Spannungs-Datenlogger und Spannungs-Aufzeichnung

Dewesoft bietet flexible Spannungs-Datenlogger für die Spannungsaufzeichnung in jeder Umgebung und Konfiguration an. Die Eingangsspannungsbereiche reichen vom Millivolt- bis in den Kilovolt-Bereich mit hoher galvanischer Trennung. Die preisgekrönte Datenerfassungssoftware DewesoftX ist kostenlos inbegriffen. 

Spannung
Spannung
 Strom
 Strom
Widerstand
Widerstand
Piezo
Piezo
Elektrische Ladung
Elektrische Ladung
Viertelbrücke
Viertelbrücke
Halbbrücke
Halbbrücke
Vollbrücke
Vollbrücke
Trägerfrequenz
Trägerfrequenz
Kraft, Wägezelle
Kraft, Wägezelle
Akustik
Akustik
Video
Video
Hochgeschwindigkeits-Video
Hochgeschwindigkeits-Video
EtherCAT
EtherCAT
Ethernet
Ethernet
USB
USB
USB 3.0
USB 3.0
CAN-Bus
CAN-Bus
XCP / CCP
XCP / CCP

Spannungs-Datenlogging und -aufzeichnung

Spannung gehört zu den am häufigsten aufgezeichneten Signalen. Es gibt zwei Grundarten: Wechselspannung (AC) und Gleichspannung (DC). Zudem müssen manchmal sehr kleine Spannungen – also solche im Mikrovoltbereich – gemessen werden und dann wieder andere im Bereich von bis zu mehreren tausend Volt. 

Die Spannungs-Datenlogger von Dewesoft können für jede mögliche Spannungsmessanwendung angepasst werden. Sensoren wandeln mechanische Eigenschaften – von Drücken über Drehmomente und Lasten bis hin zu Kräften – in Spannungen um, und unsere Datenlogger sind in der Lage, die benötigten Informationen Ihren spezifischen Anforderungen entsprechend von einem oder mehreren Kanälen und mit schnellen oder langsamen Abtastraten aufzuzeichnen.

Um so stark unterschiedliche Signalpegel in ein normalisiertes, digitalisierbares Ausgangssignal umzuwandeln, wird ein Spannungsvorverstärker mit mehreren Eingangsbereichen benötigt. Zudem geht eine winzige Spannung mitunter auch mit einem großen Gleichspannungs-Offset einher, was eine weitere Herausforderung darstellt, mit der viele Messsysteme Probleme haben.

Spannungs-Datenlogging und -aufzeichnung

Was ist elektrische Spannung?

Elektrische Spannung ist die Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten eines elektrischen Feldes. Sie wird manchmal vereinfacht auch nur als Spannung bezeichnet und lässt sich anhand der so genannten elektro-hydraulischen Analogie – also vergleichbarer Gesetzmäßigkeiten zwischen hydraulischen und elektrischen Systemen – erklären. 

Wechselspannung vs. Gleichspannung

Je nachdem, wie der Strom verläuft, kann elektrische Spannung entweder Gleich- oder Wechselspannung sein. In Gleichstromsystemen fließt Strom immer in die gleiche Richtung, ist also „unidirektional“ (d. h. seine Polarität bleibt gleich).
In Wechselstromsystemen ändert der Strom konstant seine Richtung, wobei er während der positiven Halbwelle des Spannungsverlaufs in die eine Richtung fließt, und während der negativen Halbwelle in die andere. Die Richtungsänderung findet dabei gleichzeitig mit dem Polaritätswechsel der Spannung statt, also wenn die Spannungskurve die 0V-Linie passiert. Beide Spannungs- bzw. Stromarten sind in der folgenden Abbildung dargestellt.

Was ist elektrische Spannung?

Spannungsarten

Spannung kann auf verschiedene Weise quantifiziert werden, z. B. als Spitzen-, Spitze-Spitze-, mittlere, Effektiv- und Wechsel- oder Gleichspannung. Die Unterschiede sind in der Abbildung dargestellt.

Die mittlere Spannung ist der Mittelwert der Spannung über eine Periode. Bei reinen Sinussignalen ist dieser Wert Null.

Die Effektivspannung (RMS) ist die Quadratwurzel des arithmetischen Mittels der Quadrate der Funktion, die die kontinuierliche Wellenform definiert. Der Effektivwert wird am häufigsten dazu verwendet, die Wechselspannung an einem bestimmten Punkt zu definieren, und entspricht der gleichen Energie wie die Gleichspannung bei ohmscher Last.

