Der PC als Meßgerät

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Die zu messende Größe muß zunächst in eine elektrische Spannung umgewandelt werden. Sehr oft verwendet man dazu Widerstände, deren Wert z.B. von der Beleuchtung, Temperatur oder Verformung abhängt. Daneben kommen immer häufiger Thermoelemente oder Halbleiter zum Einsatz.
Neben diesen allgemein verwendeten Sensoren gibt es im Bereich Chemie, Biologie, Medizin spezielle Elektroden, die eine der messenden Größe proportionale Spannung abgeben. Der bekannteste Vertreter dieser Spezies ist sicherlich die pH-Elektrode (Glaselektrode). Andere selektive Elektroden gibt es z.B. für Halogene oder Sauerstoff. Schließlich müssen auch die diversen Gassensoren auf Halbleiterbasis erwähnt werden.

Die so gewonnenen Spannungen können mit einem speziellen Meßgerät angezeigt werden, wobei diese Meßgeräte oft Meß- und Rechenverstärker besitzen. Manche dieser Meßgeräte besitzen Ausgänge für Schreiber, andere können die ermittelten Meßwerte über eine spezielle Schnittstelle ausgeben (RS-232).

Die am Sensor oder am Schreiberausgang anliegende Spannung muß nun mit Hilfe eines Analog-Digitalwandlers in ein für Computer lesbares Format konvertiert werden. Dazu wird die zu messende Spannung mit Referenzspannungen verglichen. Je nach benötigter Auflösung und Wandlungsgeschwindigkeit kommen dabei verschiedene Verfahren zum Einsatz. Hohe Auflösungen müssen durch kleinere Wandlungsgeschwindigkeiten oder hohe Anschaffungskosten erkauft werden. Für Messungen im Bereich der Chemie reichen im allgemeinen einige Umwandlungen pro Sekunde bei einer Auflösung von 10 bis 12 Bit (1024 bis 4096 Spannungsstufen). Oft handelt es sich um sehr kleine Spannungen, die erst durch geeignete Verstärkerschaltungen aufbereitet werden müssen. Schaltungen, die die entsprechenden Verstärker und AD-Wandler enthalten, werden als Interfaces bezeichnet.

Während universelle Interfaces meist nur Spannungen von Schreiberausgängen verwerten können, gibt es spezielle Interfaces (z.B. Sciencebox) mit speziellen Eingängen für pH-Elektroden, Leitfähigkeitssensoren oder Thermoelemente.

Benötigen herkömmliche Meßgeräte (pH-Meter, Luxmeter, Thermometer) zusätzlich noch Rechenverstärker, Speicher und Anzeigeinstrumente, werden bei Verwendung der Kombination Interface/PC Meßwertaufbereitung und Anzeige vom Rechner übernommen. Mit geeigneter Software lassen sich viele verschiedene Anzeigeoptionen realisieren, die von der Simulation eines Analoganzeigeinstrumentes bis zu Schreibern reichen. Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch Möglichkeit der Speicherung von Meßreihen.

Die Interfaces können entweder als PC-Steckkarten oder als eigenständige Geräte ausgebildet sein. Letztere werden mit einer der Standardschnittstellen (LPT oder COM) des PCs verbunden. Die meisten heute erhältlichen Interfaces unterstützen mehrere Kanäle, wodurch mehrere Größen oder Meßstellen gleichzeitig beobachtet werden können. Weiters stehen auch programmierbare Ausgangsspannungen und Schaltrelais zur Verfügung. Dadurch können diese Interfaces auch zur Steuerung von Vorgängen eingesetzt werden.

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