Teil 1 Flashcards
Was besagt das Moor’sche Gesetz?
Die Komplexität integrierter Schaltkreise (=Anzahl der Schaltkreiskomponenten) verdoppeln sich ca alle 18 Monate –> empirische Gesetz
Wie kann man Zeit messen?
Durch den Vergleich mit der Frequenz mit einem physikalischen Effekt.
Pendeluhren (Quarzuhren) Atomuhren
Genauigkeit von Uhren
Pendeluhren: 10-4s
Quarzuhren: 10-6s
Rubidium-Uhr: 10-15s
Cäsium-Fontäne: 10-13s
Basiseinheiten SI System
Meter, Sekunde, Kilogramm, Ampere, Kelvin, Candela, Mol
Wovon hängt der Temperaturgang eines Quarzes ab?
Vom Schnittwinkel
Welche Spannungsnormale gibt es?
Weston-Normalelement, Josephons-Kontakt, Zenerdioden
Wie funktioniert das Weston Element?
Normalelement = Elektrochemische Primärelemente, das chemische Energie in elektrische Energie umwandelt und die Ausgangsspannung möglichst lange konstant bleibt –> reproduzierbare Darstellung einer definierten Spannung
Elemente: Cd-CdSO4-Hg2-SO4-Hg+ mit einer Leerlaufspannung von rund 1,018 65 V bei 20 °C
Was ist eine Zenerdiode und wozu wird sie verwendet?
Dioden lässt Strom nur in eine Richtung durch –> Z Diode wird dauerhaft in Sperrrichtung im Bereich der Durchbruchspannung (Strom fließt durch Sperre) betrieben.
Anwendung: Spannungsbegrenzung, Überlastungssperre, Spannungsstabilisierung
Wozu dient eine Brückenschalung?
Um Messungen fernab des Nullpotentials mit kleinen Änderungen zu machen
Kann eine Abschirmung aus einem Kupferdrahtgeflecht magnetische Felder abschirmen?
Ja
Kupfer ist leitfähig, wodurch ein Magnetfeld induziert werden kann, welches der Ursache (dem ursprünglichen Magnetfeld entgegenwirkt) –> Gegenmagnetfeld
Was macht man um die magnetische Induktion in einem Siganalkabel zu minimieren?
Durch äußere und innere Abschirmungen aus Alu - leiten äußere Bestrahlungen zum Erdpotential, innere Kabel sind elektrisch ruhig
Wie funktioniert die Vierleitermesstechnik?
Getrennte Leiter für Versorgungsstrom und Messstrom –> wenn Messstrom klein, würde dieser vom Versorgungsstrom überlagert werden –> durch 4 LMT wird Messstrom detektierbar
Wie kann man eine Sensorkennlinie linearisieren?
Durch ein Linearisierungsnetzwerk aus Zenerdioden –> erzeugt Gegensignal dessen Kennlinie gegengleich zum Ursprungssignal ist –> Summe wird linear
Was ist eine Graycode Scheibe, wozu dient sie?
Eine schwarz/weiße codierte Scheibe zur Winkelmessung (Je nach Winkelbereich bestimmte Codierung)
Was ist das Prinzip eines Hall-Sensors?
Leitfähige Räder/magnetische Räder rotieren über einen Magneten/Leiter wodurch Spannungen induziert werden. Hall Sonden messen diese und man kann auf die Geschwindigkeit rückschließen
Welche Prinzipien zur Temperaturmessung gibt es?
Ausdehnung von Flüssigkeiten/Gasen
thermoelektrischer Effekt
temperaturabhängige Widerstandsmessungen
temperaturabhängige Durchflussspannungen bei Dioden
temperaturabhängige Resonanzfrequenz von Schwingquarzen
Messung der Strahlungsleistung
Prinzip eine Thermoelements
Basiert auf einem thermoelektrischen Effekt –> Kontakt zweier ungleicher Metalle –> Potenzialdifferenzierung aufgrund unterschiedlicher Anzahl von Ladungsträgern –> Potenzialdifferenz auch temperaturabhängig
Was ist eine Kaltstelle?
Ein zusätzliches Thermoelement, das im Messaufbau auf konstanter, kalter Temperatur gehalten wird um Messfehler durch Thermospannungen abseits des eigentlichen Elements zu verhindern.