Die Spitzenspannung beschreibt den höchsten Wert der Spannung innerhalb einer Periode. In Datenblättern werden die Begriffe „Spitzenspannung“ und „Eingangsgleichspannung“ gleichbedeutend verwendet. Zur Berechnung des Effektivwerts für Sinuswellen muss der Spitzenwert durch die Quadratwurzel aus 2 geteilt werden.

Die Spitze-Spitze-Spannung definiert die gesamte Amplitude zwischen dem positiven und negativen Spitzenwert einer Periode.

Der Scheitelfaktor (oder Crest-Faktor) entspricht dem Verhältnis zwischen der Spitzenamplitude und dem Effektivwert einer Wechselstromwellenform.

Spannungsarten

Spannungsmessung mit Dewesoft

Der Screenshot zeigt die typische Konfiguration eines SIRIUS-HV-Verstärkers für höhere Spannungen in der DewesoftX-Software. Die Spannungskanal-Konfiguration ist in zwei Bereiche unterteilt:

  • Verstärkerkonfiguration: Der linke Teil des Bildschirms ist der Konfiguration des Verstärkers gewidmet – oben finden sich die Einstellungen, unten eine Echtzeitvorschau des Eingangssignals.
  • Sensorkonfiguration: Der rechte Teil des Bildschirms dient der Konfiguration des Sensors mit Messgröße, Einheitenumrechnung, Skalierung usw.

Im Screenshot hat die Sinuswelle einen Effektivwert von 224,924 V und einen Spitze-Spitze-Wert von ±309,XXX V. Im gegebenen Fall wird die Spannung direkt in den HV-Verstärker eingespeist – es ist kein Sensor oder Wandler beteiligt und daher auch keine Skalierung erforderlich (siehe unterer rechter Bildschirmbereich). Bei Verwendung eines Wandlers für sehr hohe Spannungen, der die Signalspannung z. B. durch 1000 teilt, könnte dieser Faktor hier eingegeben werden, um die tatsächliche Spannung anzuzeigen.

Erfahren Sie mehr über die Messung von Wechsel- und Gleichspannungen:

Spannungsmessung mit Dewesoft

Signalüberlastung/Übersteuerung

Wenn die Signalpegel höher ausfallen als erwartet, werden sie üblicherweise vom A/D-Wandler (ADC) abgeschnitten. Dies führt zu Fehlmessungen und folglich dazu, dass der Test komplett wiederholt werden muss.
Die einzigartige DualCoreADC®-Technologie von Dewesoft verhindert solche Probleme. Jeder Kanalverstärker ist mit zwei AD-Wandlern ausgestattet, die das Eingangssignal kontinuierlich mit hoher und niedriger Verstärkung messen. Dadurch ist die vollständige Abdeckung des potentiellen Messbereichs des Sensors gewährleistet, und das Clipping des Signals wird verhindert.
Mit der DualCoreADC®-Technologie von Dewesoft werden ein Signal-Rausch-Verhältnis von mehr als 130 dB und ein Dynamikbereich über 160 dB erreicht. Das ist 20 mal besser als bei 24-Bit-Systemen, bei 20-mal geringerem Rauschen.

Signalüberlastung/Übersteuerung

Galvanische Trennung – verrauschte Signale und Gleichtaktprobleme

Unerwünschte Veränderungen oder Störungen („Rauschen“) in den Signalen sind bei der Durchführung von Messungen ein häufig auftretendes Problem. Rauschen kann z. B. durch die Nähe anderer Geräte, die elektrische Felder erzeugen, oder durch Verdrahtungsprobleme verursacht werden.
Bei Dewesoft verhindern die galvanisch getrennten Eingänge Signalrauschen und Interferenzen. Sie verfügen über eine hohe galvanische Kanal-zu-Kanal- und Kanal-zu-Masse-Isolierung, die auch die Sensorversorgungs- und andere Leitungen umfasst, und schließen auf diese Weise Rauschen in der Signalkette aus.
Die hohe Isolation ermöglicht auch die Messung hoher Spannungspotentiale oder Gleichtaktspannungen, bei denen ein kleineres Signal mit einem großen Gleichspannungs-Offset einhergeht.

