Differentielle Messtechnik

Was versteht man unter differentieller Messtechnik?

Bei der differentiellen Messtechnik erfolgt die Sigalübertragung nicht über ein einzelnes Signal, bestehend aus einem Absolutwert, sondern über zwei Signale: der zu übertragende Wert (Signal Out) entspricht dabei der Differenz dieser beiden Potentiale. Das Gegenteil der differentiellen Mestechnik ist die Single-ended-Technologie, bei der nur ein einziges Signal übertragen wird. Dabei wird der Absolutwert gegen Masse ermittelt.

Welches sind die Vor- und Nachteile der differentiellen Messtechnik?

Der große Vorteil der differentiellen Messtechnik gegenüber der Single-ended-Technologie besteht in ihrer deutlich reduzierten Anfälligkeit gegenüber Störgrößen. Jedes einzelne Signal der differentiellen Übertragung ist gleichermaßen gegenüber Störgrößen anfällig und kann, der Störung entsprechend, einen verfälschten Absolutwert annehmen. Die Differenz der beiden gestörten Signale entspricht dem zu übermittelnden Signal (Signal Out) und wird dabei selbst nicht beeinflusst, da beide Signale in genau demselben Maß verfälscht werden. Eine Grafik (s.u.) veranschaulicht dies. 

Der Nachteil dieser Art der Signalübertragung besteht in dem höheren technischen Aufwand: sämtliche Komponenten müssen auf diese Technologie ausgelegt sein.

Welche Komponenten werden für eine differentielle Messkette mit piezoelektrischen Sensoren benötigt?

Eine differentielle Messkette besteht aus differentieller Sensorik, entsprechenden Kabellösungen und differentiellen Ladungsverstärkern. Piezoelektrische Sensoren generieren den zu messenden physikalischen Größen entsprechende Ladungssignale. Dabei wird stets die gleiche Menge an positiver und negativer Ladung am piezoelektrischen Material polarisiert.  

Bei einem differentiellen piezoelektrischen Sensor werden nun beide Ladungssignale, die positiven wie auch negativen, erfasst. In einem weiteren Schritt werden diese zu einem differentiellen Ladungsverstärker geleitet, wo die Differenz gebildet wird und die Umwandlung in ein Signal (Spannung, Strom, IEPE, etc.) erfolgt, das weiterverarbeitet werden kann.

Wo findet die differentielle Messtechnik typischerweise Anwendung?

Die differentielle Messtechnik wird insbesondere in anspruchsvollen Bereichen eingesetzt, wo höchste Zuverlässigkeit und Auflösung gefragt sind und in Umgebungen mit hohem elektromagnetischem Störpotential. Typische Anwendungsgebiete sind die Thermoakustik, wie beispielsweise die Überwachung von Gasturbinen, oder die Optimierung von industriellen Brennern mittels akustischer Thermometrie.