Meßtechnik. Armin Schöne. Springer-Verlag. Berlin Heidelberg NewYork London Paris Tokyo HongKong Barcelona Budapest. Mit 184 Abbildungen. ' '.

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1 Armin Schöne Meßtechnik Mit 184 Abbildungen ' '. c, f. '; '' '*' "' Springer-Verlag Berlin Heidelberg NewYork London Paris Tokyo HongKong Barcelona Budapest

2 Inhaltsverzeichnis Einführung Die Meßaufgabe Grundbegriffe der Meßtechnik Fehlerarten Fehlerquellen Fehlergrößen Fehlerfortpflanzung bei einmal gemessenen Meßgrößen Wahrscheinliche Werte von Meßgrößen bei zufälligen Fehlern Arithmetisches Mittel und Erwartungswert Häufigkeitsverteilungen Wahrscheinlichkeitsverteilungen Normalverteilung Poisson-Verteilung und Binomialverteilung Schätzwerte statistischer Parameter und Vertrauensgrenzen Signifikanzuntersuchungen Fehlerfortpflanzung bei Meßreihen Regressionsrechnung Allgemeines Lineare Regression Genauigkeit von Regressionsmodellen Nichtlineare Regressionsansätze 33 Temperaturmessung Allgemeines Elektrische Widerstandsthermometer Der Meßeffekt Einsatzbereiche von Widerstandsthermometern Bauformen elektrischer Widerstandsthermometer Meßschaltungen für elektrische Widerstandsthermometer Thermoelemente als Temperaturfühler Der Meßeffekt Meßanordnungen, Einsatzbereiche und Grundwerte von Thermoelementen Bauformen von Thermoelement-Meßeinsätzen 60

3 Inhaltsverzeichnis VII Meßschaltungen für Thermoelemente Strahlungsthermometer Meßeffekte Meßverfahren 67 3 Druckmessung Einführung Allgemeines Physikalische Grundlagen Unmittelbare Druckmessung Druckmeßfühler für die Druckmessung in strömenden Fluids U-Rohr-Manometer Mittelbare Druckmessung Schwimmerdruckmeßgerate Gefäßwaage Deformations-Druckmeßgeräte Druckmeßgeräte mit Dehnungsmeßstreifen Piezoelektrische Druckmeßgeräte 90 4 Durchflußmessung Übersicht Wirkdruckverfahren Strömungsmechanische Grundlagen Durchfmßgleichung unter vereinfachenden Annahmen Anpassung der Durchflußgleichung an reale Verhältnisse Düsen Blenden Vergleich unterschiedlicher Wirkdruckverfahren Volumetrische Meßgeräte Unmittelbares Messen von Volumenströmen Mittelbares Messen von Volumenströmen Verschiedene zur Strömungsgeschwindigkeit proportionale Meßeffekte Induktive Durchfiußmesser Ultraschall-Durchflußmesser Wirbelstrom-Durchflußmesser Optische Meßverfahren Unmittelbare Messung von Massenströmen Thermische Verfahren Gyroskopische Meßverfahren " Messen von Dehnungen, Kräften, Drehmomenten und Leistungen Dehnungsmessungen Elastische Dehnung fester Körper Dehnungsmeßstreifen Kapazitive Dehnungssensoren Elektrische Sensoren für Längenänderungen 165

4 VIII Inhaltsverzeichnis 5.2 Kraftmessungen Kraftmeßfühler mit Dehnungsmeßstreifen Induktive Kraftmeßfühler Drehmoment- und Leistungsmessung Dynamik der Drehbewegung Messen der Verformung elastischer Körper als Maß für Drehmomente Meßbremsen Leistungsmessung Messen von Zeit, Drehzahlen und Beschleunigungen Messen der Zeit Messen von Drehzahlen Direkte Drehzahlmessung Indirekte Drehzahlmessung Messen von Beschleunigungen Beschleunigungsmeßgeräte mit mechanischen Schwingern Beschleunigungsmeßgeräte mit elektrischen Sensoren Messen von Längen Messen kleiner Längen oder Wege Meßsysteme mit pneumatischer Hilfsenergie Meßsysteme mit elektrischer Hilfsenergie Standmessung Standmeßverfahren mit Schwimmern Hydrostatische und pneumatische Standmeßverfahren Elektrische Standmeßverfahren Standmessung mit Ultraschall Längen- und Positionsmessungen in der Fertigungstechnik Digitale Längen- und Drehwinkelmeßverfahren Laseroptische Abtastverfahren Interferometrische Längenmessungen Längenmessungen an bewegten Meßobjekten Messen elektrischer Größen Einheiten Messen konstanter oder langsam veränderlicher elektrischer Größen Messen von Gleichströmen Messen von Gleichspannungen Messen elektrischer Leistungen bei Gleichströmen Messen rasch veränderlicher elektrischer Größen Wechselspannungen und Wechselströme Mittelwerte der Meßgrößen in Wechselstrom- und Drehstromnetzen [51], [138], [7] Messen der Momentanwerte schnell veränderlicher elektrischer Größen 232

5 Inhaltsverzeichnis IX 9 Umformung, Übertragung und Verarbeitung von Meßsignalen Meßumformer Übertragung von Meßsignalen Übertragung analoger und digitaler Nachrichten Übertragung elektrischer Signale durch Leitungen Meßwertübertragung über Lichtwellenleiter Drahtlose Meßwertübertragung Bussysteme Meßwertverarbeitung 262" Analoge Meßwertverarbeitung Digitale Rechenschaltungen Digitale Rechenanlagen Anhang: Aufgaben und Lösungen Statistische Grundlagen Erwartungswert einer Meßgröße Fehlerfortpflanzung bei einmal gemessenen Meßgrößen Statistische Kenngrößen, Fehlerfortpflanzung Regressionsrechnung Vertrauensbereich von Regressionskoeffizienten Temperaturmessung Wheatstonesche Brückenschaltung Druckmessung Bernoullische Gleichung Durchflußmessung Kontraktionszahl einer Meßblende Gasströmung durch eine Venturidüse Gasströmung durch eine Düse bei zeitveränderlichem Eintrittsdruck Durchflußmessung und Flüssigkeitsstandregelung an einer Verdampferanlage Dehnungen, Kräfte, Drehmomente,Leistungen Meßschaltung für Dehnungsmeßstreifen Kompensations-Dehnungsmeßstreifen zur Kompensation des Temperatureinflusses Dehnungsmessungen mittels Dehnungsmeßstreifen Messen mechanischer Leistungen Drehzahlmessungen Stroboskopisches Meßprinzip Wegmessung Kapazitive Wegmessung Messen elektrischer Größen Meßbereichsumschaltung bei einem Strommeßgerät Signalverarbeitung Analoges Filter Umwandlung binär codierter Meßwerte in Dezimalzahlen

6 X Inhaltsverzeichnis Literaturverzeichnis 335 Sachverzeichnis 343