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Lernmaterialien für Mess- und Regelungstechnik an der Hochschule Esslingen

Greife auf kostenlose Karteikarten, Zusammenfassungen, Übungsaufgaben und Altklausuren für deinen Mess- und Regelungstechnik Kurs an der Hochschule Esslingen zu.

TESTE DEIN WISSEN
Wann ist eine Regelung erforderlich?
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TESTE DEIN WISSEN

  • Die Regelung ist nötig, falls der Einfluss äußerer Störungen oder Parametervariationen groß ist und z. B. aus technischen Gründen oder Kostengründen nicht durch konstruktive Maßnahmen reduziert werden kann 
  • das System nicht ausreichend genau bekannt ist 

Beispiele für Störungen:  
  • Temperatur-Regelung  in einem Bioreaktor: Leistungseintrag  durch Rührer, Wärmeverlust an die Umgebung, Wärmeproduktion durch Zellen
  • pH-Regelung in einem Bioreaktor:
    Produktion von organischen  Säuren durch die Zellen
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Unterschied zwischen Regelung und Steuerung 
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Regelung 
  • Erfassung von Störungen 
  • Beeinflusst sich fortlaufend selbst
  • Geschlossener Wirkungsablauf 

Steuerung 
  • Keine Erfassung von Störungen 
  • Offener Wirkungsablauf 
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pH-Wechselarmatur
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  • Austausch einer Sonde während dem sterilen Prozess, sodass die Sterilität weiterhin erhalten bleibt. 
  • Über Dichtringe wird verhindert, dass Flüssigkeiten austreten können oder von außen was reinkommt 
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Optische Methode
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  • Die optische Methode basiert auf der Lumineszenzstrahlung eines Leuchtstoffes (Luminophor) und führt die Messung der Sauerstoffkonzentration auf eine reine physikalische Messung der Zeit zurück.
  • Ein Luminophor ist ein Stoff, der nachleuchtet, nachdem er zuvor mit kurzwelligerem Licht bestrahlt wurde. 
  • Bei geeigneter Wahl von Luminophor und Wellenlänge des anregenden Lichtes, ist sowohl die Intensität als auch das zeitliche Abklingverhalten der Lumineszenzstrahlung abhängig von der Sauerstoffkonzentration, die das Material umgibt. 
  •  Vorteile: benötigt  kein Elektolyt; Sonde ist sofort betriebsbereit
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Vom Messsignal zum PC: Die Messkette
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Wandlung einer nicht elektrischen Größe in ein elektrisches Signal bis zur Anzeige des Messwertes in ablesbarer Form beinhaltet:
 
  • Sensor: dient zur Umsetzung einer Messgröße   (z.B. Temperatur) in ein elektrisches Signal 
  • Messumformer: wandeln  die Messgrößen von Sensoren  in ein normiertes analoges, meist elektrisches Ausgangssignal um Ausgangssignal z.B. 4..20 mA oder 0..10  V 
  • Analog/Digital-Wandler: setzt  nach unterschiedlichen Methoden analoge Eingangssignale in digitale Daten (0 oder 1) um, die dann weiterverarbeitet oder gespeichert werden können

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Ziele der Prozessregelung
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  • verbesserte Reproduzierbarkeit - > verbesserte Produktqualität 
  • schnellere und kostengünstigere  Prozessvalidierung 
  • verbesserte Ausbeute - > Gewinnmaximierung 
  • Minimierung der Umweltbelastung 
  • Minimierung des Energiebedarfs 
  • verbesserte Sicherheit und Zuverlässigkeit  eines Prozesses
  • Sicherstellung der Betreibbarkeit eines  Prozesses