Wie funktioniert ein Pt-100 Sensor?
Temperaturabhängige Messung der Durchlassspannung von Dioden (10^9 fach in Computern ohnehin verbaut)
Was sind Thermistoren, wo werden sie eingesetzt?
Messung des NTC-Widerstand (negativer Temperaturkoeffizient) eines Übergangmetalloxids 🡪 ungenau, nur Unterscheidung „heiß oder kalt“ 🡪 Einsatz zur Messung der Temperatur von Kühlwasser im Auto
Was ist das Prinzip eines Pyrometers?
Messen Strahlungsleitung einer Oberfläche –> müssen auf Messsubstanz geeicht werden (Emissionssprktrren)
Gesamter Strahlungsbereich oder nur Teile können gemessen werde.
Prinzipien einer Durchlaufmessung
Turbinenrad – Messung des Magnetfeldes, das eine rotierende Turbine erzeugt
Schwebekörper – werden durch Strömung angehoben, Ablesung in Schauglas
Schallgeschwindigkeit – Messung der Laufzeit eines Signals im strömenden Medium (hängt von v ab)
Druckabfall bei einer Verengung – proportional zu v
Coriolis-Sensor – Schwingende Rohre, bei Durchfluss kommt es zur Phasenverschiebung der Schwingungen
Wie funktioniert ein Dehungsmessstriefen?
Veränderung der elektrischen Eigenschaft Widerstand durch Kraft/Druck Einwirkung
Welche Art von Sensor ist ein kapazitatives Mikrofon?
Kapazitiver Sensor (Änderung der Kapazität eines Kondensators, aufgrund von Druckeinwirkung) 🡪 MEMS Sensor (micro-electromechanical system)
Wieso benötigt man bei einem Dehnungsmessstreifen eine Brückenschaltung?
Da nur geringere Änderungen bei einem hohen Basiswiderstand auftreten
Was ist das Prinzip der Pirani-Zelle?
Wärmeleitfähigkeiten von Gasen hängt stak vom Druck ab – Messung der WLF zur Druckbestimmung im Bereich von 10^-4 bis 10^-7 bar
Was wird mit Ionisationsmesszellen gemessen?
Der Ionenstrom durch ein Gas (erzeugt durch Glühwendel) –> höhere Dichte des Gases führt zu mehr Ionisation) –> Druckmessung
Wie sind absolute, relative und Sättigungsfeuchte definiert?
Absolute Feuchte = Wassergehalt in der Luft in g/m³
Sättigungsfeuchte = max. absolute Feuchte bei einer best. Temperatur
Relative Feuchte = absolute Feuchte bezogen auf die Sättigungsfeuchte
Was ist der Taupunkt?
Temperatur bei der die aktuelle Feuchte gleich der Sättigungsfeuchte ist
Beschreiben Sie die Funktion des LiCl-Taupunktsensors
Eine LiCl getränkte Gewebeschicht nimmt Feuchtigkeit auf wodurch der Widerstand zwischen 2 Leitern sinkt 🡪 höher Stromfluss und Wärmeentwicklung 🡪 Gewebeschicht kann mehr Feuchte aufnehmen 🡪 Gleichgewicht bei best. Temperatur (mittel Pt 100 gemessen) und Rückschluss auf Luftfeuchte
Wie funktioniert ein Taupunktspiegel?
Metallplatte („Spiegel“) wird abgekühlt bis sich ein optisch messbarer Niederschlag bildet 🡪 Taupunkt erreicht 🡪 temperaturabhängige Sättigungsfeuchte
Was ist das Messprinzip eines Haarhygrometers?
Längenänderung einer Faser durch Feuchtigkeit - Elektrisch detektiert
Wie funktionieren kapazitive Feuchtigkeitssensoren?
Das Dielektrikum (Al2O3) eines Kondensators kann Feuchtigkeit aufnehmen, wodurch dich die Kapazität des Kondensators verändert
Auf welchem Prinzip beruht der Mikrowellensensor zur Feuchtemessung?
Mikrowellen werden ausgesandt und wechselwirken mit der Umgebungsfeuchte –> messbarer Enegeiverlust und Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wellen –> Rückschluss auf die Feuchte
Wie funktioniert ein Psychrometer?
