Elektronische Meßtechnik

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Franka Lenz
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1 Elektronische Meßtechnik Eine Einführung für angehende Wissenschaftler Von Georg Heyne Oldenbourg Verlag München Wien

1. Einleitung 1 2. Grundlagen 3 2.1 Einleitung 3 2.2 Rauschen 3 2.2.1 Thermisches Rauschen (Johnson noise) 3 2.2.2 1/f - Rauschen (flicker noise) 4 2.3 Meßstrecke 5 2.3.1 Quelle 5 2.3.2 Strecke 5 2.3.3 Senke 5 2.

2 1. Einleitung 1 2. Grundlagen Einleitung Rauschen Thermisches Rauschen (Johnson noise) /f - Rauschen (flicker noise) Meßstrecke Quelle Strecke Senke Spannungsquelle Spannungsteiler Stromquelle 8 3. Spezifikationen Einleitung Auflösung Genauigkeit Absolute Genauigkeit Relative Genauigkeit Empfindlichkeit Stabilität Bandbreite Einschwingzeit Meßleitung Wellenwiderstand Reflexionen - abgeschlossene Leitung Leitungsarten Doppelleitung Geschirmte Doppelleitung Koaxialleitung Triaxleitung Spezialleitungen Hochspannungsleitung Flachbandleitung Thermoausgleichsleitung Videoleitung Strommeßleitung Wärmebeständige Leitungen Meßwertverarbeitung Sensoren Passive Sensoren Aktive Sensoren Vorverstärker Übertragungsstrecke Datenempfänger 34 VII

6. Temperaturmessung 36 6.1 Einleitung 36 6.2 Widerstandsthermometer 36 6.2.0.1 Bauformen 36 6.2.0.2 Meßaufbau 37 6.2.1 Thermistoren 39 6.3 Halbleitertemperaturfühler 40 6.4 Thermoelemente 40 6.4.1 Einleitung 40 6.

3 6. Temperaturmessung Einleitung Widerstandsthermometer Bauformen Meßaufbau Thermistoren Halbleitertemperaturfühler Thermoelemente Einleitung Toleranzen Linearität Alterung der Thermoelemente Meßaufbau Vergleichs stelle Temperaturregler Einleitung Steuerung Regelung Regler Unstetige Regler Leistungsdimensionierung Stetige Regler Regelstrecke Sprungantwort einer Regelstrecke P-Regler PTl-Regler PT2-Regler I-Regler D-Regler DTl-Glied Totzeitglied Verstärker Einleitung Operationsverstärker Einleitung Gegenkopplung Reale Operationsverstärker Grundschaltungen des OPs Einleitung Invertierender Verstärker Nicht invertierender Verstärker Frequenzgang des Operationsverstärkers Phasenverschiebung Frequenzkompensation Kapazitive Belastung des Operationsverstärkers Stromversorgung Power supply rejeetion ratio (PSRR) Common mode rejeetion (CMMR) Eingangsoffsetspannung 76 VIII

8.4.7 Eingangsoffsetspannungsdrift 78 8.4.8 Open loop gain (A v0 ) 78 8.4.9 Eingangsruhestrom 79 8.4.10 Eingangswiderstand 79 8.5 Aufbau des Operationsverstärkers 80 8.6 OP-Übersicht 82 8.6.1 Bauform 83 8.

4 8.4.7 Eingangsoffsetspannungsdrift Open loop gain (A v0 ) Eingangsruhestrom Eingangswiderstand Aufbau des Operationsverstärkers OP-Übersicht Bauform Spezialschaltungen Differenzverstärker Instrumentenverstärker Analoge Rechenschaltungen Addierschaltung Offsetschaltung Subtrahierschaltung Integrator Frequenzgang des Integrators Digitale Meßsysteme Einleitung Vergleich von analoger und digitaler Messung Analog-Digital-Wandler ADC-Quantisierung Fehler der Analog-Digital-Wandler Offsetfehler Verstärkungsfehler Nichtlinearitäten Aperturzeit Aperturjitter Abtasttheorie Wandelverfahren Rampenverfahren (dual slope) Wägeverfahren (sukzessive Approximation) flash Converter Digital-Analog-Wandler Parallelverfahren DAC mit gewichteten Strömen Glitchpulse Deglitcher Abgleich und Anpassung von DACs Sample/Hold-Verstärker Codierung der ADC-und DAC-Bausteine BCDCode Offset-binary-Codierung Zweierkomplement-Code Probleme beim Meßaufbau mit ADCs und DACs Entkopplung von der Rechnermasse Störprobleme Einleitung Störungen innerhalb der Schaltung Gehäuse 124 IX

10.4 Masseführung 126 10.5 Sternförmiger Aufbau 129 10.6 Trennverstärker 131 11. Sicherheit 133 11.1 Sicherheitsmaßnahmen im Labor 133 11.2 Fehlerstromschutzschalter (FI) 134 11.

5 10.4 Masseführung Sternförmiger Aufbau Trennverstärker Sicherheit Sicherheitsmaßnahmen im Labor Fehlerstromschutzschalter (FI) Schutztrennung Anhang Leitungsquerschnitte Spannungspegel Widerstandswerte und -Codierung Tabelle der Farbcodierung von Widerständen Tabelle für Thermoelement Typ K (Ni/NiCr) Adressen Hersteller elektromechanischer Komponenten Distributoren Literaturverzeichnis Weiterführende Literatur 148 Index 149 X

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