Galvanische Trennung – verrauschte Signale und Gleichtaktprobleme

Signal-Aliasing

Aliasing ist ein Effekt, der verschiedene Signale bei zeitlicher Abtastung ununterscheidbar macht. Es bezieht sich auch auf den Unterschied zwischen einem aus Samples rekonstruierten und dem ursprünglichen kontinuierlichen Signal, wenn die Auflösung zu gering ist.
Wenn Ihre Spannung z. B. eine 10-kHz-Sinuswelle ist, Sie aber nur ein Sample pro Sekunde nehmen, bekommen Sie natürlich ein falsches Aufzeichnungsresultat. 
Zwischen jeder einzelnen Abtastung werden 10 000 Sinuswellen verpasst, und das erhaltene „Signal“ hat zwar eine Wellenform, ist jedoch nur ein „Alias“ des tatsächlichen Signals. Das Resultat sieht zwar wie ein Signal aus, hat aber eben nichts mehr mit der Realität zu tun.
Die schnelle Sigma-Delta-ADC-Technologie von Dewesoft ist der bestmögliche Ansatz zur Vermeidung von Aliasing.

Erfahren Sie mehr über Aliasing.

Signal-Aliasing

Spannungs-Datenlogger und ihre Anwendungen

Dewesoft bietet ein Sortiment an verschiedenen Spannungs-Datenloggern mit unterschiedlichen Eingangsspannungsbereichen für alle möglichen Anwendungen an:

  • industrielle und Echtzeit-Steuerungsanwendungen
  • Spannungsaufzeichnung in rauen Umgebungen
  • Aufzeichnung hoher Spannungen
  • Spannungsaufzeichnung mit hoher Kanalzahl
  • Leistungsanalyse
  • Netzqualitätsanalyse

 

Spannungs-Datenlogger und ihre Anwendungen

Datenlogger für höhere Spannungen

Die Dewesoft-Datenlogger für höhere Spannungen werden zur direkten Messung und Überwachung von Signalen mit höherer Spannung  eingesetzt.

Unsere Signalkonditionierung und unsere Messverstärker für höhere Spannungen können Spannungen direkt bis zu ±2000 V in der Messkategorie CAT III 600 V und CAT II 1000 V Isolationsspannung messen.

Datenlogger für höhere Spannungen

Spannungs-Aufzeichnung im Stand-alone-Modus oder über einen Host-Computer

Unsere Spannungs-Datenerfassungsgeräte können für den komplett eigenständigen Betrieb konfiguriert und sogar von einem internen Akku gespeist werden. Die Systeme verfügen über eine integrierte Signalaufbereitung und Datenspeicherung, einen Verarbeitungsrechner sowie optional über ein LCD-Display und einen eingebauten Lithium-Ionen-Akku. 

Andererseits können die Spannungslogger über eine der standardmäßig verfügbaren Datenschnittstellen auch an jeden EtherCAT-Master von Drittanbietern oder Host-Computer angeschlossen werden:

  • USB: Das Auswertungsmodul wird über die Standard-USB-Datenschnittstelle direkt an einen PC oder ein Laptop angeschlossen. Die neuesten Erfassungsgeräte wie SIRIUS XHS verwenden dabei einen USB-C-Anschluss, während Standardlogger über USB 2.0 angeschlossen werden.
  • Ethernet: Das Signalaufbereitungsmodul wird über eine Standard-Ethernet-Schnittstelle mit RJ45-Steckern direkt an einen PC oder ein Laptop angeschlossen.
  • EtherCAT: Unsere EtherCAT-Spannungssignalaufbereitungsmodule können an jeden EtherCAT-Master eines Drittanbieters (wie z. B. LabView, Beckoff Twincat, Clemessy Syclone, MTS TestSuite usw.)  angeschlossen werden.
  • XCP: Wir bieten auch XCP-Spannungslogger an, die die Spannung über das XCP-Protokoll aufzeichnen oder die aufgezeichneten Daten über das XCP-Protokoll übertragen können.
  • CAN: Wir bieten außerdem auch CAN-Spannungslogger an, die die Spannung über das CAN-Bus-Protokoll aufzeichnen oder die aufgezeichneten Daten über das CAN-Protokoll übertragen können.
Spannungs-Aufzeichnung im Stand-alone-Modus oder über einen Host-Computer

Spannungs-Aufzeichnung in rauen Umgebungen

Dewesoft bietet ein Sortiment an robusten Spannungs-Datenloggern für die Datenaufzeichnung in extremen und rauen Umgebungen an.

KRYPTON und SIRIUS waterproof sind zwei Produktlinien mit Wechsel- und Gleichspannungs-Datenloggern, die wasserdicht, schockbeständig und staubdicht sind. Die Logger beider Produktlinien bieten Schutzart IP67 und können im Temperaturbereich zwischen -40 °C und +85  °C betrieben werden.

