In unserer heutigen Welt sind wir praktisch überall von Sensoren umgeben. Bei allen Anwendungen ist eine sorgfältige Prüfstrategie wichtig, aber in bestimmten Fällen, wie bei Motorsteuereinheiten und Satelliten sowie in der Halbleiterfertigung und Avionik, ist sie von entscheidender Bedeutung. Allerdings tragen Sensoren zur Komplexität einer Prüfstrategie bei, da sie bei der Prüfung der Steuerungsplatine simuliert werden müssen, um das Verhalten der Steuerung bei bestimmten Sensorsignalen zu testen.

Der Ersatz realer Sensoren durch Simulation kann durch die Schaffung kleinerer Prüfsysteme Kosten einsparen, weil zum Beispiel für den Einsatz echter Temperatursensoren auch eine Wärmequelle erforderlich wäre, um den Sensor reagieren zu lassen. Ähnlich verhält es sich mit Dehnungsmessstreifen, bei denen eine mechanische Vorrichtung ein Blech oder Ähnliches biegen müsste, auf dem der DMS angebracht ist. Der Prüfaufbau ist nicht nur um einiges umfangreicher, er würde wahrscheinlich auch langsamer und weniger wiederholbar als ein Prüfsystem sein, das mit simulierten Sensoren arbeitet. Außerdem kann es vorkommen, dass der Einbau realer Sensoren in die Prüfvorrichtung gar nicht praktikabel ist, sodass externe Hardware in einem Prüfprogramm verwendet wird, die diese Sensoren ersetzen soll. Solche Systeme nutzen normalerweise programmierbare Widerstände.

Pickering Interfaces bietet ein großes Angebot an programmierbaren Widerständen im PXI- und PCI-Format – von der Standard- über die Präzisions- bis zur Sonderausführung.

Pickering Interfaces bietet ein großes Angebot an programmierbaren Widerständen im PXI- und PCI-Format – von der Standard- über die Präzisions- bis zur Sonderausführung. Pickering Interfaces

Programmierbare Widerstände

Bei Betrachtung eines einzelnen Kanals eines programmierbaren PXI-Widerstandsmodul aus der Baureihe 40-295 von Pickering Interfaces mit Relaiskettenschaltung wird deutlich, dass er aus mehreren Widerständen mit einzelnen Relais besteht, die die einzelnen Widerstände überbrücken. Wenn alle Relais geschlossen sind, beträgt der Reihenwiderstand theoretisch null Ohm. Tatsächlich können es wenige Hundert Milliohm sein, da jedes Relais sowie die Leiterplatte selbst einen sehr geringen Widerstand aufweisen. Wenn die einzelnen Relais geöffnet werden, entspricht der Wert der Widerstandskette dem Reihenwiderstand der Widerstände, die nicht mehr von einem Relais überbrückt werden. Widerstandskettenmodule sind als 8-, 12-, 16- und 24-Bit-Ausführung erhältlich. Je höher die Bit-Stufe der Widerstandskette, desto höher die erreichbaren Auflösungen oder Bereiche, bei höherer Bitauflösung sinkt allerdings die Anzahl der Kanäle je Modul.

Ein programmierbares Präzisions-Widerstandsmodul ist für die Anforderungen hochgenauer Prüfanwendungen konzipiert. Der Aufbau ähnelt der oben beschriebenen Widerstandskette, da es eine Widerstandskette für die Grobjustierung gibt, allerdings erweitert um ein digitales Potentiometer für die Feineinstellung. Mithilfe einer Software, die die Werte und Genauigkeit der Widerstandskette kennt, kann das Modul am zu programmierenden Kanal Feinjustierungen vornehmen. Mit dieser Konfiguration lassen sich in Bezug auf Auflösung und Genauigkeit um Größenordnungen bessere Widerstandseinstellungen realisieren als mit herkömmlichen Widerstandsketten. Die maximale Auflösung des Präzisions-Widerstandsmoduls beträgt 2 Milliohm gegenüber 250 Milliohm bei Standardausführungen und bei der Genauigkeit sieht es mit 0,03 Prozent im Vergleich zu ±0,3 Prozent ähnlich eindeutig aus. Ein Präzisions-Widerstand kostet mehr als eine Standard-Widerstandskette und könnte aufgrund der zusätzlichen Schaltungen über weniger Kanäle verfügen. Aber wenn die Anwendung diese Art der Genauigkeit erfordert, gibt es Möglichkeiten.

