Inhaltsverzeichnis. Inhalt. Vorwort Einführung in die Messtechnik

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1 Inhalt 3 Inhaltsverzeichnis Vorwort Einführung in die Messtechnik 1.1 Grundbegriffe der Messtechnik Gegenstand der Messtechnik Messtechnische Disziplinen, Aufgaben und Ziele Einheitensystem Geschichtliches Einheitensystem Normale und SI-Einheiten Abgeleitete SI-Einheiten Vielfache und Teile von SI-Einheiten Größen, Einheiten und Zahlenwert-Gleichungen Größengleichungen Zahlenwertgleichungen Grafisches Darstellen von Messgrößengleichungen Grafisches Darstellen von Messgrößen Grafisches Darstellen von Zahlenwerten Numerisches Darstellen in Tabellenform Messkettenaufbau, Messkettenelemente Messkette Signale Einheitssignale Nullpunkt Das Energieprinzip in der Messtechnik Messfehler 2.1 Systematische und zufällige Fehler Statistische Analyse von Messwerten Häufigkeits- und Verteilungsdichte Hinweis zur Wahl der Intervalle Histogramm Mittelwert, Erwartungswert, Standardabweichung Kontrollen auf Normalverteilung Statistische Sicherheit, Vertrauensbereich Signifikanztest des Stichprobenmittelwertes... 56

2 4 Messtechnik c 2 -Test über die Güte einer Anpassung Fehlerfortplanzung Berechnen des erkennbaren systematischen Fehlers Berechnen des korrigierten Mittelwertes Berechnen der wahrscheinlichen Fehlergrenzen Verarbeiten von Messdaten 3.1 Interpolationsverfahren Lineare Interpolation Newton-Interpolation Spline-Interpolation Approximationsverfahren Regressionsrechnung Das Prinzip der kleinsten Quadrate Lineare Regression Lineare Regression vom Grad Allgemeiner Ansatz zur linearen Ausgleichsrechnung Approximierende Spline-Funktionen Beschreibung physikalischer Systeme 4.1 Allgemeines System Mechanisch-translatorisches System Mechanisch-rotatorisches System Elektrisches System Fluidische System Thermodynamisches System Messen elektrischer Größen 5.1 Verknüpfungsgesetze Knotenregel Maschenregel Reihenschaltung von Widerständen Parallelschaltung von Widerständen Spannung Strom Widerstand Einstellbarer Spannungsteiler Anpassungsschaltung für Widerstände

3 Inhalt 5 6 Messen geometrischer Größen 6.1 Längenmessungen Pneumatisches Prinzip Mechanische Längenmessgeräte Optische Verfahren Inkrementale Längennmesssysteme Codierte Längenmesssysteme Rotatorische Geber Optische Abstandsmessung durch Pulslaufzeitmessung Triangulationsverfahren Laserinterferometer Induktive Wegsensoren Differential-Transformator-Wegaufnehmer Kapazitive Wegmesssensoren Wirbelstromsensor Kapazitiver Neigungssensor Hall-Elemente Messen von Drehzahl und Geschwindigkeit 7.1 Mechanische Verfahren Elektrodynamische Verfahren Wirbelstromtachometer Generator Messen der Drehzahl mittels Zählung Induktive Impulsgeber Optische Drehzahlaufnehmer Messen der Beschleunigung 8.1 Kapazitive Beschleunigungssensoren Induktive Beschleunigungsaufnehmer Silizium-Beschleunigungsaufnehmer Piezoelektrische Beschleunigungsaufnehmer Piezoelektrische Verfahren

4 6 Messtechnik 9 Messen von Kraft und Drehmoment 9.1 Dehnungsmessung Mechanische Dehnungsmessung Dehnungsmessstreifen Anordnung von Dehnungsmessstreifen Bauformen von Dehnungsmessstreifen Kraftmessung Kraftmessbügel Kraftmessung mittels Dehnungsmessstreifen Zug- bzw. Druckstab Biegebalken Piezoelektrische Verfahren zur Kraftmessung Drehmomentmessung Statische DMS-Drehmomentmessung Rotierende DMS-Drehmomentmessung Messen von Temperaturen 10.1 Temperaturmaßstab Ausdehnungsthermometer Widerstandsthermometer (nach IEC 751 / DIN EN 60751) Beschaltung Zweileiterschaltung Dreileiterschaltung Vierleiterschaltung Thermoelement Strahlungspyrometer Messen von Drücken 11.1 Physikalische Grundlagen Messen des Druckes in ruhenden Fluids Messen des Druckes in bewegten Fluids Unmittelbare Druckmessung Druckmessfühler für die Druckmessung in strömenden Fluids U-Rohr-Manometer Deformations-Druckmessgeräte Druckmessgeräte mit Dehnungsmessstreifen

5 Inhalt 7 12 Messen von Durchflüssen 12.1 Messen von Durchflüssen durch energetische Beziehungen einer Strömung Volumenzähler Schwebekörper-Durchflussmessung Magnetisch-induktiver Durchflussmesser Messverstärker 13.1 Lineare Messverstärker mit Operationsverstärker Eigenschaften eines Operationsverstärkers Das Prinzip der Gegenkopplung Spannungsverstärker mit Stromausgang Reiner Stromverstärker Stromverstärker mit Spannungsausgang Messsignalverarbeitung mit Operationsverstärkern Addierer Subtrahierer Integrator Messverstärker Frequenzabhängigkeit der Verstärkung Verstärkerbauarten Gleichspannungsverstärker Ladungsverstärker Trägerfrequenzverstärker Messen zeitlich veränderlicher Signale Rechnerkopplung 15.1 Grundlagen Digitalisierung Abtasttheorem Tiefpassfilter/Anti-Aliasing-Filter Sample&Hold-Stufe Analog/Digital-Umsetzer Prinzip der Digitalisierung Parallel-A/D-Umsetzer

6 8 Messtechnik Sukzessive Approximation-A/D-Wandler Dual-Slope-A/D-Umsetzer D/A-Umsetzer R-2R-D/A-Umsetzer Lösungen zu den Verständnisfragen und den Aufgaben Literaturverzeichnis

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