Ein trockenes und ein feuchte Thermometer werden beblasen, wodurch die Verdunstungskälte gemessen wird –> Rückschluss auf die Feuchte
Aus welchem Material bestehen Fotowiderstände? Welche negative Eigenschaft weisen diese auf?
Halbleitermaterialien
Haben Memory Effekt und sind langsam
Was ist ein Diodenarraydetektor?
Mehrere 1000 Fotodioden (Sperrstrom abh. Von Beleuchtungsstärke) in linearer Anordnung zum Scannen der Lichtstärke im Raum
Welcher Sensor reagiert schneller: die Fotodiode oder Fototransistor?
Fotodiode
Wie funktioniert ein CCD Sensor?
Auftretende Photonen induzieren Elektroden welche in einem Kondensator gespeichert und detektiert werden –> pro Pixel ein Kondensator
Wie ist ein Fotomultiplier aufgebaut?
Ein System aus mehreren Fotokathoden, mit permanenten Spannungsabfall –> Photon schlägt ca. 2 Elektroden heraus, diese werden durch die Spannungsdifferenz immer weiter geschleunigt, schlagen bei der nächsten Kathode wieder mehr Elektroden heraus, wodurch sich diese Vervielfachen und messbar werden
Nennen Sie zumindest 5 Probleme chemischer Sensoren
Vergiftung des Sensors Nicht- lineare Kennlinien Korrosionsanfällig Hohe Temperaturabhängigkeit Verunreinigung der Messung
Wie funktioniert ein MOX-Gassensor?
Bestimmte Metalloxide sind Halbleiter, an denen es zur Absorption von Gasen kommen kann, was deren Widerstand verändert –> Detektion von oxidierbaren, bzw reduzierbaren Gase
Wie kann man die Selektivität von MOX-Sensoren beeinflussen?
Durch dieVerwendung bestimmter Metalloxide oder der Dotation von Edelmetallen
Was ist ein Pellistor?
Ein Pt Heizdraht umwickelt mit Al2O3 durch einen Katalysator kommt es zu einer exothermen Reaktion mit dem umhüllenden Gas, was zur Temperaturerhöhung des Drahtes und somit zur Änderung des Widerstandes führt, welche messbar ist
Wie funktioniert die Quarzmikrowaage als Gassensor?
An einem beschichteten schwingenden Quarz können sich Grammoleküle anlagern, wodurch sich die Schwungmasse und somit die Resonanzfrequenz verändern, was messbar ist
Beschreiben Sie das Prinzip eines FID
Flammenionisationsdetektor: Gase werden mit H2 verbrannt, wodurch es zu einer spezifischen Änderung der Leitfähigkeit kommt
Was ist das Prinzip der Lamda-Sonde und wozu wird sie verwendet?
Messung der Potentialdifferenz aufgrund des unterschiedlichen Sauerstoffgehalts von Autoabgasen und Luft (Nerst Gleichung) –> Sauerstoffdetektor, der erkannt, ab wann Abgase entstehen
Wie funktionieren spektroskopische Gassensoren?
Messung/Betrachtung von Absorptionsspektren durchleuchteter (mit bestimmter Wellenlänge sehr spezifisch) Gasgemische –> Fraunhoferlinien spezifisch für Gase
Was ist ein ChemFET? Wie funktioniert er?
Durch Beschichtung des Gates einer Feldeffekttransistors wird dieser selektiv für bestimmte Molekle
Nennen Sie jeweils ein Signal mit niedriger, mittlerer und hoher Dynamik
Niedrige Dynamik: Tagestemperaturschwankungen
Mittlere Dynamik: Single Ion Monitoring
Hohe Dynamik: Gaschromatografie
Welche typischen elektromagnetischen Störsignale treten häufig auf?
Hintergrundstrahlung durch Elektrosmog —> gesamter Hz Tz Bereich voller Störsignale
Welche Arten von Rauschen unterscheidet man?
Weißes Rauschen: zufällige, voneinander unabhängige Fehler
Rosa Rauschen: Rauschintensität nimmt mit Frequenz ab
Rotes Rauschen: Höherer Anteil bei niederen Frequenz (rot 🡪 niedrigere f)
Blaues Rauschen: Höherer Anteil bei höheren Frequenzen (blau 🡪 höhere f)
Wodurch wird das thermische Rauschen verursacht, wodurch das Quantenrauschen?