Programmierbarer Widerstand

Wie der Name vermuten lässt, ist es ein Widerstand, dessen Wert über ein Prüfprogramm verändert werden kann. Der programmierbare Widerstand kann ein Bauteil oder eine Karte sein, das in ein modulares Prüfformat eingesteckt wird. Es kann aber auch ein eigenständiges Gerät sein, das über USB- oder Ethernet-Kabel angebunden ist. Bei den meisten programmierbaren Widerständen werden die Werte durch das Überbrücken von in Reihe geschalteten Widerständen mithilfe von Relais eingestellt. Programmierbare Widerstände gibt es in vielen verschiedenen Ausführungen in Bezug auf Bereich, Leistung, Genauigkeit und Auflösung.

Gewollte Fehlerinjektion

Einige Ausführungen der programmierbaren Widerstände sind mit zwei zusätzlichen Relais pro Kanal ausgestattet, um gewollt Fehler in das Prüfprogramm einzuschleusen. Diese Relais können einen Kurzschluss oder Leitungsbruch am Sensor simulieren. Ein Potentiometer wird über die Verschaltung von zwei Widerstandsketten simuliert. Der Prüfcode sollte den Wert der einen Widerstandskette erhöhen und den der anderen senken, genauso wie ein Potentiometer funktioniert. Zwei Kanäle können auch fest miteinander verdrahtet werden.

Der Aufbau ähnelt einer Widerstandskette, da es eine Widerstandskette für die Grobjustierung gibt.

Der Aufbau ähnelt einer Widerstandskette, da es eine Widerstandskette für die Grobjustierung gibt. Pickering Interfaces

Es gibt programmierbare Widerstandsmodule, die für eine bestimmte Art von Sensor konfiguriert sind. Die zwei meistgenutzten simulieren einen Widerstands-Temperaturfühler oder eine Widerstands-Brückenschaltung in einem Dehnungsmessstreifen (DMS). Diese Module können über zusätzliche Softwaretreiber verfügen, mit denen Temperaturwerte gesetzt oder Werte für den Abgleich der Brücke programmiert werden können, und die Einstellung des Simulators kann über und unter diesen Wert variieren, um die Dehnung und Stauchung eines DMS nachzubilden.

Weitere wichtige Merkmale sind die Fähigkeit, einen Widerstandskanal zu trennen oder kurzzuschließen, um für den Prüfling nahezu null Ohm darstellen zu können. So kann das Programm durch die Simulation einer schadhaften Verbindung mit dem Sensor in Form eines Kurzschlusses oder Leiterbruchs gewollt Fehler in die Prüfung einspeisen. Falls hohe Genauigkeiten erforderlich sind, sollten die Widerstandsmodule über einen Kalibrierport verfügen. Bei Anschluss eines Präzisions-DMMs an den Port kann der Anwender den Wert jeder für das jeweilige Prüfprogramm erforderlichen Einstellung überprüfen.

Systeme auch nach Kundenwunsch

Je nach Hersteller und Modell können verschiedene Merkmale und Eigenschaften von Vorteil sein. Einige der programmierbaren Widerstandsmodule sind mit freien Relais ausgestattet, die für mehrere verschiedene Umkonfigurationen des Widerstandsmoduls genutzt werden können. Dazu gehören die Verschaltung von zwei Widerstandsketten – in Reihe oder parallel – zur Bereichserweiterung eines Widerstandskanals oder zur Erhöhung dessen Auflösung. Darüber hinaus lassen sich zusätzliche Bits zur Bereichserweiterung, ein Festwiderstand, der bei Zuschaltung einen Offset-Widerstand erzeugt wird sowie weitere Fehlerzustände hinzufügen. Bei einem modularen Prüfsystem erhält man mit diesem Ansatz praktisch zwei Module auf einem Steckplatz, was wiederum einen Steckplatz für weitere Mess- oder Schalttechnik freimacht.

Bei der Wahl eines programmierbaren Widerstandmoduls gibt es viel zu bedenken. Pickering Interfaces bietet ein großes Angebot an programmierbaren Widerständen im PXI- und PCI-Format – von der Standard- über die Präzisions- bis zur Sonderausführung – sodass Entwickler und Konstrukteure eine Tool-Suite für die Sensorsimulation für ihre spezifische Anwendung finden sollten. Das Unternehmen fertigt Systeme auch gerne vollständig nach Kundenwunsch an.

Die Einstellung des Simulators kann über und unter diesen Wert variieren, um die Dehnung und Stauchung eines DMS nachzubilden.

Die Einstellung des Simulators kann über und unter diesen Wert variieren, um die Dehnung und Stauchung eines DMS nachzubilden. Pickering Interfaces