Elektronische Meßtechnik

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1 Elektronik 6 Wolfgang Schmusch Elektronische Meßtechnik Prinzipien, Verfahren, Schaltungen 6., durchgesehene Auflage Vogel Buchverlag

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort 5 1 Grundbegriffe der Meßtechnik Größen, Einheiten, Normalien Größen und Einheiten Internationales Einheitensystem (SI) Normalien Meßfehler Fehlerarten und Fehlerangabe Rechnen mit systematischen Fehlern Fehlerfortpflanzung bei der Addition und Subtraktion von Meßwerten Fehlerfortpflanzung bei der Multiplikation von Meßwerten Fehlerfortpflanzung bei der Division von Meßwerten Rechnen mit zufälligen Fehlern Normalverteilung Auswertung einer Meßreihe Fehlerfortpflanzung von zufälligen Fehlern Fehlerangaben bei Meßgeräten Garantiefehlergrenzen und Fehlerfortpflanzung Klasseneinteilung nach VDE Kenngrößen von Strom und Spannung Mittelwerte periodischer Spannungen und Ströme Linearer Mittelwert Mittelwert der Quadrate von Spannung und Stromstärke Effektivwert der Leistung Effektivwert von Spannung und Stromstärke Gleichrichtwert Besondere Kenngrößen der Mittelwerte Kenngrößen nichtsinusförmiger periodischer Spannungen und Ströme Amplitudenspektrum-Frequenz Sinusverwandte Spannungen Pulsspannungen Klirrfaktor 57 3 Meßprinzipien elektrischer Zeigerinstrumente Das Meßwerk als Meßumformer Abbildungsmaßstab Drehmomentwaage Wirbelstrombremse Dämpfung von Meßwerken Dämpfungsmaßnahmen Lagerung Spitzen-und Zapfenlager Spannband-und Tragbandlager Drehspulmeßwerk Drehspulprinzip Bauformen des Drehspulmeßwerks Außenmagnetmeßwerk 72

3 Kemmagnetmeßwerk Temperaturkompensation Dämpfung Kreuzspulmeßwerk Drehmagnetmeßwerk Elektrodynamisches Meßwerk Dreheisenmeßwerk Elektrostatisches Meßwerk ThermischeMeßwerke Induktionsmeßwerk Wirkungsprinzip Anwendung des Scheibeninduktionsmeßwerks Vibrationsmeßwerke Registrierende Meßgeräte Meßwerkschreiber Spezielle Registriergeräte Meßwerksymbole und Zeichen Meßprinzip des Oszilloskops Aufbau und Wirkungsweise der Oszilloskopröhre Baugruppen und Kennwerte y-kanal z-eingang Gesteuerte Zeitablenkung x-eingang Verzögerte Zeitbasis Kanal-Oszilloskop y-kanäle Kanal-Betrieb x-v-betrieb Tastköpfe Tastleiter Tastteiler Tastrichter Messungen mit dem Oszilloskop Messung von Gleich-, Wechsel-und Mischspannungen Frequenzmessung Messung der Phasenverschiebung Kennlinienaufnahme einer Z-Diode Darstellung der Hysteresekurve eines Eisenkerns Meßverfahren zur Messung elektrischer Größen Meßgenauigkeit Spannungs-und Strommessung mit dem Drehspulmeßwerk Gleichspannungsmessung Meßbereichserweiterung Spannungsmessung und systematischer Fehler Gleichstrommessung Meßbereichserweiterung Strommessung und systematischer Fehler Wechselspannungsmessung Drehspulmeßwerk mit Mittelwertgleichrichter Drehspulmeßwerk mit stromgespeistem Mittelwertgleichrichter Drehspulmeßwerk mit Spitzenwertgleichrichter Wechselstrommessung Meßbereichserweiterung 158

