In seiner einfachsten Form führt ein Techniker, der die Temperatur eines Ofens auf einem Blatt Papier protokolliert, eine Datenerfassung durch. In einem komplexeren Beispiel kann die Datenerfassung die Überwachung und Erfassung von Daten aus einem groß angelegten industriellen Prozess mit mehreren miteinander vernetzten Sensoren und Variablen umfassen.
Heute spielen DAQ-Systeme eine wichtige Rolle in einer Vielzahl von Anwendungen, darunter Fertigung, industrielle Verarbeitung, industrielle Automatisierung, IIoT, Qualitätskontrolle und wissenschaftliche Forschung. Durch den Einsatz von Sensoren und Messgeräten dient ein DAQ-System als Dreh- und Angelpunkt in einem System und verbindet eine Vielzahl von Produkten miteinander – beispielsweise Sensoren, die Temperatur, Durchfluss, Füllstand und Druck anzeigen.
Merkmale eines DAQ-Systems
Ein grundlegendes DAQ-System besteht aus vier Teilen:Sensoren
Sensoren und/oder Wandler interagieren direkt oder indirekt (mit oder ohne Kontakt) mit dem Messobjekt. Sie wandeln die physikalischen Werte in elektrische Signale um. Die Art der in einem DAQ-System verwendeten Sensoren hängt von der Art der Anwendungen ab. Beispielsweise erfordert die Temperaturmessung einen Temperatursensor, während ein Photovoltaiksensor für die Lichtmessung nützlich ist. Ihre gemeinsame Funktion besteht darin, analoge Signale – wie Licht, Temperatur, Geschwindigkeit usw. – in digitale Signale für den Computer umzuwandeln. DAQ-Systeme verwenden hochwertige Sensoren, die genaue Messwerte mit minimalem oder keinem Rauschen liefern.Übertragung/Signalkonditionierung
Die von den Sensoren ausgehenden elektrischen Signale können nicht direkt verwendet werden, da sie modifiziert werden müssen. Diese Modifikation ist notwendig, da die Signale oft Rauschen enthalten oder so schwach sind, dass das DAQ-System sie nicht messen kann.Daher wird ein Signalaufbereiter verwendet, um die Signale zu optimieren. Der Signalaufbereiter trennt mithilfe von Filter-Schaltungen das Rauschen vom eigentlichen Signal und verstärkt schwache Signale mit einer Verstärkerschaltung. Dies sind zwei der gängigen Funktionen, die sie übernehmen.
Mit einer geeigneten Signalaufbereitungsschaltung sind sogar noch weitere Prozesse möglich, wie Kalibrierung, Linearität und Erregung. Die Auswahl der Signalaufbereitungsschaltung hängt weitgehend von den Eigenschaften des Sensors ab.
DAQ-Hardware
DAQ-Hardware ist die Hardwareeinheit, die zwischen dem Computer und den Sensoren angeschlossen ist. DAQ-Hardware wird entweder über die USB-Anschlüsse oder über die PCI-Express-Steckplätze auf der Hauptplatine mit dem Computer verbunden.Die DAQ-Hardware nimmt die analogen Signale von den Sensoren auf und wandelt sie in digitale Signale um, die vom Computer gelesen werden können. Dies ist jedoch nur eine der Funktionen der DAQ-Hardware.
Einige der gängigen Funktionen eines DAQ-Systems sind:
- ADC: Wandelt analoge Signale in digitale Signale um.
- Digital-Analog-Wandler: Unterstützung für die Ein- und Ausgabe von Binärsignalen.
- RS232, RS485: Schnittstellenbusse für die Kommunikation mit anderen Geräten.
- Single-Ended-Eingang: Unterstützung für die Eingabe von Single-Ended-Kabeln.
Computer
Das letzte Glied in der DAQ-Kette ist ein Computer, der alle über die DAQ-Hardware eingehenden Daten für die weitere Analyse sammelt. Die Verbindung der DAQ-Hardware mit einem Computer reicht jedoch nicht aus, um die Daten zu interpretieren. Dazu ist eine DAQ-Software erforderlich, die die Daten aus der DAQ-Hardware verwendet, um lesbare und aussagekräftige Ergebnisse zu erstellen. Somit fungiert die DAQ-Software als Schnittstelle zwischen dem Benutzer und der DAQ-Hardware. Computer sind unerlässlich, um mit den aus dem DAQ gesammelten Daten komplexere Berechnungen durchführen zu können.Was messen DAQ-Systeme?
DAQ-Systeme werden zur Messung einer Vielzahl von physikalischen und elektrischen Parametern eingesetzt. Zu den gängigen Messungen, die von einem DAQ-System durchgeführt werden, gehören:Temperaturmessung
DAQ-Systeme können die Temperatur mit Hilfe von Thermoelementen, Widerstandsthermometern (RTDs) oder Thermistoren messen.
Druckmessung
DAQ-Systeme können den Druck mit Druckwandlern oder Drucksensoren messen.