Hier finden Sie die technischen Daten zu den Verstärkern der
KRYPTON-Serie und der SIRIUS-waterproof Serie

Spannungs-Aufzeichnung in rauen Umgebungen

Ein- und mehrkanalige Wechsel- und Gleichspannungslogger

Dewesoft bietet sowohl ein- als auch mehrkanalige Spannungsaufzeichnungssysteme an. Der modulare Aufbau und der hohe Datendurchsatz der Systeme ermöglichen die gleichzeitige Erfassung von Hunderten oder sogar Tausenden von Wechsel- oder Gleichspannungskanälen. 

Die Systeme können mit einer beliebigen Anzahl von Kanälen für jede Art von Spannungsmessung konfiguriert werden. Dank des hoch modularen Aufbaus lässt sich die Anzahl der Eingangskanäle problemlos erweitern, wenn Ihre Anwendungen anspruchsvoller werden. 

Bei der Erweiterung der Spannungseingangsmodule fallen keine zusätzlichen teuren Software-Upgrades oder -Kosten an. Sie brauchen einfach nur Hardwaremodule hinzuzufügen.

Ein- und mehrkanalige Wechsel- und Gleichspannungslogger

Aufzeichnungs- und Signalverarbeitungs-Software inbegriffen

Die preisgekrönte Datenerfassungssoftware DewesoftX  mit ihrer intuitiven und einfach zu handhabenden Benutzeroberfläche ist im Lieferumfang aller Spannungs-Datenlogger enthalten. 

Sie bietet standardmäßig verschiedene Speicher-, Trigger- und Alarmoptionen, und die Möglichkeiten zur Definition mathematischer Kanäle (Formeln, Statistiken, Filter u. v. a.) sind praktisch unbegrenzt. Zur Datenvisualisierung stehen mehrere vorgefertigte visuelle Anzeigen (Rekorder, digitale Anzeigen, analoge Anzeigen und Tabellen) zur Verfügung. 

DewesoftX umfasst zudem Tools zur Berichterstellung und zum Datenexport, die die Erstellung von Berichten im PDF- oder Word-Format und den Export von Daten in verschiedene Standardformate zur weiteren Analyse ermöglichen.

Aufzeichnungs- und Signalverarbeitungs-Software inbegriffen

Datenspeicherungs- und Triggeroptionen

Speicherstrategien sind sehr wichtig für das gesamte System. Bei Dewesoft kann zwischen vier verschiedenen Speicherungsoptionen gewählt werden:

  • Immer schnell
  • Immer langsam
  • Schnell bei Trigger
  • Schnell bei Trigger, sonst langsam 

Es stehen Optionen für statische oder reduzierte Abtastraten zur Verfügung.

Die Datenaufzeichnungssoftware erlaubt die Konfiguration einer unbegrenzten Anzahl von Start- und Stopp-Triggerbedingungen. Zusätzlich können Vor- und Nachtriggerzeiten im Millisekundenbereich eingestellt werden, um die Speicherungsdauer vor dem Eintreten des Triggerereignisses zu definieren. Der Logger hält die Daten im Puffer, bis das Triggerereignis eintritt, und speichert sie dann in der Datei.

Erfahren Sie mehr:

Datenspeicherungs- und Triggeroptionen

Langfristige und permanente Spannungs-Überwachung

Für die langfristige oder permanente Spannungsüberwachung bietet Dewesoft Spannungs-Datenlogger an, die die Möglichkeit bieten, Daten über das unterstützte OPC-UA-Protokoll in einer lokalen oder Cloud-Zeitreihendatenbank zu speichern.

Das Historian-Datenbanksoftwarepaket bietet eine Zeitreihendatenbank für die dauerhafte Datenspeicherung. Die Datenbank kann sich entweder auf einem lokalen Medium, auf einem Remote-Server oder in der Cloud befinden. Diese Lösung basiert auf dem Open-Source-Projekt InfluxDB-Zeitreihendatenbank.  