4 5.2.5 Schaltungeines Vielfachmeßgeräts zur Spannungs- und Strommessung Messung des Effektivwertes von Strom und Spannung Messung mit dem Dreheisenmeßwerk Strommessung Spannungsmessung Messung mit Thermoumformer und Drehspulmeßwerk Spannungskomparator Effektivwertmessung mit Hilfe eines Analogrechners Kompensationsverfahren zur Spannungs-und Strommessung Gleichspannungskompensatoren Gleichstromkompensatoren Selbstabgleichende Kompensatoren U-f- und l/-f-umformer [/-/-Umformer [/-(-Impulsbreitenumformer Leistungsmessung Das elektrodynamische Meßwerk als Leistungsmesser Gleichstromkreis Wechselstromkreis Leistung im Drehstromnetz Leistungsmessung mit Multiplizierschaltungen Leistungsmessung mit integrierten Bausteinen Hall-Multiplizierer Time-Division-Multiplizierer zur Leistungsmessung Messung von ohmschen Widerständen Strom-Spannungs-Messung Spannungsfehlerschaltung Stromfehlerschaltung Spannungs-und Stromvergleich Spannungsvergleich Stromvergleich Brückenschaltung nach dem Abgleichverfahren Schleifdrahtbrücke Wheatstonesche Brücke für Präzisionsmessungen....." Thomson-Meßbrücke Fehlerbetrachtung zur Abgleichbrücke Ausschlagbrückenschaltung Brückenspannung im unbelasteten Zustand Brückenspannung im belasteten Zustand Linearisierung der Ausschlagbrücke Direktanzeigende Widerstandsmesser Widerstandsmesser mit Kreuzspulinstrument Widerstandsmesser mit Drehspulinstrument Widerstandsmesser mit Stromquelle Ä-7-Umformer R-T-Umformer mit Integrator R-T-Umformer mit astabilem Multivibrator Messung von Spulen und Kondensatoren Ersatzschaltungen von Spulen und Kondensatoren Blindwidferstandsbestimmung durch Strom-, Spannungs- und Leistungsmessungen Strom-und Spannungs-Messung Strom-und Spannungsvergleich bei Kondensatoren Spannungsmesser-Methode Leistungsmessung Messen mit dem phasenselektiven Gleichrichter 243

5 5.8.4 Resonanzverfahren L- und C-Messung mit Parallelschwingkreis Methode der abklingenden Schwingung L-C-Meßbrücken Allgemeine Abgleichbedingungen Kapazitätsmeßbrücke nach WIEN (CCRR) Schering-Meßbrücke (CRCC) Maxwell-Wien-Brückenschaltung (LRRC) Halbautomatische Wechselstrombrücke Messungen mit dem Differentialübertrager Wayne-Kerr-Meßbrücke C-r-Umformer Frequenz-und Zeitmessung Frequenzmessung mit der Wien-Robinson-Meßbrücke Frequenz-und Zeitintervallzähler Frequenzzähler Periodendauer-und Impulsbreitenmessung Phasenwinkelmessung ip-mjmformer Phasenselektiver Gleichrichter 277 Elektrische Messung nichtelektrischer Größen Längenmessung Analoge Längenmessung Messung großer Längen Messung kleiner Längen Digitale Längenmessung Codier-Lineal Inkrementale Längenmessung Winkelmessung Analoge Winkelmessung Digitale Winkelmessung Messung der Dehnung Dehnungsmeßstreifen Meßschaltungen für Dehnungsmeßstreifen Kraftmessung Kraftmessung mit dem Piezo-Kristall Kraftmessung mit Dehnungsmeßstreifen Temperaturmessung Widerstandsthermometer Temperaturmessung mit Thermoelementen 316 Elektronische Meßgerate Meßverstärker Aufgaben und Eigenschaften Grundformen Direktgekoppelte Instrumentierungsverstärker Trägerfrequenzverstärker Chopperverstärker Modulationsverstärker Rechnende Verstärker Addier-und Subtrahierverstärker Betragbildung Mittelwertbildung Multiplizier-und Dividierverstärker

6 7.2 D/A-und A/D-Umsetzer Digital-Analog-Umsetzer (DAU) Kenngrößen Codierung für Unipolar-und Bipolarbetrieb Fehlergrößen Schaltungsprinzipien Steuerung mit einem Mikroprozessor Analog-Digital-Umsetzer Kenngrößen Momentanwertumsetzer Integrierende Umsetzer Steuerung mit einem Mikroprozessor 398 1, 7.3 Digitalmultimeter (DMM) Aufbau und Baugruppen Systemmeßgeräte 404 P 7.4 Spezialoszilloskope Kennlinienschreiber Samplingoszilloskop Sequentielles Samplingverfahren Zeitablenkfaktor x-schreibdauer Blockschaltbild Frequenzanalysator Digitalspeicheroszilloskop Baugruppen Betriebsformen Logikanalysator Automatische Meßtechnik Aufbau eines Meßsystems IEC-625-Bussystem Struktur Handshakeverfahren Managementbus Datenbus ProgrammierungeinesIEC-625-Bussystems Adressierung der Geräte Makros für Busbefehle BASIC-Befehle zur Datenübertragung Beispielprogramm zur Meßdatenerfassung 457 Anhang A Übungsaufgaben zur Lernkontrolle 463 B Lösung der Übungsaufgaben 487 Literaturverzeichnis 501 Stichwortverzeichnis