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Magnetisch Induktiver Durchflusssensor
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  • Faraday'schen Induktionsgesetz: In einem Leiter, der sich in einem Magnetfeld bewegt wird eine Spannung induziert. 
  • Beim magnetisch-induktiven Messprinzip entspricht der fließende Messstoff dem bewegten Leiter. 
  • Das Magnetfeld wird durch zwei Magnetspulen an beiden Seiten des Messrohres erzeugt. Senkrecht dazu befinden sich an der Rohrinnenwand zwei Messelektroden, welche die beim Durchfließen des Messstoffes erzeugte Spannung abgreifen. 
  • Die induzierte Spannung verhält sich proportional zur Durchflussgeschwindigkeit und damit zum Volumendurchfluss. 
  • Vorteile: unabhängig der physikalischen Eigenschaften des Mediums; keine Querschnittsänderung; kein Druckabfall; keine bewegten mech. Teile 
  • Nachteile: benötigt Mindestleitfähigkeit; auf wässrige Lösungen beschränkt
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Anforderungen für Sensoren
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  • Verwendung qualifizierter, physiologisch unbedenklicher Materialien
  • Vermeidung von Schlitzen, Ecken, Löcher, Toträumen 
  • Verwendung elektropolierter Materialien 
  • Leicht zu reinigen 
  • Sterilisierbar 
  • Verwendung von selbstentleerenden Konstruktionen 
  • Vermeidung von ringförmigen Toträumen
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Begriffsdefinitionen für Sensoren und Geräte in der Prozessanalytik
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  • inline: Messgrößen können unmittelbar im System erfasst werden, z.B. pH-Messung im Bioreaktor 
  • online: Probe wird automatisch entnommen, automatisch in ein externes Messgerät transportiert und zeitnah analysiert 
  • atline: Probe wird manuell oder automatisch entnommen und manuell zeit-und ortsnah in externem Messgerät analysiert 
  • offline: Probe wird manuell oder automatisch entnommen und in externem Messgerät (meist nicht ortsnah in einem anderen Labor) mit einer größeren zeitlichen Verzögerung analysiert (Verzögerung  z.B.  durch Probenaufbereitung) 
  • in-situ: Messgerät/Sensor  befindet sich im Bioreaktor  
  • ex-situ: Messgerät/Sensor befindet sich außerhalb des Bioreaktors
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Füllmengenmessung auf Basis einer Differenzdruckmessung
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  • Genauigkeit ca. +- 6mm 
  • Vorteile: unabhängig  vom Gasgehalt der Flüssigkeit; auch für große Behälter einsetzbar 
  • Nachteile: Druckschwankungen im Kessel (z.B. aufgrund der Begasung) beeinflussen die Messung; Abhängigkeit von der Dichte
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Differenzdruck
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  • Aus der Druckdifferenz lässt sich der Durchfluss bestimmen.
  • Vorteile: einfache Handhabung; weiter Einsatzbereich
  • Nachteile: Druckverlust durch Verengung; Abhängigkeit von der Dichte
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Funktionsweise der pH-Elektrode
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  • Kernstück einer pH-Elektrode ist eine Glasmembran aus einem speziellen pH-selektiven Glas 
  • Dieses Glas reagiert  mit Feuchtigkeit oder Wasser und bildet an der Oberfläche eine hauchdünne, nicht sichtbare wasserhaltige Quellschicht.
  • Diese Gel-oder Quellschicht ist pH-selektiv und tritt mit den H+-Ionen der Messlösung in Wechselwirkung und kann als selektive Barriere betrachtet werden: nur H+-Ionen gelangen in die Quellschicht, alle anderen Ionen nicht. 
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  • 24961 Karteikarten
  • 685 Studierende
  • 2 Lernmaterialien

Beispielhafte Karteikarten für deinen Mess- und Regelungstechnik Kurs an der Hochschule Esslingen - von Kommilitonen auf StudySmarter erstellt!

Q:
Wann ist eine Regelung erforderlich?
A:

  • Die Regelung ist nötig, falls der Einfluss äußerer Störungen oder Parametervariationen groß ist und z. B. aus technischen Gründen oder Kostengründen nicht durch konstruktive Maßnahmen reduziert werden kann 
  • das System nicht ausreichend genau bekannt ist 

Beispiele für Störungen:  
  • Temperatur-Regelung  in einem Bioreaktor: Leistungseintrag  durch Rührer, Wärmeverlust an die Umgebung, Wärmeproduktion durch Zellen
  • pH-Regelung in einem Bioreaktor:
    Produktion von organischen  Säuren durch die Zellen
Q:
Unterschied zwischen Regelung und Steuerung 
A:
Regelung 
  • Erfassung von Störungen 
  • Beeinflusst sich fortlaufend selbst
  • Geschlossener Wirkungsablauf 

Steuerung 
  • Keine Erfassung von Störungen 
  • Offener Wirkungsablauf 
Q:
pH-Wechselarmatur
A:
  • Austausch einer Sonde während dem sterilen Prozess, sodass die Sterilität weiterhin erhalten bleibt. 
  • Über Dichtringe wird verhindert, dass Flüssigkeiten austreten können oder von außen was reinkommt 
Q:
Optische Methode
A:
  • Die optische Methode basiert auf der Lumineszenzstrahlung eines Leuchtstoffes (Luminophor) und führt die Messung der Sauerstoffkonzentration auf eine reine physikalische Messung der Zeit zurück.
  • Ein Luminophor ist ein Stoff, der nachleuchtet, nachdem er zuvor mit kurzwelligerem Licht bestrahlt wurde. 
  • Bei geeigneter Wahl von Luminophor und Wellenlänge des anregenden Lichtes, ist sowohl die Intensität als auch das zeitliche Abklingverhalten der Lumineszenzstrahlung abhängig von der Sauerstoffkonzentration, die das Material umgibt. 
  •  Vorteile: benötigt  kein Elektolyt; Sonde ist sofort betriebsbereit
Q:
Vom Messsignal zum PC: Die Messkette
A:
Wandlung einer nicht elektrischen Größe in ein elektrisches Signal bis zur Anzeige des Messwertes in ablesbarer Form beinhaltet:
 