Spannungsmessung
DAQ-Systeme sind in der Lage, Spannungspegel von verschiedenen Spannungssignalquellen zu messen – beispielsweise von Sensoren, Stromversorgungen oder elektrischen Strömen.
Strommessung
DAQ-Systeme können den durch einen Strom fließenden elektrischen Strom mithilfe von Stromsensoren oder -wandlern messen.
Dehnungsmessung
DAQ-Systeme können Dehnungen mit Dehnungsmessstreifen messen, die häufig in der Strukturanalyse oder Materialprüfung verwendet werden.
Durchflussmessung
DAQ-Systeme können Durchflussraten mit Durchflussmessern oder Durchfluss-Sensoren messen.
Kraftmessung
DAQ-Systeme können Kraft oder Last mithilfe von Wägezellen oder Kraftsensoren messen, die in der Materialprüfung und Kraftanalyse Anwendungen finden.
Beschleunigungsmessung
DAQ-Systeme messen die Beschleunigung mithilfe von Beschleunigungssensoren, die häufig in der Schwingungsanalyse und Bewegungserkennung eingesetzt werden.
Feuchtigkeitsmessung
DAQ-Systeme können Feuchtigkeitswerte mit Feuchtigkeitssensoren messen, die in der Umweltüberwachung und in HLK-Systemen wichtig sind.
Lichtintensitätsmessung
DAQ-Systeme können die Lichtintensität mit Fotodetektoren oder Lichtsensoren messen, was Anwendungen wie die Überwachung der Lichtintensität und die optische Analyse ermöglicht.
Auswahl des richtigen Datenerfassungssystems
Es gibt verschiedene Arten von DAQ-Systemen, die jeweils für bestimmte Anwendungen und Anforderungen ausgelegt sind. Einige Beispiele hierfür sind:Drahtlose Datenerfassungssysteme
Drahtlose DAQ-Systeme machen die kostspielige und zeitaufwändige Verkabelung von Prozesssensoren vor Ort überflüssig. Diese Systeme bestehen aus einem oder mehreren drahtlosen Transmittern, die Daten an einen drahtlosen Empfänger zurücksenden, der mit einem Remote-Computer verbunden ist. Drahtlose Transmitter sind für Umgebungstemperatur und relative Luftfeuchtigkeit, Thermoelemente, RTDs, Impulsausgangssensoren, 4- bis 20-mA-Transmitter und Spannungsausgangstransducer erhältlich. Die Empfänger können an den USB- oder Ethernet-Anschluss des PCs angeschlossen werden.Serielle Datenerfassungssysteme
Serielle DAQ-Systeme sind eine gute Wahl, wenn die Messung an einem vom Computer entfernten Ort durchgeführt werden muss. Es gibt verschiedene Kommunikationsstandards – RS232 ist der gängigste, aber auch der mit Einschränkungen behaftete, da er nur Übertragungsentfernungen von bis zu 15 Metern unterstützt. RS485 ist RS232 überlegen und unterstützt Übertragungsentfernungen von bis zu 1.500 Metern.USB-Datenerfassungssysteme
Der Universal Serial Bus (USB) ist ein Standard für den Anschluss von PCs an Peripheriegeräte wie Drucker, Monitore, Modems und Datenerfassungsgeräte. USB bietet gegenüber herkömmlichen seriellen und parallelen Verbindungen mehrere Vorteile, darunter eine höhere Bandbreite (bis zu 12 Mbit/s) und die Möglichkeit, das Peripheriegerät mit Strom zu versorgen. USB ist ideal für Datenerfassungsanwendungen. Da USB-Anschlüsse die Spannungsversorgung übernehmen, ist nur ein Kabel erforderlich, um das Datenerfassungsgerät mit dem PC zu verbinden, der höchstwahrscheinlich über mindestens einen USB-Anschluss verfügt.Plug-in-Karten für die Datenerfassung
Computer-Datenerfassungskarten werden direkt in den Computerbus gesteckt. Die Vorteile der Verwendung von Karten sind Geschwindigkeit (da sie direkt an den Bus angeschlossen sind) und Kosten (da der Aufwand für Verpackung und Stromversorgung vom Computer übernommen wird). Die angebotenen Karten sind in erster Linie für IBM-PCs und kompatible Computer vorgesehen. Die Funktionen der Karten können je nach Anzahl und Art der Eingänge (Spannung, Thermoelement, Ein/Aus), Ausgänge, Geschwindigkeit und anderen Funktionen variieren. Jede im Computer installierte Karte wird an einer eindeutigen Position in der Eingangs-/Ausgangszuordnung adressiert. Die E/A-Zuordnung im Computer enthält die Adresspositionen, über die der Prozessor gemäß den Anforderungen seines Programms auf das jeweilige Gerät zugreift.Bei der Auswahl des richtigen DAQ-Systems sind verschiedene Faktoren zu berücksichtigen, darunter:
- Messanforderungen
- Kompatibilität von Sensoren und Wandlern
- Kompatibilität von Software und Schnittstellen
- Erweiterbarkeit und Skalierbarkeit
- Angemessene Signalaufbereitung
- Kosten
Vorteile der Verwendung von DAQ-Systemen und DAQ-Geräten
DAQ-Systeme und -Geräte bieten viele Vorteile bei der Datenerfassung und bei Messprozessen. Zu den wichtigsten Vorteilen gehören:
Thermoelement-Eingang Branchenführende GeräteDer wichtigste Vorteil von DAQ-Systemen und -Geräten ist, dass sie weltweit eingesetzt werden. Die Fähigkeit von DAQ-Geräten, sich mit verschiedenen Sensoren zu verbinden und mit modernen Computern zusammenzuarbeiten, macht sie zur ersten Wahl für Ingenieure, Forscher und Wissenschaftler, die zuverlässige Daten erhalten möchten.
