Einführung

Basiseinheiten

Die Einheiten im TC3 Scope sind an das SI-Einheitensystem angelehnt. Dabei werden hier sowohl die sieben Standard-SI-Einheiten als auch alle Einheiten, die aus dem Produkt beliebiger Potenzen dieser sieben Standard-SI-Einheiten abgeleitet werden können, als Basiseinheiten bezeichnet. Diese Basiseinheiten werden im TC3 Scope über eindeutige Enum-Werte codiert. Dazu werden für jeden Potenzwert der Basiseinheiten vier Bit als signed-Wert interpretiert und zu einer 32-Bit-Ganzzahl (Int32) zusammengefügt, sodass beliebige (nur durch die Größe des Datentyps begrenzte) abgeleitete Einheiten gebildet werden können. Jede Stelle des Enum-Wertes steht für eine der Grundeinheiten, sodass sich eine Einheit bei einem Enum-Wert von „0xabcdefgh“ aus der folgenden Formel ergibt:

E = Angle^a * Luminous Intesity^b * Amount of Substance^c * Temperature^d * Current^e *  Time^f *  Mass^g * Length ^h

Die nachfolgende Tabelle zeigt die Basiswerte für die Berechnung der abgeleiteten Einheiten.

Zusätzlich zu den sieben Standard-SI-Einheiten sind hier zwei weitere Einheiten aufgelistet, die für den praktischen Gebrauch relevant sind. Dabei handelt es sich zum einen um die „Unit of One“ für dimensionslose Größen, die auch gleichzeitig als Default-Wert dient, wenn keine andere Einheit eingestellt wurde. Zum anderen wird der Winkel mit berücksichtigt, da es einige Einheiten gibt, wie zum Beispiel die Winkelgeschwindigkeit oder den Raumwinkel, die sich aus Potenzen des Winkels zusammensetzen, obwohl dieser eigentlich auch dimensionslos ist. Eine weitere Besonderheit stellt die Masse mit ihrer SI-Einheit Kilogramm dar. Denn sie enthält im Gegensatz zu den anderen SI-Einheiten schon in ihrer Grundform ein Präfix. Um Skalierungen mithilfe von Präfixen durchführen zu können, wird im TC3 Scope View bei der Einheit Masse daher von Gramm statt Kilogramm ausgegangen. Für die abgeleiteten Einheiten wird der Masseanteil allerdings trotzdem als Kilogramm dargestellt, da die Definitionen anderenfalls nicht mehr passen würden.

Um aus diesen Basiswerten abgeleitete Einheiten zu bilden, müssen die Potenzen der Standard‑SI‑Einheiten entsprechend multipliziert werden. Wenn beispielsweise eine Kraft in Newton abgebildet werden soll, gilt: N = m¹ * kg¹ * s^-2, sodass sich daraus der Enum-Wert 0x00000E11 ergibt. Dabei steht das E für die Potenz „-2“, was sich aus der Darstellung als Zweierkomplement im Hexadezimalsystem ergibt. Im Folgenden sind alle abgeleiteten Basiseinheiten aufgelistet, die im TC3 Scope bereits vordefiniert sind.

Mittels der Enum-Werte können beliebige andere Basiseinheiten gebildet werden (siehe auch Konfiguration von Einheiten mithilfe von SPS-Attributen).

Um eine Einheit vollständig abzubilden und die Messwerte anschließend passend zu skalieren, ist die Angabe der Basiseinheit jedoch nicht ausreichend. Es müssen daher weitere Parameter angegeben werden: ein Skalierungsfaktor, ein Offset und ein Präfix. Der Skalierungsfaktor und der Offset dienen der Umrechnung der Rohwerte in die entsprechende Einheit. Das Präfix gibt die Möglichkeit eine Einheit mittels Zehnerpotenzen zu skalieren. Die folgenden Präfixe stehen dabei zur Verfügung. Wenn beispielsweise „milli“ als Präfix ausgewählt wird, wird die jeweilige Einheit durch 10^-3 geteilt, sodass eine automatische Anpassung der Skalierung erfolgt.

Transformationen

Im Anwendungsgebiet der Messtechnik kommt es häufig vor, dass eine SI-Einheit in eine andere SI‑Einheit umgewandelt werden muss. Das ist zum Beispiel dann der Fall, wenn mithilfe eines Sensors und einer Feldbusklemme eine Beschleunigung gemessen wird. Gemessen werden zunächst Spannungen oder Ströme, die Aufschluss auf die Beschleunigung geben sollen. Aus diesem Grund sieht das TC3 Scope auch Transformationen von einer SI-Einheit in eine andere SI-Einheit vor. Eine solche Transformation ist definiert durch eine Ursprungsgröße (Source Unit), eine Zielgröße (Target Unit), einen Skalierungsfaktor zur Umrechnung und einen Namen.

Beispiel:

• Ursprungsgröße: Voltage
• Zielgröße: Acceleration
• Skalierungsfaktor: 0.101937
• Name: Beschleunigungssensor

Benutzereinheiten

Neben dem SI-Einheitensystem gibt es noch weitere Einheitensysteme (CGS-Einheitensystem, angloamerikanisches Maßsystem, …), die teilweise auch in der Praxis Anwendung finden. Um auch solche Einheiten abbilden zu können, sieht das TC3 Scope sogenannte Benutzereinheiten (User Units) vor, in die die Basiseinheiten umgewandelt werden können. Eine Benutzereinheit ist definiert durch ihre zugehörige Basisgröße, den Namen und das Symbol der Benutzereinheit, einen Skalierungsfaktor und ein Offset zur Umrechnung sowie ein Präfix. Für die Benutzereinheit Gravitation (g) ergeben sich beispielsweise die folgenden Werte:

• Basisgröße: Acceleration
• Name: Gravity
• Symbol: g
• Skalierungsfaktor: 1 / 9,81
• Offset: 0
• Präfix: none

Resultierende Einheit

Eine Einheit im TC3 Scope kann sich folglich aus den drei Elementen Basiseinheit, Transformation und Benutzereinheit zusammensetzen, je nachdem was im spezifischen Anwendungsfall benötigt wird. Angezeigt wird jedoch immer die resultierende Einheit. Wenn also als Basisgröße eine Spannung vorliegt, die dann über eine Transformation in eine Beschleunigung in m/s² und von da aus mithilfe einer Benutzereinheit in g umgewandelt wird, dann werden die Messdaten mit den Skalierungsfaktoren und Offsets verrechnet und das Resultat ist die Beschleunigung in g.

Die folgende Abbildung zeigt, wie die resultierende Einheit im Eigenschaftenfenster dargestellt wird:

Wenn vorhanden, wird zunächst das Symbol des Präfixes angezeigt. Dahinter steht das Symbol der Einheit und anschließend in Klammern die Messgröße. Neben der Anzeige im Fenster Properties tauchen die Einheiten außerdem in den Tooltips, die beim Anklicken eines Datenpunkts erscheinen, auf (siehe Abbildung) und werden im Marker Window angezeigt.