLab), von MeasX (DasyLab) und National Instruments (LabView). Natürlich gibt es auch Schnittstellen zu Python und Matlab, sowie Befehlsbibliotheken zu kundenspezifischen Programmen, die sowohl unter Windows als auch unter Linux einzusetzen sind.

Unsere Experten helfen Ihnen gerne bei allen Implementierungsaufgaben.

Auch Demo-Geräte können bereitgestellt werden, um die Vorteile des LTTsmart und des LTT24 auch direkt bei Kundenprojekten zu zeigen.

Mit rauscharmem Frontend, hoher Linearität und synchronisierbarer Abtastung bis 4 MHz bietet das Modul eine robuste Plattform für eine hochpräzise Datenerfassung.

Ob Spannung, Strom oder differenzielle Eingänge – ADCstamp lässt sich direkt in FPGA-Systeme integrieren oder mit vorhandener Firmware betreiben.

Die galvanische Trennung ist ausgelegt für 1000 V CAT II Reinforced Isolation gemäß EN 61010 – ohne Zusatzmaßnahmen auf Anwenderseite.

So sparen Entwickler Platz, Zeit und Komplexität – in Einzelanwendungen oder als synchronisierte Mehrkanal-Systeme.

Sie möchten mehr erfahren? Kontaktieren Sie uns!

Integrierten Systeme (z.B. Fahrwerke und Flugsteuerungs- sowie Betätigungssysteme) kommen in den verschiedensten Flugzeug- und Hubschraubertypen zum Einsatz. In den Entwicklungszentren werden u.a. elektro-mechanische Antriebskomponenten der primären Flugsteuerung (dazu zählen z.B. Höhen-, Quer- und Seitenruder) mit spezifischer Signal- und Leistungselektronik untersucht. Dabei soll das elektro-mechanische Gesamtverhalten dieser Aktuatoren – d.h. dynamische und statische Performance, Frequenzgang, Wirkungsgrad, Leistung, etc. – innerhalb definierter Umweltbedingungen ermittelt werden.

Neben der Drehzahlmessung und der Strom- und Spannungsmessung an Umrichtern und Motoren müssen hierfür eine ganze Reihe weiterer Parameter online berechnet werden. Dazu zählen u.a. die Wirk-, Schein- und Blindleistung der Gesamtrotation sowie der Leistungsfaktor cos Phi des Gesamtaufbaus und auch jeweils pro Phase. Dabei werden erhebliche Anforderungen an die eingesetzte Messtechnik gestellt:

• die geforderte Abtastrate beträgt bis zu 4 MHz
• die Frequenzen der erfassten Signale reichen bis zu 100 kHz und darüber
• die Eingangsspannungen liegen bei bis 540 VDC (Spikes bis 900 V/s) und 115 bzw. 230 VAC bis 800 Hz
• die Kanalanzahl des Gesamtsystems, bestehend aus Messdatenerfassung und Ansteuerung, beträgt mehr als 120 Kanäle
• zeitsynchrone, präzise Erfassung aller relevanten elektrischen, mechanischen und hydraulischen Signale

Ein Kinderspiel für den Marktführer

Für die schnelle 3-phasige Strom-/Spannungsmessung setzen Unternehmen in der Luftfahrtindustrie auf den LTTsmart Power Analyzer aus dem Hause Labortechnik Tasler. Der Power Analyzer besteht aus einzelnen Modulen mit jeweils zwei separaten und galvanisch getrennten Eingangskanälen und kann flexibel in Anzahl, Reihenfolge und Leistungsumfang konfiguriert werden. Der Power Analyzer – wahlweise im Hutschienen- oder 19“-Gehäuse oder als tragbare Variante – ist mit seiner Messgenauigkeit und Präzision optimal für den Einsatz an Prüfständen geeignet. Er bietet Spannungs- und Stromeingänge bis zu ±1000 Vrms, mit einer galvanischen Trennung bis 2500 VDC, bis zu 4 MHz Abtastrate pro Kanal sowie hochsynchrone und extrem rauscharme und verzerrungsfreie 24-Bit A/D-Wandler.

Die Messtechnik von Labortechnik Tasler besticht dabei durch die geringste Signalverzerrung am Markt, was besonders bei gepulsten Hochspannungssignalen essentielle Grundlage für eine präzise Power Analyse ist.

