Um einen ganz besonderen Trägerfrequenzverstärker mit in dieser Kombination bisher nicht verfügbaren Features wurde jetzt das Mess-System MS-210R von IMD erweitert: Der DMV 15-TF kann nicht nur zwischen zwei Trägerfrequenzen umgeschaltet, sondern auch als DC-Verstärker betrieben werden. Dazu kommen drei umschaltbare Brückenspannungsamplituden, die auch den Betrieb mit älteren Messbrücken erlauben; in Kombination kann also die Brückenspeisung aus 9 Varianten gewählt werden. Ein Tiefpassfilter 4. Ordnung mit 8 Frequenzen und eine automatische Phasenkompensation für TF-Brücken runden die Ausstattung ab. Die Bedienung des Verstärkers erfolgt, wie bei allen Komponenten des MS-210R, über eigene Dreh- und Kippschalter für jede Funktion, direkt an der Frontplatte. Keine Jumper, kein ‚Durchhangeln‘ durch Menüs. Optional ist der DMV 15-TF auch über RS-232, IEEE488 und Ethernet-TCP/IP rechnersteuerbar.

 

Was neu ist:

Wie wertvoll die neuen Features in der Praxis sind, erschließt sich aus einer kurzen Betrachtung der Messverfahren: TF-Verstärker arbeiten mit einer AC-Brückenspeisung. Während Widerstandsbrücken einen frequenzunabhängigen Widerstand haben, ist für induktive und kapazitive Aufnehmer wegen ihrer Impedanz eine Betriebsfrequenz spezifiziert. Verschiedene Frequenzen kommen zur Anwendung, z.B. 600 Hz, 4,8 kHz, 5 kHz. Entsprechend gibt es TF-Verstärker mit Brückenspeisung einer dieser Festfrequenzen.

Als Neuerung ist der DMV 15-TF zwischen zwei verschiedenen Frequenzen (600 Hz und 4,8 kHz) umschaltbar. Neben dem Vorteil, daß der DMV 15-TF nun mit verschiedenen, möglicherweise schon vorhandenen und nicht leicht zu tauschenden Aufnehmern zusammenarbeiten kann, ergibt sich für den Betrieb mit Widerstandsbrücken die Möglichkeit, die Bandbreite und damit die Störempfindlichkeit zu optimieren. Wie das funktioniert, soll im folgenden erklärt werden. Zuvor soll noch auf die umschaltbare Brückenspannungsamplitude eingegangen werden: Unter gewissen Umständen kann die Brückenimpedanz recht niedrig sein:

In diesen Fällen kann die Brücke unter Umständen zuviel Strom ziehen. Gemäß dem Ohmschen Gesetz ist das Problem leicht gelöst, wenn man die Speisespannung herunterschalten kann, z.B. beim DMV 15-TF von 10 V auf 5 V und sogar auf 2 V.

 

Funktionsweise des Trägerfrequenz-Messverfahrens

Die Messbrücke wird mit einer Wechselspannung gespeist. Die Frequenz dieser Wechselspannung ist bekannt, weil sie im Verstärker selbst generiert wird; im DMV 15-TF sogar auf Quarzbasis. Die an der Brücke abgegriffene Spannung wird zum einen durch die Brückenverstimmung (Messeffekt) erzeugt, zum anderen durch Einstreuungen aus der Umgebung (Störungen). Da aus der Brücke als Nutzsignal nur das herauskommen kann, was als Speisung hineingesteckt worden ist, ‚weiß‘ der TF-Verstärker: Alles, was von der Trägerfrequenz abweicht, kann nur Störung sein. Nur die mit der Brückenauslenkung modulierte Trägerfrequenz wird ausgewertet, alles andere wird weggefiltert. (Der theoretische Fall, dass eine Störung selbst genau die Frequenz der Brückenspeisung hat, kann wegen der Wahl der TF - weit oberhalb von z. B. 50 Hz - vernachlässigt werden.) Das TF-Messverfahren ist dadurch ausgesprochen störfest.

