Mechanische Größen elektrisch gemessen

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1 Mechanische Größen elektrisch gemessen Dr.-Ing. W. Ecker Obering. K. Felgner Obering. K. Hoff mann Dipl.-Ing. J. Paetow Dr.-Ing. Chr. Rückauer expert vertag 7031 Grafenaul/Württ. VDE-VerlagGmbH- Berlin

2 Inhaltsverzeichnis Vorwort: Einleitung: Dr.-Ing. Wilfried J. Bartz 1 Grundlagen des elektrischen Messens mechanischer Größen Einführung Grundsätzliches über das Messen Vorteile des elektrischen Messens Nachteile des elektrischen Messens Allgemeine Eigenschaften von Meßgeräten Empfindlichkeit Umkehrspanne Meßbereich Meßfehler 17 a) Systematische Fehler 17 b) Zufällige Fehler Meßeinrichtung oder Meßkette Digitales Messen Direkte digitale Messung Umwandlung der Meßgröße in eine analoge Frequenz Die wichtigsten Prinzipien zur Darstellung mechanischer Größen durch elektrische Signale Ohmscher Widerstand Potentiometergeber Dehnungswiderstandseffekt Änderung des Widerstandes durch Lichteinfall Widerstandsänderung durch Abkühlung (Hitzdrahtanemometer) Induktive Geber Elektromagnetische Induktion Selbstinduktion Kapazitive Geber Piezoelektrische Geber 32

3 Geber mit schwingender Saite Zwischenschaltungen Spannungsteilerschaltung Brückenschaltung Messung von AR mit der Brückenschaltung Null- oder Kompensationsmethode Aussch lag methode Eigenschaften der Brückenschaltung Viertelbrückenschaltung Halbbrückenschaltung Diagonalschaltung Vollbrückenschaltung Elimination unerwünschter Meßgrößen Temperaturkompensation bei Messungen mit Dehnungsmeßstreifen Schaltungen zur Messung von Zug-, Biege- und Torsionsdehnungen Konstantstromverfahren Grundlagen und Anwendung der Dehnungsmeßstreifen-Technik 45 Obering. K. Hoffmann 2.1 Einleitung Wirkungsweise Grundlagen Das Hookesche Gesetz Die Dehnung Definition Maßeinheit Ausführungsformen von DMS und deren Zweck Gesichtspunkte zur Auswahl eines DMS-Typs Der Zweck unterschiedlicher DMS-Abmessungen und -Formen Die Meßgitterlänge Rosetten zur Bestimmung zweiachsiger ebener Spannungszustände Spezialausführungen Die Applikation von DMS Fehlermöglichkeiten und deren Verhinderung Berücksichtigung des k-faktors Temperatureinflüsse Der Temperaturgang einer DMS-Meßstelle Der Einfluß der Temperatur auf die Empfindlichkeit einer DMS-Meßstelle 70

4 Der Einfluß der Leitungswiderstände Der Einfluß des Isolationswiderstandes Induktive Meßwertaufnehmer 75 Obering. K. Felgner Die wichtigsten induktiven Verfahren für analoge Meßwertaufnehmer Aktive Aufnehmer Passive Aufnehmer Technische Ausführungsformen induktiver Meßwertaufnehmer und Anwendungsgebiete Wegaufnehmer mit Tauchanker Wegtaster Berührungsfreie Wegaufnehmer Schwingungsaufnehmer Dehnungsaufnehmer Winkelaufnehmer Kraftaufnehmer Druckaufnehmer Zusammenfassung Kapazitive Aufnehmer 90 Dr.-Ing. Chr. Rückauer 4.1 Einführung Mögliche Bauformen Zwischenschaltungen Beispiele kapazitiver Aufnehmer 96 5 Piezoelektrische Aufnehmer 99 Dr.-Ing. W. Ecker 5.1 Einführung Der piezoelektrische Effekt Piezoelektrische Meßwertaufnehmer Allgemeines Piezoelektrische Kraftauf nehmer Piezoelektrische Druckauf nehmer Piezoelektrische Beschleunigungsaufnehmer Impedanzmeßkopf 113

5 5.4 Nachfolgeelektronik zum piezoelektrischen Meßwertaufnehmer Elektrometerverstärker Ladungsverstärker Dynamisches Verhalten von piezoelektrischen Meßketten Aufnehmer auf Dehnungsmeßstreifenbasis 119 Dipl.-Ing. J. Paetow 6.1 Allgemeines Technologische Einzelheiten Bauformen Meßgenauigkeit Einsatz und Anwendungsbeispiele Temperatur als Störgröße beim elektrischen Messen mechanischer Größen Kompensation des Temperatureinflusses Temperaturmessung Zeitverhalten eines Thermometers 1* Kontrolle der Geber Fixpunkte Normalthermometer Elektrische Temperaturmeßverfahren Thermoelemente Widerstandsthermometer Aufklebbare Widerstandstemperaturgeber Meßverstärker Allgemeines Die Verstärkerarten Wechselspannungsverstärker Gleichspannungsverstärker Operationsverstärker Trägerfrequenzmeßverstärker Chopperverstärker Kompensationsverstärker 153

6 1 8.3 Anforderungen an Meßverstärker Erdung und Abschirmung 160 Dynamisches Messen Übertragungsverhalten der Meßkette, Frequenzgang Dynamische Anzeigefehler Geberdynamik Geber mit Tastspitze Geber mit seismischer Masse Auswertung von dynamischen Messungen Kenngrößen zur Analyse dynamischer Vorgänge Periodische Vorgänge Nichtperiodische transiente Vorgänge Stochastische Vorgänge Registrierung und Speicherung Registrierung Speicherung Vielstellenmeßtechnik Literaturhinweise Autorenverzeichnis Stichwortverzeichnis