Der LTTsmart ist perfekt für die Luftfahrt-Industrie

Die speziell entwickelte Software-Option LTTpro Power Analyzer bietet im Zusammenspiel mit dem LTTsmart eine hoch-performante elektrische Leistungsmessung, die perfekt für moderne Elektroantriebe bei wechselnden Drehzahlen ausgelegt ist. Der LTTsmart verwendet hochoptimierte Algorithmen, um auch aus stark verrauschten Phasenstrom-Sinusverläufen die exakten Umdrehungszyklen zu ermitteln und darzustellen. Neben allen üblichen Leistungskenndaten werden auch die Verzerrungen von allen Phasenströmen und -spannungen kontinuierlich ermittelt und dargestellt. Durch die parallele Ansicht von Rohdaten und berechneten Power Analyzer-Daten wird sofort ersichtlich, welche Ursachen hinter etwaigen Auffälligkeiten der Leistungskennzahlen stecken.

Seitens der Luftfahrtindustrie werden diverse am Markt verfügbare Systeme zur Leistungsmessung hinsichtlich Genauigkeit und Frequenzbereich evaluiert. Eine Hauptforderung ist dabei die Möglichkeit der Verknüpfung der Leistungsdaten mit sonstigen Prüfstandsdaten. Für den LTTsmart als Power Analyzer spricht auch die einfache Anbindung an die Hard- und Software anderer Anbieter, etwa von Gantner Instruments, Stiegele Datensysteme oder DASYLAB von measX. Der Power Analyzer garantiert, dass Messdaten, aber auch Konfigurationsdaten, konstant und online an die Prüfstandssteuerung übermittelt werden können. Somit ist die Nachvollziehbarkeit von Messungen gewährleistet.

Fazit: Der LTTsmart Power Analyzer bietet universelle Einsatzmöglichkeiten und die Triggerung schneller Messabläufe (200ms-300ms) und kann auch stand-alone mit der LTTpro Messsoftware betrieben werden. Die Möglichkeit, die Berechnungsalgorithmen an die Kundenanforderungen anzupassen, hält das System flexibel.

Was ist ein System-on-Modul?

Ein System-On-Modul (SoM) ist eine Systemeinheit, welche alle für ein Aufgabengebiet wichtigen Hardware-Systemkomponenten auf einer Modul-Platine vereint (beispielsweise Prozessor, Speicher, Taktgeber, …). Auf der Platine werden oftmals entsprechende Schnittstellen und Anschlussmöglichkeiten bereitgestellt, um die Kommunikation mit einer externen Umgebung zu ermöglichen. Entwickler können somit ein SoM als Baustein verwenden, um bei verschiedenen Aufgabendesigns die Kernverarbeitungsanforderungen mit minimalem technischen Aufwand zu erfüllen. Aus diesem Grund werden System-On-Module überwiegend in sogenannten „Embedded Systems“ verwendet.

Die Vorteile eines System-On-Moduls

System-On-Module ermöglichen eine hohe Flexibilität im Entwicklungsprozess, da sie nach Bedarf leicht angepasst werden können. Auch fortschrittliche Technologien (bspw. KI) können einfach integriert werden. Da sich die Entwickler nicht den Herausforderungen der Erstellung solcher Platinen widmen müssen, können sie sich auf die Entwicklung anderer, produktspezifischer Funktionen konzentrieren. Das spart Zeit und Kosten! Da System-On-Module vorab getestet werden, verringert sich das Entwicklungsrisiko neuer Systeme um ein Vielfaches. Durch die Bereitstellung mehrerer Anwendungen auf einer einzelnen Platine, wird außerdem die generelle Komplexität eines System-Designs reduziert.

System-On-Module in der Messtechnik

System-On-Module integrieren häufig auch analoge und digitale Funktionen, wodurch sie für die Messtechnikbranche einen großen Vorteil bieten. Hier müssen reale, physische (also analoge) Werte aufgenommen und in digitale Daten umgewandelt werden. Da es hier, je nach Einsatzgebiet, auf eine enorme Präzision ankommt, müssen die Komponenten eines solchen SoM sehr feinfühlig aufeinander abgestimmt sein und eine hohe Zuverlässigkeit aufweisen. Hier kommen sogenannte AD-Wandler (Analog-Digital Wandler / Eng.: Analog-to-Digital Converter, kurz: ADC) ins Spiel.

ADCstamp: Eine Revolution in der Präzisions-Messtechnik

Der von Labortechnik Tasler entwickelte ADCstamp ist als ein solches AD-System-On-Modul entwickelt worden und bietet vielfältige Vorteile, die einen flexiblen Einsatz mit überragender Messtechnik ermöglichen. Der ADCstamp kann in alle vorhandenen Systemumgebungen integriert werden, wobei zur Inbetriebnahme nur wenige Minuten benötigt werden. Für Hardware-Entwickler bietet dies nun Zugang zu unserer hochpräzisen Messtechnik, die wir bereits seit über 25 Jahren in Form unserer eigenen Messgeräte erfolgreich vermarkten!

