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Meßsignale in Form von Spannung (±10 V) oder Strom (0/4-20 mA) werden während der Übertragung oft durch hochfrequente Störungen beeinträchtigt, im schlimmsten Fall bis zur Unbrauchbarkeit für die weitere Auswertung.
Einfacher als der Umbau eines Prüfstandes oder die Nachrüstung einer ganzen Halle mit neuen Kabeln ist der Einsatz eines passend ausgelegten Tiefpaßfilters, das die Störungen wieder entfernt.
IMD stellt bewährte Tiefpaßfilter 4. Ordnung jetzt in einer Bauform zur Montage auf Tragschiene 35 vor: Signalbereich ±10 V und 0/4-20 mA, wahlweise auch mit galvanischer Trennung von Ein- und Ausgang, der Signalpfad ist in jedem Fall galvanisch von der Hilfsenergie 24 V getrennt.
Die Größenordnung der idealen Eckfrequenz für eine Meßaufgabe ist zwar leicht zu ermitteln, der genaue Wert aber nur schwer.
Hier bietet das neue Konzept des TSTP eine einzigartige Flexibilität: Ab Stückzahl 1 sind vier Eckfrequenzen im Bereich 1 Hz bis 10 kHz beliebig wählbar, jede individuell phasenoptimal nach Bessel oder amplitudenoptimal nach Butterworth oder Tschebyscheff. Der Anwender kann also vier Frequenzen im ermittelten Bereich ordern und mit dem Drehkodierschalter diejenige einstellen, die das optimale Ergebnis liefert.
| Hilfsversorgung | +24 V DC, ca. 40 mA | |
| Trennspannung Signalpfad - Hilfsversorgung | 500 V | |
| Trennspannung Eingang - Ausgang | 500 V bei Typen mit galvanischer Signaltrennung | |
| DC-Genauigkeit | Fehler < 0,2 %, Offset trimmbar | |
| Linearität | 0,1 ‰ | |
| Bypass-Bandbreite | > 50 kHz | |
| Filter | Steilheit | 4. Ordnung (-24 dB/Oktave) |
| Frequenzfehler | < 3 % | |
| Charakteristik | Bessel, Butterworth oder Tschebyscheff | |
| Frequenzbereich | 1 Hz - 10000 Hz | |
| Rauschen | <2 mVrms / SNR > 72 dB | |
| Signalbereich Eingang / Ausgang | Spannungsversion | ±10 V |
| Stromversion | 0/4-20 mA | |
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So dimensionieren Sie Ihr TSTP: | |||||||||||||||||||||||||||
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Zunächst ist die Wahl der Filtercharakteristik zu treffen: Für steilflankige Signale wie z. B. Rechtecke ist Bessel die bessere Wahl, weil so das Signal nur geringfügig beeinträchtigt wird. Butterworth und Tschebyscheff weisen für steile Signalflanken ein Überschwingen auf, das bei Filtern 4. Ordnung 11 % (Butterworth) und 18 % (Tschebyscheff) erreichen kann. Bessel-Filter 4. Ordnung schwingen nur um 0,8 % über, trennen aber dafür nicht so scharf beim Übergang vom Durchlass- in den Sperrbereich. Abbildung 4 zeigt den Grund für das unterschiedliche Verhalten: Bessel-Filter haben einen linearen Phasenverlauf bis weit über die Eckfrequenz hinaus. Ist ein Bessel-Filter nicht zwingend erforderlich, so bleibt die Wahl zwischen Butterworth und Tschebyscheff. Die Trennwirkung eines Filters steigt mit seiner Steilheit beim Übergang vom Durchlass- in den Sperrbereich. Tschebyscheff liegt hier noch vor Butterworth, Bessel folgt erst mit Abstand. Wie in Abbildung 2 zu erkennen ist, weist Tschebyscheff aber eine Welligkeit der Verstärkung im Durchlassbereich (idealerweise = 1 = 0 dB) auf; 0,5 dB entsprechen ~ 6 %. Zur Festlegung der Filter-Eckfrequenz setzt man einen in der Anwendung tolerierbaren Amplitudenfehler fest und liest die zugehörige normierte Frequenz von der x-Achse ab. Beispiel:
Soll nun ein Bessel-Filter eine (Nutz-)Frequenz von 200 Hz noch zu weniger als 0,5 dB bedämpfen, so muß die Eckfrequenz 200 Hz / 0,41 = 488 Hz betragen. Ein Butterworth-Filter könnte die Eckfrequenz von 200 Hz / 0,77 = 260 Hz haben, ein Tschebyscheff-Filter 200 Hz / 0,93 = 215 Hz. Wie in Abbildung 3 abzulesen ist, würde ein 488 Hz-Bessel-Tiefpass eine Einstreuung von 1000 Hz (f/Fs = 2,05) mit -14 dB bedämpfen. Für ein 260 Hz-Butterworth-Filter liegen die 1000 Hz an der Stelle f/Fs = 1000 / 260 = 3,85. Dort erreicht das Butterworth-Filter schon eine Dämpfung von -47 dB. Das 215 Hz-Tschebyscheff-Filter hat an der Stelle f/Fs = 1000 / 215 = 4,65 sogar schon eine Dämpfung von -65 dB. Natürlich kann man die Eckfrequenz auch vom anderen Ende her ermitteln: Eine Einstreuung von 50 Hz soll um -40 dB gedämpft werden. Aus dem Amplitudengang ergibt sich:
Soll ein Bessel-Tiefpass eine Frequenz von 50 Hz zu mindestens -40 dB bedämpfen, so muß die Eckfrequenz 50 Hz / 4,7 = 10,6 Hz betragen. Ein Butterworth-Filter könnte die Eckfrequenz von 50 Hz / 3,2 = 15,6 Hz haben, eines nach Tschebyscheff 50 Hz / 2,3 = 21,7 Hz. Nun kann noch die ±0,5 dB-Grenze wie oben berechnet werden:
Alle Filter dämpfen die 50 Hz wie gefordert, doch bietet das Tschebyscheff-Filter den größten Nutz-Frequenzbereich, innerhalb dessen mit maximal ±0,5 dB Amplitudenfehler gemessen werden kann. Weil die Wahl der idealen Charakteristik und Eckfrequenz trotz aller Theorie gelegentlich nicht eindeutig zu treffen ist, bietet das TSTP vier unabhängige Einstellmöglichkeiten, die für jeden Kunden individuell in Charakteristik und Eckfrequenz ausgelegt werden. | ||||||||||||||||||||||||||
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Beispiel-Bestellschlüssel: TSTP-(BE 10,9 Hz)-(TS 21,7 Hz)-(BU 15,6 Hz)-(XX yyy Hz)-U-ISO lieferbar sind Frequenzen zwischen 1,0 Hz und 10000 Hz -U für ±10 V-Signale -I für 0/4-20 mA-Signale -ISO für galv. Signaltrennung 500 V Eingang <> Ausgang | |||||||||||||||||||||||||||