Forum: Digitale Signalverarbeitung / DSP / Machine Learning Analyse Messgleichung


von Peter F. (iak_b)


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Hallo Zusammen!

Ich denke im Bereich DSP bin ich thematisch nah an meinem Problem dran, 
deshalb poste ich mal hier.


Also, ich such mir seit 2 Tagen, finde aber nicht den richtigen Begriff 
für mein Problem.

Ich möchte eine Gasmasse bestimmen. Ich kenne das Volumen, der Druck und 
die Temperatur wird gemessen, entsprechdend ergibt sich (für ideales 
Gas, ist in dem betrachteten Bereich für das verwendete Gas annehmbar):

m = p*V/(R*T);

Ich möchte die Messgleichung jetzt analysieren. Ich messe stationär, 
und mittle nach x Samples. Da ich davon ausgehen das ich zufällige 
Fehler rausmittle intressiert mich der Einfluss von systematischen 
Fehlern in den Messgrößen und dem Volumen.

Erster Gedanke ist jetzt natürlich, einfach die partiellen Ableitungen 
nach den Größen zu bilden.
Also zum Beispiel für den Druck:

dm/dp = V/(R*T)

Jetzt ist mein Gradient neben der Temperatur bei der ich Messe auch 
abhängig von ungünstigen kombinationen von systematischen Fehlern. Also 
zum Beispiel wenn das Volumen zu groß ermittelt wurde und die Temperatur 
einen negativen Offset hat.

Ich finde einfach nicht den Begriff in der Literatur für mein Problem. 
Ich hab in dem Buch "Statistische Versuchsplanung (Springer)" mal ein 
bisschen was über die Sensitivätsanalyse gelesen. Das scheint mir aber 
kein Werkzeug für mein Problem zu sein, da diese laut Author den 
zusammenhang zwischen Varianz der Eingangsgrößen (Messgrößen) zu der 
Varianz der Ausgangsgröße bewertet.

Ich Danke euch schonmal für die Hilfe!

: Bearbeitet durch User
von foo (Gast)


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>m = p*V/(R*T);
So bekommst du aber nur die Anzahl der Mole. Wenn du die Masse bestimmen 
willst brauchst du noch die Molmasse.

>Erster Gedanke ist jetzt natürlich,
> einfach die partiellen Ableitungen
> nach den Größen zu bilden.
> Also zum Beispiel für den Druck:
>
> dm/dp = V/(R*T)

Einfach ist da nichts, zumindest für Anfänger.
Wie man sieht.
Ich empfehle dir ein Lehrbuch der pysikalischen Chemie, Abschnitt 
Thermodynamik, Gasgesetze.
Zur Einstimmung kannst du ja hier ein bischen lesen: 
https://de.wikipedia.org/wiki/Thermische_Zustandsgleichung_idealer_Gase

von Peter F. (iak_b)


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foo schrieb:

> Einfach ist da nichts, zumindest für Anfänger.
> Wie man sieht.
> Ich empfehle dir ein Lehrbuch der pysikalischen Chemie, Abschnitt
> Thermodynamik, Gasgesetze.
> Zur Einstimmung kannst du ja hier ein bischen lesen:
> https://de.wikipedia.org/wiki/Thermische_Zustandsgleichung_idealer_Gase

R ist die spezifische Gaskonstante, wie man aus dem Kontext hätte 
erkennen können.

: Bearbeitet durch User
von Peter F. (iak_b)


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Zur Vollständigkeit:

DIN 1319-x beschreibt ein allgemeines Vorgehen.

von Marvol (Gast)


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Hallo Peter,

wenn Du nach DIN 1319-4 mit einer Ausgleichsrechnung arbeitest, bekommst 
Du die Streuung recht gut eliminiert:

http://de.wikipedia.org/wiki/Ausgleichungsrechnung

Bei dm/dp = V/(R*T) würde den Quotient V/(R*T) mit x ersetzt werden. So 
dass sich eine Geradegleichung dm/dp = a*x+b+eps ergeben würde. Dabei 
sollte a gegen 1 laufen und b wäre Dein allgemeiner Offset, eps wäre der 
gemittelte Fehler. Allerdings kannst Du nicht unterscheiden, ob V oder T 
den falschen Wert liefert.