Thermisches Rauschen: durch Thermik sind Elektronen nie ganz still 🡪 Elektronenzittern
Quantenrauschen: Beteiligung von Elektronen an pn-Übergängen (quantenmechanischer Effekt)
Was ist Quantisierungsrauschen?
Ergibt sich als Folge der begrenzten Auflösung von A/D Wandlern
Welches Signal-Rauschverhältnis ist für eine Messung gerade noch akzeptabel?
Tbd
Wie kann man das Signal-Rauschverhältnis verbessern?
Durch mehrfaches Wiederholen einer Messung und Mittelung der Ergebnisse –> zufällige positive /negative Fehler –> löschen sich bei Addition selbst aus
Welche Größen müssen beim Entwurf eines Messinterfaces beachtet werden?
Amplitude Dynamik des Signals Signalfrequenzspektrum Störungen Innenwiderstand der Signalquelle
Was ist das Konzept eines Operationsverstärkers?
2 Eingänge (invertierend und nicht invertierend) und 1 Ausgang
Die Ausgangsspannung ergibt sich aus der Differenz der Eingangsspannungen und einem Verstärkungsfaktor
🡪 Verstärkung/Abschwächungen von Signalen
Was versteht man unter Gegenkopplung bzw. Mitkopplung?
Gegenkopplung: Rückführen des Signals vom Ausgang zum invertierenden Eingang 🡪 stabilisiert jedes System
Mitkopplung: Rückführen des Signals vom Ausgang zum nicht-invertierenden Eingang 🡪 destabilisiert jedes System
Welche Eigenschaften weist ein idealer Operationsverstärker auf?
Rin 🡪 unendlich Rout 🡪 0 Verstärkungsfaktor 🡪 unendlich Bandbreite 🡪 unendlich Eingangs-offset Spannung 🡪 0
Beschreiben Sie einen Spannungsfolger. Wozu dient er?
Einfachste gegengekoppelte Schaltung: Uin = Uout
🡪 Spannung bleibt gleich, allerdings kann die Signalquelle geschont werden, da erst nach dem Spannungsfolger Strom entnommen werden kann und nicht direkt bei der Quelle (Stromentnahme 🡪 Erwärmung)
Wie kann man analoge Integratoren und Differentiatoren bauen?
Differentiator: Invertierender Verstärker mit Kondensator am Eingangspfad
Integrator: Invertierender Verstärker mit Kondensator am Rückkopplungspfad
Welcher Art von Filterfunktion entspricht ein Integrator?
Low Pass filter - leitet niederfrequente Signale weiter, filtert hochfrequente
Wieso hat ein Instrumentenverstärker zwei Spannungsfolger als Eingang?
Nur die Differenz der Ausgangsspannungen der Spannungsfolger wird verstärkt –> Signal wird geschont
Wie funktioniert ein Schmitt-Trigger?
Mitkopplung erzeugt Hysterese, sodass klare Umschaltpunkte (UH, UL) erreicht werden (Schritt-Trigger)
Welche Dezimalzahl entspricht die Hexadezimalzahl $01DA?
Von rechts nach links: 111+1416+1*162 = 491
Was ist die hexadezimale Entsprechung der Dezimalzahl 129?
$0081
Was ist das Zweierkomplement? Welchen entscheidenden Vorteil bietet es?
Beste Methode zur Darstellung negativer Zahlen mit Bits: Inversion aller Bits der positiven Zahl und plus 1
Vorteile: 0 kommt nur 1x vor und selbe Rechenregeln für negative und positive Zahlen
Wozu dient die BCD-Kodierung?
Dezimalzahlen werden nicht direkt in das binäre System umgerechnet, sondern jede Ziffer wird einzeln durch ihren BCD Code hintereinander dargestellt (z.B. 127 🡪 1 2 7, mit entsprechender Codierung)
🡪 einfache Umwandlung, aber Verschwendung von Bits
Auf wieviele Dezimalstellen ist eine Double-precision-Zahl genau?
15 Stellen
Single Precision 7, extended 19
Woraus besteht eine Gleitkommazahl nach dem IEEE 754 Standard?
Bits 0-22 Mantisse (Ziffern hinter Komma)
Bits 23-30 Exponent (Ziffern vor Komma)
Bit 31 Vorzeichenbit