Nach erfolgter Demodulation und Verstärkung erhält man eine Gleichspannung, die die Brückenauslenkung wiedergibt. Bei der Demodulation ist noch zu beachten, daß zwischen Brückenspeisung und Abgriff eine Phasenverschiebung auftreten kann, z. B. verursacht durch eine kapazitive Verstimmung an Kabel oder Brücke. Bei älteren TF-Verstärkern mußte ein Phasenabgleich in mehreren Schritten von Hand durchgeführt werden. Der DMV 15-TF führt den Phasenabgleich auf Knopfdruck automatisch durch.

Kein Licht ohne Schatten, und so hat auch das TF-Verfahren einige Nachteile: Prinzipbedingt durch die Demodulation des Eingangssignals beträgt die -1 dB-Bandbreite etwa 1/3 der TF-Frequenz. Ein 4,8 kHz-TF-Verstärker bietet somit eine -1 dB-Bandbreite von etwa 1600 Hz. Eine höhere Trägerfrequenz bietet zwar eine höhere Bandbreite, stellt aber schnell höchste Ansprüche an Aufnehmer, Kabel und Demodulator. Einen weiteren Nachteil bedingen die erforderlichen Baugruppen des Demodulators (Mischer, Filter, Phasenkompensation und Betragsbildung): Selbst wenn diese Gruppen beste Werte hinsichtlich Genauigkeit, Rauschen und Drift aufweisen, wird ein DC-Verstärker ohne diese Gruppen natürlich noch bessere Werte bieten. Aus diesem Grund ist das TF-Verfahren zwar um Größenordnungen störfester, aber nicht genauer als das DC-Verfahren.

 

Das Beste aus beiden Welten

Um das Beste aus beiden Welten zu bieten, kann der DMV 15-TF nicht nur mit zwei Trägerfrequenzen, sondern mit Widerstandsbrücken auch im DC-Modus betrieben werden. Die Brücke wird dann mit einer Gleichspannung von ±5 V, ±2,5 V oder ±1 V gespeist. Wenn die extrem hohe Störunterdrückung des TF-Verfahrens nicht benötigt wird, steht im DC-Modus eine Bandbreite von weit über 50 kHz zur Verfügung. Weil im DC-Betrieb der Demodulator nicht im Signalpfad liegt, ist hier die bestmögliche Genauigkeit gegeben. Wenn andererseits eine Bandbreite von 1600 Hz oder sogar nur 200 Hz völlig ausreicht, kann die Widerstandsbrücke im TF-Modus betrieben werden, um Störunterdrückung und Rauschen zu optimieren.

 

 

Betrachtung zur Angabe der Brückenempfindlichkeit in mV/V:

Ein Wegaufnehmer mit der Angabe 80 mV/V liefert bei Vollausschlag pro Volt Speisespannung 80 mV Ausgangsspannung. Einige Beispiele zur Verstärkungsfaktoreinstellung:

 

  1. Der Wegaufnehmer ist so hochohmig, daß er mit 10 V gespeist werden kann à Der Abgriff liefert bei Vollausschlag 800 mV. Für eine PC-Karte mit 10 V-Eingangsbereich stellt man eine Verstärkung von 12,5 ein, denn 12,5 x 800 mV = 10 V. Der Eingangsbereich wird vollständig ausgenutzt.
  2. Der Wegaufnehmer ist so niederohmig, daß er nur mit 2 V gespeist werden kann à Der Abgriff liefert bei Vollausschlag 160 mV. Für eine PC-Karte mit 5 V-Eingangsbereich stellt man eine Verstärkung von 31,2 ein, denn 31,2 x 160 mV = 4,992 V. Der Eingangsbereich wird fast vollständig ausgenutzt.
  3. Der Wegaufnehmer kann mit 5 V gespeist werden, aus mechanischen Gründen kann die Brücke jedoch nicht voll ausgesteuert werden. à Der Abgriff würde bei Vollausschlag 400 mV liefern. Für eine PC-Karte mit 10 V-Eingangsbereich stellt man zunächst eine Verstärkung von 25 ein, denn 25 x 400 mV = 10 V. Dann wird die Brücke bis zur Betriebsgrenze ausgelenkt und die Verstärkung soweit erhöht, daß der Eingangsbereich vollständig ausgenutzt wird. Das geht natürlich nur bei Verstärkern, bei denen die Verstärkung so feinstufig einstellbar ist wie bei der DMV-Reihe.


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