  • Sensor: dient zur Umsetzung einer Messgröße   (z.B. Temperatur) in ein elektrisches Signal 
  • Messumformer: wandeln  die Messgrößen von Sensoren  in ein normiertes analoges, meist elektrisches Ausgangssignal um Ausgangssignal z.B. 4..20 mA oder 0..10  V 
  • Analog/Digital-Wandler: setzt  nach unterschiedlichen Methoden analoge Eingangssignale in digitale Daten (0 oder 1) um, die dann weiterverarbeitet oder gespeichert werden können

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Q:
Ziele der Prozessregelung
A:
  • verbesserte Reproduzierbarkeit - > verbesserte Produktqualität 
  • schnellere und kostengünstigere  Prozessvalidierung 
  • verbesserte Ausbeute - > Gewinnmaximierung 
  • Minimierung der Umweltbelastung 
  • Minimierung des Energiebedarfs 
  • verbesserte Sicherheit und Zuverlässigkeit  eines Prozesses
  • Sicherstellung der Betreibbarkeit eines  Prozesses

Q:
Magnetisch Induktiver Durchflusssensor
A:
  • Faraday'schen Induktionsgesetz: In einem Leiter, der sich in einem Magnetfeld bewegt wird eine Spannung induziert. 
  • Beim magnetisch-induktiven Messprinzip entspricht der fließende Messstoff dem bewegten Leiter. 
  • Das Magnetfeld wird durch zwei Magnetspulen an beiden Seiten des Messrohres erzeugt. Senkrecht dazu befinden sich an der Rohrinnenwand zwei Messelektroden, welche die beim Durchfließen des Messstoffes erzeugte Spannung abgreifen. 
  • Die induzierte Spannung verhält sich proportional zur Durchflussgeschwindigkeit und damit zum Volumendurchfluss. 
  • Vorteile: unabhängig der physikalischen Eigenschaften des Mediums; keine Querschnittsänderung; kein Druckabfall; keine bewegten mech. Teile 
  • Nachteile: benötigt Mindestleitfähigkeit; auf wässrige Lösungen beschränkt
Q:
Anforderungen für Sensoren
A:
  • Verwendung qualifizierter, physiologisch unbedenklicher Materialien
  • Vermeidung von Schlitzen, Ecken, Löcher, Toträumen 
  • Verwendung elektropolierter Materialien 
  • Leicht zu reinigen 
  • Sterilisierbar 
  • Verwendung von selbstentleerenden Konstruktionen 
  • Vermeidung von ringförmigen Toträumen
Q:
Begriffsdefinitionen für Sensoren und Geräte in der Prozessanalytik
A:
  • inline: Messgrößen können unmittelbar im System erfasst werden, z.B. pH-Messung im Bioreaktor 
  • online: Probe wird automatisch entnommen, automatisch in ein externes Messgerät transportiert und zeitnah analysiert 
  • atline: Probe wird manuell oder automatisch entnommen und manuell zeit-und ortsnah in externem Messgerät analysiert 
  • offline: Probe wird manuell oder automatisch entnommen und in externem Messgerät (meist nicht ortsnah in einem anderen Labor) mit einer größeren zeitlichen Verzögerung analysiert (Verzögerung  z.B.  durch Probenaufbereitung) 
  • in-situ: Messgerät/Sensor  befindet sich im Bioreaktor  
  • ex-situ: Messgerät/Sensor befindet sich außerhalb des Bioreaktors
Q:
Füllmengenmessung auf Basis einer Differenzdruckmessung
A:
  • Genauigkeit ca. +- 6mm 
  • Vorteile: unabhängig  vom Gasgehalt der Flüssigkeit; auch für große Behälter einsetzbar 
  • Nachteile: Druckschwankungen im Kessel (z.B. aufgrund der Begasung) beeinflussen die Messung; Abhängigkeit von der Dichte
Q:
Differenzdruck
A:
  • Aus der Druckdifferenz lässt sich der Durchfluss bestimmen.
  • Vorteile: einfache Handhabung; weiter Einsatzbereich
  • Nachteile: Druckverlust durch Verengung; Abhängigkeit von der Dichte
Q:
Funktionsweise der pH-Elektrode
A:
  • Kernstück einer pH-Elektrode ist eine Glasmembran aus einem speziellen pH-selektiven Glas 
  • Dieses Glas reagiert  mit Feuchtigkeit oder Wasser und bildet an der Oberfläche eine hauchdünne, nicht sichtbare wasserhaltige Quellschicht.
  • Diese Gel-oder Quellschicht ist pH-selektiv und tritt mit den H+-Ionen der Messlösung in Wechselwirkung und kann als selektive Barriere betrachtet werden: nur H+-Ionen gelangen in die Quellschicht, alle anderen Ionen nicht. 
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