Historian bietet verschiedene nützliche Funktionen für historische Daten:

  • Rohdaten und reduzierte Daten: Rohdaten werden zur eingehenden Analyse immer auf der Messeinheit gespeichert, während Historian die reduzierten Daten dauerhaft in die Cloud-Datenbank überträgt.
  • Datensicherheit und erneute Übertragung: Bei einer Unterbrechung der Verbindung zwischen dem Logger und der Datenbank werden die Daten sicher lokal auf der Messeinheit gespeichert und neu an die Datenbank übertragen, sobald die Verbindung wieder hergestellt ist.
  • Trending und Analyse: Historische Daten können zur Trendermittlung sowie zur nachträglichen eingehenden Analyse und Ursachenermittlung jederzeit aus der Historian-Datenbank abgerufen und geladen werden.
  • Web-Client: Die Web-Client-Schnittstelle ist von jedem Webbrowser aus zugänglich und stellt eine plattformübergreifende und mobilitätskompatible Lösung dar. Sie bietet einen guten Überblick über die wichtigsten Daten und ihre zeitliche Entwicklung.
  • Alarm- und Warnstufen: Alarme und Warnungen können auf jeder Anzeige eingestellt und mit E-Mail- oder SMS-Benachrichtigungen verknüpft werden.
Langfristige und permanente Spannungs-Überwachung

FAQ

Was ist elektrische Spannung?

Die elektrische Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten eines elektrischen Feldes. Sie wird manchmal vereinfacht auch nur als Spannung bezeichnet und lässt sich anhand der so genannten elektro-hydraulischen Analogie – also vergleichbarer Gesetzmäßigkeiten zwischen hydraulischen und elektrischen Systemen – erklären. 

Wie wird Spannung gemessen?

Das Messgerät, das zur Spannungsmessung verwendet wird, heißt Voltmeter. Da Spannung die elektrische Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten eines elektrischen Feldes ist, wird das Voltmeter immer parallel zum Stromkreis angeschlossen. Um den Stromkreis so wenig wie möglich zu beeinflussen, muss die Eingangsimpedanz des Voltmeters sehr hoch sein (üblicherweise 10 MΩ).

Was sind die gebräuchlichsten Spannungsverstärker?

Grundsätzlich gibt es drei verschiedene Arten von Datenerfassungsverstärkern:

  • Single-Ended-Verstärker: Single-Ended-Verstärker sind einfach zu handhaben, haben aber zwei große Nachteile: unerwünschte Masseschleifen und fehlende Isolierung.
  • Differentialverstärker: Differentialverstärker sind am weitesten verbreitet und verstärken die Spannungsdifferenz zwischen zwei Eingängen.
  • Isolierte Verstärker: Isolierte Verstärker sind vom Gehäuse und der Hauptplatine des Messgeräts isoliert und erlauben einen sicheren und zuverlässigen Betrieb.

Wozu werden isolierte Spannungsverstärker verwendet?

Durch die Verwendung isolierter Verstärker lassen sich die Nachteile von Single-Ended- und Differentialverstärkern vermeiden, da Masseschleifen, Gleichtaktspannungen, Kurzschlüsse usw. bei ihnen nicht auftreten. Die Module sind vom Gehäuse und der Hauptplatine des Messgerätes isoliert. Die hohe Isolationsspannung erlaubt einen sicheren und zuverlässigen Betrieb auch bei Spannungsspitzen, Störungen usw.

Gibt es einen Unterschied zwischen der Messung hoher und niedriger Spannungen?

Die Antwort ist ja. Wenn wir Spannungen in dem Bereich messen, der direkt vom A/D-Wandler unterstützt wird, ist die Messung recht einfach. Beim Messen sehr kleiner Spannungen im Mikrovoltbereich (µV) oder sehr hoher Spannungen bis zu mehreren Kilovolt (kV) wird jedoch ein Verstärker benötigt, um das Signal für die A/D-Wandlung vorzubereiten.

Ist die Messung von Spannungen gefährlich?

Während Spannungsmessungen bis 1 kV relativ einfach sind, wird es bei Gleichspannungen über 1600 V komplizierter, da Spannungssonden/-teiler oder Spannungswandler erforderlich sind, die die Spannung auf einen für den Verstärker geeigneten Pegel anpassen und reduzieren. Solche Messungen sind gefährlich, deshalb ist hier besondere Vorsicht geboten.

Ist im Lieferumfang der Dewesoft-Spannungslogger eine Software enthalten?

Die preisgekrönte Datenerfassungssoftware DewesoftX ist kostenlos im Lieferumfang aller Spannungs-Datenlogger von Dewesoft enthalten. Diese Software ist intuitiv und benutzerfreundlich. Sie bietet umfangreiche Speicher-, Trigger- und Alarmfunktionen und umfasst diverse Widgets zur Datenvisualisierung sowie eine umfangreiche Mathematik-Bibliothek für die Datenanalyse.

Des Weiteren können die Daten mithilfe der integrierten Berichterstellungswerkzeuge ausgedruckt und in verschiedene Standard-Dateiformate wie CSV, Excel, Matlab, FlexPro, Diadem, UNV usw. exportiert werden.

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