Sowohl Hochvolteingänge als auch sensible Sensorsignale können direkt an den ADCstamp angeschlossen werden. Die integrierten Vorverstärker erfüllen höchste Ansprüche in Punkto Rauschen, Verzerrung, Linearität, Messabweichung, Temperaturdrift, Gain-Flatness und Übersprechen. Die galvanische Trennung ist für 6000V Überspannungsspitzen ausgelegt und getestet.

Ein riesiger Vorteil: Entwickler können sich auf andere Funktionen fokussieren und müssen sich nicht um die Herausforderungen des Designs eines Messkanals selbst kümmern.

Die LTT Präzisionsmessgeräte können zur Erfassung und Analyse biophysikalischer Signale eingesetzt werden, wie zum Beispiel bei der Messung der Leitfähigkeit von künstlichen Nervensträngen. Hier ist oftmals eine synchrone und hochpräzise Datenerfassung unerlässlich, um aussagekräftige Daten zu erhalten.

Für solche Anforderungen sind unsere Messgeräte die perfekte Wahl. Unser Präzisionsmessgerät LTT24 zeichnet sich beispielsweise durch die geringste Verzerrung und das geringste Rauschen auf dem Markt aus. Dazu besticht das Gerät durch eine hochsynchrone Datenerfassung. Dank unserer patentierten Technologie können die Daten in Echtzeit an den PC übertragen werden.

Unsere Messgeräte sind vielseitig einsetzbar – profitieren Sie von unserer über 25-jährigen Expertise und lassen Sie sich beraten. 

Um diese hohen Qualitätsansprüche zu gewährleisten, werden die Servo-Aktuatoren an den Prüfständen im Technical Support Center von WITTENSTEIN auf Herz und Nieren geprüft. Dazu gehört auch die automatisierte Vermessung von S1-Dauerbetriebskennlinien (Drehzahl-/ Drehmomentkennlinien). Dabei werden auf dem Prüfstand verschiedene Betriebszustände im Kennlinienfeld angefahren. Neben der Messung der mechanischen Größen erfolgt auch eine elektrische Leistungsmessung für die Ermittlung relevanter Parameter wie z.B. Leistung, Wirkungsgrad, Power-Faktor, Oberwellenanalyse usw.

Für die schnelle 3-phasige Strom-/Spannungsmessung setzt WITTENSTEIN auf den LTTsmart Power Analyzer aus dem Hause Labortechnik Tasler. Der Power Analyzer besteht aus einzelnen Modulen mit jeweils zwei separaten und galvanisch getrennten Eingangskanälen und kann flexibel in Anzahl, Reihenfolge und Leistungsumfang konfiguriert werden. Der Power Analyzer – wahlweise im Hutschienen- oder 19“-Gehäuse oder als tragbare Variante – ist mit seiner Messgenauigkeit und Präzision optimal für den Einsatz an Prüfständen geeignet. Er bietet Spannungs- und Stromeingänge bis zu ±1000 Vrms, mit einer galvanischen Trennung bis 2500 VDC, bis zu 4 MHz Abtastrate pro Kanal sowie hochsynchrone und extrem rauscharme und verzerrungsfreie 24-Bit A/D-Wandler.

Die speziell entwickelte Messsoftware-Option LTTpro Power Analyzer bietet im Zusammenspiel mit dem Präzisionsmessgerät LTTsmart eine hoch performante elektrische Leistungsmessung, die perfekt für moderne Elektroantriebe bei wechselnden Drehzahlen ausgelegt ist. Der LTTsmart verwendet hochoptimierte Algorithmen, um auch aus stark verrauschten Phasenstrom-Sinusverläufen die exakten Umdrehungszyklen zu ermitteln und darzustellen. Neben allen üblichen Leistungskenndaten (Effektivwerte, Blind/Schein/Wirkleistungen, Leistungsfaktoren, Drehzahl, Wirkungsgrad,…) werden auch die Verzerrungen von allen Phasenströmen und -spannungen kontinuierlich ermittelt und dargestellt. Durch die parallele Ansicht von Rohdaten und berechneten Power Analyzer-Daten wird sofort ersichtlich, welche Ursachen hinter etwaigen Auffälligkeiten der Leistungskennzahlen stecken.

Dazu berichtet Jan Feselmeier, Versuchsingenieur bei WITTENSTEIN:

„Bei der Auswahl des LTTsmart Power Analyzer war für uns, neben den hohen Anforderungen an die Präzision und Messrate, vor allem auch eine möglichst einfache Integration in die bestehende Prüfstandsarchitektur ausschlaggebend. Dabei hat sich die bereits erprobte Zusammenarbeit zwischen Labortechnik Tasler und unserem langjährigen Partner Stiegele Datensysteme als äußerst hilfreich erwiesen.“

Grund zur Freude bei Labortechnik Tasler! 