Genaue und zuverlässige Messung
DAQ-Systeme bieten eine hohe Genauigkeit und Präzision und gewährleisten eine zuverlässige Datenerfassung. Sie minimieren Signalrauschen, bieten Funktionen für die Kalibrierung und ermöglichen die präzise Messung verschiedener Parameter.
Breite Signal-Kompatibilität
DAQ-Systeme können mit verschiedenen Arten von Sensoren und Wandlern verbunden werden und ermöglichen so die Messung von analogen, digitalen und speziellen Signalen. Sie unterstützen mehrere Eingangstypen, wie z. B. Spannung, Temperatur, Druck, Dehnung und mehr.
Echtzeitüberwachung und -analyse
DAQ-Systeme erleichtern die Datenerfassung, -erfassung und -speicherung von Messdaten über einen bestimmten Zeitraum. Diese Funktion ermöglicht die Langzeitanalyse, Trenderkennung und Nachbearbeitung der erfassten Daten. Automatisierung und Effizienz: DAQ-Systeme automatisieren den Datenerfassungsprozess, reduzieren den Bedarf an manueller Datenerfassung und minimieren menschliche Fehler. Diese Automatisierung verbessert die Gesamteffizienz und ermöglicht eine kontinuierliche und unbeaufsichtigte Datenerfassung. Hohe Vielseitigkeit DAQ-Systeme werden in Anwendungen in verschiedenen Bereichen eingesetzt, darunter wissenschaftliche Forschung, industrielle Verarbeitung, Qualitätskontrolle, Umweltüberwachung, Fertigung und Gesundheitswesen. Sie können an unterschiedliche Branchen und Messanforderungen angepasst werden.
Flexibilität und Skalierbarkeit
DAQ-Systeme bieten Flexibilität in Bezug auf Konfiguration und Skalierbarkeit. Sie können durch Hinzufügen weiterer Kanäle oder Module leicht erweitert werden, um sich ändernden Messanforderungen gerecht zu werden.
Verbesserte Datenanalyse und -visualisierung
DAQ-Systeme werden häufig mit leistungsstarken Softwaretools geliefert, mit denen Benutzer erweiterte Datenanalysen, Visualisierungen und Interpretationen durchführen können. Diese Tools helfen dabei, aussagekräftige Erkenntnisse aus den erfassten Daten zu gewinnen.
Fernüberwachung und -steuerung
Einige DAQ-Systeme unterstützen Fernüberwachungs- und -steuerungsfunktionen, sodass Benutzer von entfernten Standorten aus auf Daten zugreifen und diese verwalten können. Diese Funktion ist vorteilhaft für verteilte Systeme oder unzugängliche Umgebungen.
Verbesserte Entscheidungsfindung
Durch die Bereitstellung genauer und zuverlässiger Daten unterstützen DAQ-Systeme fundierte Entscheidungsprozesse. Die aus der Datenanalyse und -visualisierung gewonnenen Erkenntnisse helfen dabei, Muster, Anomalien und Trends zu erkennen – was zu besseren Ergebnissen führt.
Kosten
DAQ-Systeme sind in der Lage, mehrere Eigenschaften eines Objekts zu messen, sodass Sie auf viele Einzelgeräte verzichten können. Dies senkt die Gesamtkosten Ihrer Testumgebung.
Dokumentation
Eines der charakteristischen Merkmale eines DAQ-Systems ist seine Dokumentationsfähigkeit. Sie können eine Reihe unterschiedlicher Tests nacheinander durchführen, ohne die Ergebnisse aufzuschreiben und ohne befürchten zu müssen, dass die Messwerte verloren gehen, da sie automatisch auf dem Computer gespeichert werden. Durch die Dokumentation werden Datenredundanzen vermieden.
Messung eines 4-20-mA-Eingangs
Weitere Informationen zur 4-20-mA-Messung, einschließlich Einblicken in Datenerfassungssysteme, finden Sie unter Messung eines 4-20-mA-Eingangs mit einem Spannungseingangsgerät, um weitere Informationen zur 4-20-mA-Messung zu erhalten, darunter Einblicke in Datenerfassungssysteme, Eingangsimpedanz, elektrische Shunts und praktische Umwandlungstechniken.
Product Info
Product Info
Schreiber Einleitung zu Schreibern