PCs zur Messwerterfassung

270-250 Personalcomputer (PCs) zur Messwerterfassung
und Messdatenverarbeitung in der Chemie (VO, UE)

(zuletzt unter LV-Nummer 270-192, davor 856-150)

Lektor Mag. Johannes THEINER

Dreistündige Lehrveranstaltung mit Vorlesungs- und Übungselementen

Die Lehrveranstaltung ist im Master-Curriculum im Modul
"PC-4: Komputative Physikalische Chemie" als Übungsblock
(immanenter Prüfungscharakter) verankert.

Zusätzlich zur Vorbesprechung der Masterstudien findet eine
Vorbesprechung für das Wintersemester 2013/14
am Freitag, 4. Oktober 2012, um 9:15 im
Seminarraum des Institut für Physikalische Chemie statt.

Bitte tragen Sie sich über

ein.

Wir werden uns in auch mit dem kommerziellen Softwarepaket LabView von National Instruments befassen, das über die Universität Wien auch als Studentenlizenz verfügbar ist.

kurzer Inhaltsüberblick:

Grundkonzepte der Digitalisierung,
Digitale Erfassung und Verwaltung von Messdaten,
Wesentliche Algorithmen der digitalen Messwertverarbeitung
Anwendungsbeispiele, u.a. Regelung

Lehrstoff

Voraussetzungen

Leistungsbeurteilung

Literatur:

Es kann keine Literatur angegeben werden. Der Lehrstoff ist wesentlich zwischen den Fachbereichen Elektronik, Informatik und verschiedenen Applikationen situiert.

Warum Sie sich mit dieser Thematik auseinandersetzen sollten:

Fast ausschließlich digitale Messverfahren werden in der modernen Physikalischen Chemie und in der instrumentellen Analytik, sowie den meisten chemischen und physikalischen Arbeitsbereichen eingesetzt. Der Anwender ist im allgemeinen nicht darauf vorbereitet, die spezifischen Eigenschaften solcher Mess-Systeme zu durchschauen. Systematische Fehler können sowohl durch fehlerhafte Messung als auch durch "naive" Anwendung von Algorithmen auf die Datensätze eingebracht werden.

Das grundlegende Verständnis für Messverfahren und Auswertealgorithmen ist daher ein wichtiger Ausbildungsinhalt eines akademischen Naturwissenschaftlers unserer Zeit. Im Bereich der chemischen Fachrichtugen ist die Physikalische Chemie seit ihrer Begründung mit Themen der Messung und Korrelation von chemischen und physikalischen Eigenschaften befasst und muss daher auch die Vermittlung der Grundprinzipien digitaler Messung in der Ausbildung anbieten.

Ich befasse mich seit 1985 mit praktischen Aspekten digitaler Messwerterfassungssysteme. Das Programmpaket S.C.A.D.A ist im Rahmen meiner Arbeit entstanden. Obwohl diese Software in der inzwischen "überholten" Systemumgebung von DOS gebunden ist, ermöglicht dieses Werkzeug einen transparenten Zugang in diese Materie.

I. Allgemeine Grundlagen
*Inhalt:*
	Was ist Analog? Was ist Digital? digitale Ziffern digitale Wörter Zahlen das Binärsystem Grundelemente eines Computers CPU Clock Bussystem Memory (ROM, ..ROM, RAM) I/O-Ports Datenträger Elementare Funktionen eines Computers Betriebssyteme Interrupts Schnittstellen Netzwerke *Praktische Demonstration an Hardware-Komponenten* Demonstrationsprogramm zu digitalen Binärformaten Demonstrationsprogramm zur Mandelbrotmenge
II. Messwerterfassung
	die Analog/Digital Schnittstelle Bits als Schalter Digital/Analog Wandlung (DACs) Digitale Funktionsgeneratoren Powerpoint-Präsentation zur Digital-Anaolg-Konversion Analog/Digital Wandlung (ADCs) Powerpoint-Präsentation zur Anaolg-Digital-Konversion
	Wichtige Eigenschaften eines digitalen Mess-Systems Echtzeitverarbeitung Systemträgheit vs. Abtastrate der Aliasing-Effekt *praktische Demonstration an verschiedenen digitalen Messanlagen*
	Erfassung digitaler Messdaten Meßdatensätze ASCII-Tabellen strukturierte ASCII-Dateien (z.B. JCAMP) binäre Dateien Kompression und Redundanz *Beispiele und praktische Übungen am Programm S.C.A.D.A,* *Umwandlung und Vergleich verschiedener Datenformate*
III. Messwertverarbeitung
	*praktische Beispiele werden anhand des Programmpaketes S.C.A.D.A,* *der Tabellenkalkulation MS-Excel sowie diverser andererSoftwarepakete durchgeführt.*
	Messwertausgabe digitale Anzeige "analoge" graphische Ausgabe
	Datenglättung gleitende Mittelwerte gewichtete gleitende Mittelwerte Savitzky-Golay Glättung Adaptive Glättung
	Numerische Methoden Differentialrechnung Integration Trapezmethode Simpson-Näherung Ausgleichsrechnung lineare Regression, Geraden und Polynomregression nichtlineare Ausgleichsrechnung, Deconvolution Freiformkurven, kubische B-Splines
	Fourier-Transformation Grundprinzipien DFT vs. FFT Beziehung Zeit<=> Frequenz Physikalische Bedeutung der Amplitudenspektren Bedeutung der Phasenbeziehungen Transferfunktionen FFT als Basis moderner Spektroskopie Powerpoint-Präsentation zur FFT
	Digitale Regelung Schema eines analogen Reglers am Beispiel des Thermostaten Ansatz für einen digitalen P-Regler Grundlage des PID-Reglers Powerpoint-Präsentation zur digitalen PID-Regelung
	FUZZY-Logik Grundprinzip der Fuzzy-Sets Linguistische Variable Fuzzy-Regler
	Mustererkennung Datenvergleich Prinzipien der Ähnlichkeit Bibliothekssuche
	Projektorganisation und Qualitätssicherung Methodenauswahl begleitende Dokumentation Archivierung
*Leistungsbeurteilung:*
	Zu den theoretischen Inhalten wird am Ende des Semesters eine mündliche Prüfung abgehalten. Im Rahmen dieses Prüfungsgespräches werden auch die bei den praktischen Beispielen protokollierten Ergebnisse diskutiert und beurteilt.
*Voraussetzungen:*
	Grundsätzlich werden keine Antrittsbedingungen überprüft. Es empfiehlt sich jedoch, dass die Teilnehmer den ersten Studienabschnitt des Chemiestudiums oder einer anderen naturwissenschaftlichen Studienrichtung abgeschlossen haben. Grundlegende Kenntnisse im Umgang mit einem PC unter Windows sind erforderlich, elementare Begriffe werden im Teil I der Lehrveranstaltung diskutiert.
*... und ein besonderes Angebot:*
	Aufgrund der Stellung dieser Lehrveranstaltung im Studienplan und dem voraussichtlich überschaubaren Teilnehmerkreis besteht die Möglichkeit, auf konkrete Fragestellungen einzugehen bzw. daraus exemplarische Beispiele für die Übungen zu entwickeln. Um die erforderliche Vorbereitung zu ermöglichen bitte ich, solche Anliegen möglichst bereits bis zur Vorbesprechung bei mir zu nennen.

Näheres erfahren Sie bei J. THEINER

Universität Wien
Dekanat der Fakultät für Chemie
Währinger Str. 42
A-1090 WIEN
Tel: (+43-1) 4277/52010 oder 52500
mobil: (+43-664) 60277/52010
Fax: (+43-1)319-18-17

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