Hier stehen die Punkte, um die es in diesem Teil geht. Es geht nicht darum, was du dir zutraust, sondern darum, wo dir das schon begegnet ist: im Betrieb, privat oder in einem früheren Lernfeld. Das ist keine Bewertung. Es hilft dir bei der Planung, und am Ende des Teils siehst du in deinem Kompetenzmodell, was sich verschoben hat.

• Steckbrett, ESP32, Labornetzgerät als 24-V-Hilfsspannung, Shunt 0,1 Ω, Widerstandssortiment E24
• Den Projektauftrag mit dem Prüfstandsblatt
• Die Lernangebote Aufgabe 1.1 bis Aufgabe 1.4
• Das Datenblatt des ESP32-WROOM-32, Abschnitt „ADC characteristics“
• Zwei Digitalmultimeter und eine Tabellenkalkulation für die Fehlerrechnung
• Die Wissensspeicher-Vorlage

1. Messbereiche festlegen
   Stelle für alle vier Kanäle des MSM-1 zusammen, welche Spannung am Sensor entsteht und welche der Umsetzer verträgt: Hilfsspannung 24 V, Shunt, NTC-Teiler, Brückenverstärker. Lege je Kanal Eingangs- und Ausgangsbereich fest.
2. Teiler dimensionieren
   Die Hilfsspannung hat 24 V, überwacht wird sie bis 28 V, damit auch eine Überspannung sichtbar wird. Berechne das Teilerverhältnis so, dass bei 28 V höchstens 2,45 V am Umsetzer anliegen, die Obergrenze des empfohlenen Bereichs. Wähle R₁ und R₂ aus der Reihe E24 und rechne die tatsächliche Ausgangsspannung zurück.
3. Querstrom und Verlustleistung
   Bestimme den Querstrom, die Verlustleistung in jedem Widerstand und wähle die Bauform. Überlege, ob ein möglichst kleiner Querstrom hier die beste Lösung ist.
4. Quellwiderstand bestimmen
   Berechne den Innenwiderstand des Teilers aus Sicht des Umsetzers. Vergleiche ihn mit dem, was das Datenblatt des ESP32 zum Eingang sagt, und halte fest, was du dort findest und was nicht.
5. Belastung nachweisen
   Belaste den Teilerausgang nacheinander mit 100 kΩ, 10 kΩ, 1 kΩ und 100 Ω. Miss die Ausgangsspannung und vergleiche sie mit der Rechnung über die Ersatzspannungsquelle. Trage U_a über R_L auf.
6. Toleranz rechnen
   Ermittle den Bereich, in dem U_a bei ±1 % und bei ±5 % Bauteiltoleranz liegen kann. Rechne das Ergebnis in Digit des Umsetzers um und in Prozent vom Nennwert.
7. Kennlinie des Umsetzers aufnehmen
   Speise mit dem Labornetzgerät 0 V bis 3,0 V ein und lass den ESP32 in 100-mV-Schritten mitschreiben. Trage die Abweichung von der Ideallinie auf. Prüfe, ob dein Exemplar den empfohlenen Bereich einhält, und beziffere, wie weit es außerhalb davon abweicht.
8. Den Fehler finden
   Schalte zwischen Quelle und Umsetzer nacheinander 1 kΩ, 10 kΩ, 47 kΩ und 100 kΩ. Vergleiche den Wert des Umsetzers mit dem Multimeterwert. Ab welchem Quellwiderstand wird der Fehler sichtbar? Erkläre ihn mit deinem Ergebnis aus Aufgabe 1.3 c.
9. Strommesszweig auslegen
   Lege den Shunt für den Lastkreis des Prüfstands aus: Welche Spannung entsteht bei 0,5 A und bei 1,5 A, welche Verlustleistung fällt an? Rechne zum Vergleich die Anlagenvariante mit Stromwandler 50 A1 A und wähle dort den Bürdenwiderstand.
10. Messunsicherheit bilanzieren
    Fasse alle Beiträge zusammen: Bauteiltoleranz, Nichtlinearität des Umsetzers, Rauschen, Quellwiderstandsfehler. Gib den Messwert der Hilfsspannung mit einer belastbaren Unsicherheit an.
11. Ergebnis sichern
    Wissensspeicher-Blatt ausfüllen, alle Rechenwege und Messprotokolle in die Projektakte, Kanalbelegung des ESP32 dokumentieren.

Die Lernschritte 1, 7, 8 und 10 haben kein eigenes Lernangebot. Sie werden im Messprotokoll und in der Projektakte dokumentiert und in der Abnahme geprüft.

Leistungsanpassung. Nimm an einer Quelle mit bekanntem Innenwiderstand die Kurve P(R_L) auf, der ESP32 kann die Messreihe selbst aufzeichnen. Bei welchem Lastwiderstand ist die abgegebene Leistung am größten, bei welchem der Wirkungsgrad? Begründe, warum Leistungsanpassung in der Messtechnik ein Fehler und in der Antennentechnik eine Notwendigkeit ist.

Der Teil gilt erst als fertig, wenn der Auftraggeber alle Punkte abnimmt:

• Für alle vier Kanäle sind Eingangs- und Ausgangsbereich festgelegt und begründet.
• Der 24-V-Teiler ist für den Messbereich bis 28 V berechnet, aus E24 gewählt und zurückgerechnet; die tatsächliche Ausgangsspannung ist für 24 V und 28 V angegeben.
• Querstrom, Verlustleistung und Bauform sind bestimmt.
• Der Quellwiderstand ist berechnet und gegen das ESP32-Datenblatt bewertet.
• Die Messreihe U_a über R_L liegt vor und stimmt im Rahmen der Toleranz mit der Rechnung über die Ersatzquelle überein.
• Der Toleranzbereich ist in Volt, in Prozent und in Digit des Umsetzers angegeben.
• Die Kennlinie des Umsetzers ist aufgenommen und die Abweichung von der Ideallinie dargestellt.
• Der Quellwiderstandsfehler ist gemessen, beziffert und physikalisch erklärt.
• Der Shunt ist dimensioniert; die Anlagenvariante mit Stromwandler ist gegengerechnet.
• Die Messunsicherheitsbilanz ist vollständig; der Messwert wird mit Unsicherheit angegeben.
• Das Wissensspeicher-Blatt ist vollständig.

Ein Blatt „Spannungsteiler und Quellwiderstand“: Formeln für den unbelasteten und den belasteten Teiler, die Ersatzspannungsquelle mit dem Vorgehen zur Bestimmung von U₀ und R_i, das Rechenschema für die Messbereichsanpassung, die E-Reihen-Tabelle und ein Merksatz zum Zusammenhang zwischen Quellwiderstand und Messfehler.

Zusätzlich: eine Faustformel, die du dir merken willst, und daneben, warum sie gilt.

• Der Umsetzer des ESP32 wird als linear angenommen. Nimm seine Kennlinie auf, bevor du ihm einen Messwert glaubst.
• Der Shunt wird in die Plusleitung gelegt und dann gegen Masse gemessen. Ein Shunt in der Rückleitung lässt sich einfach messen, einer in der Zuleitung braucht einen Differenzverstärker.
• Am Steckbrett werden die Messleitungen quer über das Brett gelegt. An einem hochohmigen Knoten fängt jeder Zentimeter Draht Störungen ein.