Das AD-SystemOnModule ADCstamp, welches als idealer "Baustein" das Leben von Systementwicklern vereinfacht, wurde am vergangenen Montag in einem Prüflabor in der Schweiz auf Herz und Nieren getestet. Das Ergebnis der EMV-Messungen: Das Modul wird nicht durch andere Signale gestört und verursacht auch keine eigenen Störungen. Diese Erkenntnis bestätigt die praktische und sichere Anwendbarkeit des ADCstamp.

Nachdem der ADCstamp bereits im September diesen Jahres mit dem messweb masters Award in der Kategorie "Messtechnik" ausgezeichnet wurde, unterstreicht dieses positive Ergebnis die Relevanz unserer Innovation für die Messtechnik-Branche und für Systementwickler.

LTTsmart Datenerfassungs-Module

Der LTTsmart ist eine konsequente Weiterentwicklung unserer Präzisionsmessgeräte. Im Hutschienengehäuse ist das Messgerät ideal für den Einsatz in der Industrieumgebung konzipiert und stellt eine flexible Lösung für Ihre Messaufgabe dar.

Als Präzisions-Datenerfassungssystem (DAQ) ist der LTTsmart optimal zur Messung elektrischer Daten geeignet. Elektrische Signale können erfasst und nach internen Berechnungen ausgewertet werden.

Jedes Modul im Alugehäuse besteht aus jeweils zwei Kanälen und kann flexibel um mehrere Module in verschiedenen Varianten von Eingangskanälen erweitert werden. Die flexible Auswahl der Module erlaubt eine abgestimmte Lösung für die jeweilige Anforderung.

Als Power Analyzer ist das Modul mit seiner hohen Messgenauigkeit und schnellen Datenübertragungsrate optimal für die Entwicklung der Elektromobilität geeignet. Es kann beispielsweise perfekt zum Einsatz bei der Leistungsanalyse von Wechselrichtersignalen an batteriebetriebenen Elektromotoren, im Bereich des OEM-Prüfstandsbaus oder zur Überwachung der Power Quality eingesetzt werden. Die hochpräzise Messtechnik erlaubt dabei die beispiellose Reduzierung von Messfehlern!

LTTsmart - wichtige Fakten

• bis zu 2 MHz Abtastrate pro Kanal (optional 4 MHz pro Kanal)
• 900 kHz Bandbreite (optional 1,7 MHz)
• extrem hohe Präzision: 0,015%*Signal + 0,015%*Range
• 24 Bit A/D-Wandler - extrem rauscharm und verzerrungsfrei
• hochsynchron bis zu 16 Kanäle pro Gerät sowie mehrere Geräte
• 2500 VDC galvanische Trennung aller Kanäle
• erfüllt die Anforderungen der DIN IEC 60034-2-3-3 perfekt
• Spannungs- und Stromeingänge: bis zu ±1000 Vrms
• optional ICP®, Ladung, DMS und/oder Puls
• kompakt und robust für den Betrieb in der Nähe von Wechselrichtern

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LTTsmart im 19 Zoll Gehäuse

Der LTTsmart ist die Antwort auf eine rasant steigende Nachfrage für breitbandige und hochauflösende Messtechnik für z.B. Airbag-Prüfstände und E-Motoren-Prüfstände.

Für die Qualitätsanalyse und -Überwachung solcher Systeme benötigt man gleichzeitig eine hohe Kanalanzahl, eine hohe Signalbandbreite, eine perfekte Synchronität und eine sehr feine Signalauflösung – und das teilweise auch bei sehr hohen Signalspannungen.

Genau diese Anforderungen decken die kompakten LTTsmart -19-Zoll-Systeme perfekt ab. Über die Auswahl verschiedener Kanal-Module können Spannungen bis 1500 V, Ströme, Sensoren wie ICP®, DMS und Ladung an die galvanisch getrennten Messkanälen angeschlossen werden. Diese werden mit bis zu 4 MHz Abtastrate pro Kanal und 24 Bit Auflösung hochsynchron abgetastet. Die Analogbandbreite liegt bei 1.7 MHz. Die Amplitudenauflösung ist in allen Messbereichen besser als ±(0.015%·Signal+0.015%·Range).

Darüber hinaus stehen Puls/Counter-Kanäle zur Verfügung um mit 1.2 ns Zeitauflösung Drehzahlpulse aufzuzeichnen. Alle relevanten physikalischen Signale, wie Drehmoment und Drehzahl werden simultan mit den elektrischen Größen erfasst und führen beispielsweise bei einem E-Motoren-Prüfstand zu einer hochgenauen Wirkungsgradberechnung.

Der LTTsmart bringt die jahrzehntelange Erfahrung des führenden High-End-Messtechnikspezialisten Labortechnik Tasler GmbH in die moderne Prüfstandwelt: entweder mit einer Stand-Alone Software oder Dank effizienter Softwareschnittstellen integrierbar in alle vorhandenen Lösungen.