Eine andere aufwendigere Möglichkeit wäre die Gleichung zu erweitern:

dm/dp = (V+dV)/(R*(T+dT)), dann wäre dV Deine Volumenabweichung und dT 
Deine Temperaturabweichung. Aber um diese Funktioen zu fitten, müsste 
der Levenberg-Marquardt-Algorithmus eingesetzt werden.

http://sourceforge.net/projects/lmfit/

Ich bin mir aber nicht sicher, ob dann genau die spezifizierten 
Abweichung herauskommen, oder ob eine Mittelung stattfindet. Es wäre 
sicherlich sinnvoll, die Daten aufzunehmen und durch ein Matheprogramm 
laufen zu lassen, um zu sehen welche Anteile ausgerechnet werden.

Grundsätzlich ist es von Vorteil die statischen Offsets, wie z.B. die 
Temperatur vorab einzukalbrieren.

Gruß
Marvol

von foo (Gast)


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Peter Fritz schrieb:
> R ist die spezifische Gaskonstante, wie man aus dem Kontext hätte
> erkennen können.

Danke für die Aufklärung!
Ich habe mich mit solchen, eher für Handwerker gedachten, "Konstanten" 
allerdings nie beschäftigt, und zitiere:

>Da die Molmasse (M) in der Regel die verbreitetere Kenngröße
>eines Gases ist, sollte die Verwendung der spezifischen Gaskonstante
>vermieden und stattdessen die universelle Gaskonstante
>zusammen mit der Molmasse verwendet werden.

Hier: 
https://de.wikipedia.org/wiki/Gaskonstante#Spezifische_Gaskonstante


Außerdem schreibst du:
Peter Fritz schrieb:
> Ich messe stationär,
> und mittle nach x Samples.

Wenn ich das Wort "stationär" mal mit "unter konstanten Bedingungen" 
übesetze, frage ich allerdings, was das soll.
Die Ableitung einer Konstanten nach was immer du willst ist 0.

von Wolfgang A. (Gast)


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foo schrieb:
> Wenn ich das Wort "stationär" mal mit "unter konstanten Bedingungen"
> übesetze, frage ich allerdings, was das soll.

Dann übersetze "stationär" einfach mit "ohne dynamische Effekte".

von Peter F. (iak_b)


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Marvol schrieb:
> allo Peter,
>
> wenn Du nach DIN 1319-4 mit einer Ausgleichsrechnung arbeitest, bekommst
> Du die Streuung recht gut eliminiert:
>
> http://de.wikipedia.org/wiki/Ausgleichungsrechnung
>
> Bei dm/dp = V/(R*T) würde den Quotient V/(R*T) mit x ersetzt werden. So
> dass sich eine Geradegleichung dm/dp = a*x+b+eps ergeben würde. Dabei
> sollte a gegen 1 laufen und b wäre Dein allgemeiner Offset, eps wäre der
> gemittelte Fehler. Allerdings kannst Du nicht unterscheiden, ob V oder T
> den falschen Wert liefert.

Hallo Marvol!

ich hatte jetzt die DIN 1319-3 angeschaut, werde mir die -4 jetzt dann 
wohl aber auch mal zur Hand nehmen!

Mein Problem ist, dass ich die Sensorik nicht primär für diesen Zweck 
gedacht ist. Ich möchte nur überprüfen ob ich Sie für diesen Zweck 
"missbrauchen" kann, deshalb gehe ich vom schlimmsten aus (hinsichtlich 
der Kalibrierung).


Vielen Dank für die Hilfe!

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