Inhaltsverzeichnis. Inhalt. 1 Einleitung

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1 3 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Aufgaben und Anwendungsbeispiele der Messtechnik Allgemeine Aufgaben der Messtechnik Anwendungsbereiche der Messtechnik Allgemeine messtechnische Bereiche Allgemeine Definitionen der Messtechnik Grundlegende messtechnische Aufgaben Grundlegende messtechnische Begriffe Lernzielfragen Messtechnische Einheiten 2.1 Historische Entwicklungen der Einheiten Die SI-Basis-Einheiten Abgeleitete Einheiten Darstellung und praktische Realisierung der Einheiten Rückführbarkeit von Einheiten und Messgrößen Lernzielfragen und Aufgaben Messabweichungen und Fehlerbetrachtungen 3.1 Vorbetrachtungen Systematische Abweichungen Zufällige Abweichungen Erwartungswert, Varianz und Standardabweichung Verteilungsarten Stichproben in der Messtechnik und Vertrauensbereich Angabe eines vollständigen Messergebnisses Ausgleichsrechnung und Regression Genauigkeiten elektrischer Messgeräte Lernzielfragen und Aufgaben... 49

2 4 Elektrische Messtechnik 4 Allgemeine Messprinzipien und ihre Anwendung 4.1 Vorbetrachtungen Elektromechanische Messgeräte Drehspulmessinstrument Dreheiseninstrument Elektrodynamisches Messwerk Weitere elektromechanische Messwerke Kennzeichnung von Messgeräten Messungen im Gleichstromkreis Strommessung Spannungsmessung Messbereichserweiterung Überlastungsschutz Widerstandsmessung Vergleich mit einem Referenzwiderstand Verwendung einer Konstantstromquelle Brückenschaltungen Messungen im Wechselstromkreis Definition von Größen im Wechselstromkreis Gleichrichterschaltungen Messwandler Multimeter Messungen von Blind- und Scheinwiderständen Impedanzmessung Impedanzmessung mit Gleich- und Effektivwert Impedanzmessung nach dem I-U-Verfahren Wechselspannungsmessbrücken Kapazitätsmessbrücke nach Wien Induktivitätsmessbrücke nach Maxwell Induktivitätsmessbrücke nach Wien-Maxwell Impedanzmessung nach dem Resonanzverfahren Messung der elektrischen Leistung Leistungsmessung im Gleichstromkreis Leistungsmessung im Wechselstromkreis Leistungsmessung mit dem elektrodynamischen Messwerk Leistungsmessung mit Hall-Sensoren

3 5 4.8 Messung der elektrischen Energie Zusammenfassung Lernzielfragen und Aufgaben Messung nicht-elektrischer Größen 5.1 Vorbetrachtungen Messungen geometrischer Größen Kapazitive Sensoren Echomethode und Triangulation Interferometer-Verfahren Inkremental-Maßstäbe Geschwindigkeits- und Beschleunigungsmessung Dynamometrische Sensoren Drucksensoren Dehnungsmessstreifen (DMS) Temperatursensoren Thermoelemente Widerstandsthermometer Optische Sensoren Chemische Sensoren Zusammenfassung Lernzielfragen und Aufgaben Messung nachrichtentechnischer Größen 6.1 Vorbetrachtungen Analoges Oszilloskop Aufbau und Baugruppen Aufgabe des Vertikalteils Aufgabe der horizontalen Ablenkung Aufgabe der Triggerung Darstellung mehrerer Kanäle Sampling-Oszilloskope Digitale Speicheroszilloskope Messanwendungen mit dem Oszilloskop Spannungsmessung Zeit- und Frequenzmessung Messung der Phasendifferenz

4 6 Elektrische Messtechnik Darstellung von Kennlinien Tastköpfe für Oszilloskope Direkte Messungen von Zeit, Periodendauer, Frequenz und Phase Messung eines Zeitintervalls Messung der Periodendauer Frequenzmessung mit direkter Zählung Messung der Phasendifferenz Spektralanalyse Spektrale Darstellungen Systemtechnik der spektralen Analyse Eigenschaften von Analysatoren Zusammenfassung Lernzielfragen und Aufgaben Messverstärkung und digitale Messverfahren 7.1 Vorbetrachtungen Grundlagen der Operationsverstärkertechnik Grundschaltungen des Operationsverstärkers Invertierender Verstärker Nicht-invertierender Verstärker Anwendungsschaltungen mit Operationsverstärkern Impedanzwandler Invertierender Addierer Differenzverstärker Komparator Schutzbeschaltung Integratorschaltung Weitere Beschaltungen von OpAmps Analog-Digital- und Digital-Analog-Umsetzung Grundlagen der Umsetzung Technische Realisierung von A/D- und D/A-Umsetzern Digitale Messsysteme Zusammenfassung Lernzielfragen und Aufgaben

5 7 Anhang A: Informationen zum begleitenden Praktikum A 1 Gleichstrommessungen A 1.1 Versuchsziele A 1.2 Einleitung A 1.3 Bestimmung von Widerständen durch Spannungsund Strommessung A Stromfehlermethode A Spannungsfehlermethode A 1.4 Bestimmung von Widerständen mit einer Messbrücke A 1.5 Quellen zur Versorgung A Spannungsquellen A Stromquellen A 1.6 Ersatzschaltungen A 1.7 Versuchsdurchführung A Widerstandsbestimmung nach der Stromfehlermethode A Widerstandsbestimmung nach der Spannungsfehlermethode A Widerstandsbestimmung mit der Wheatstone-Brücke A Spannungsquelle A 2 Wechselstrommessungen A 2.1 Versuchsziele A 2.2 Einleitung A 2.3 Sinusförmige Wechselspannungen A Wechselspannungen A Frequenz einer Wechselgröße A 2.4 Nicht-sinusförmige Spannungen A 2.5 Messgeräte für die Messung von Wechselspannungen A Zeigerinstrumente und Digitalmultimeter (DMM) A Elektronenstrahl-Oszilloskop A Digitaloszilloskop A 2.6 Versuchsdurchführung A Messung von Effektiv-, Spitzen-, und Spitze-Spitze-Wert A Messung der Phasenverschiebung mit dem Oszilloskop

6 8 Elektrische Messtechnik A 3 Fouriersynthese und Klirranalyse A 3.1 Versuchsziele A 3.2 Einleitung A 3.3 Spektrumsanalysator A 3.4 Klirrfaktormessung A 3.5 Fourier-Koeffizienten A Beschreibung des Fourier-Synthesegenerators A Fourier-Synthese und Klirranalyse mit Klirranalysator A Klirrfaktorbestimmung mit dem Funktionsgenerator A 4 RLC-Schaltungen A 4.1 Versuchsziele A 4.2 Einleitung A 4.3 RLC-Reihenschaltung A 4.4 RLC-Parallelschaltung A 4.5 Güte und Bandbreite von RLC-Schaltungen A 4.6 Versuchsdurchführung A Vorbemerkung A RLC-Reihenschaltung A RLC-Parallelschaltung A 5 Vierpole A 5.1 Versuchsziele A 5.2 Einleitung A 5.3 Bestimmung der A-Parameter A 5.4 Bestimmung von Ersatzschaltungen A 5.5 Kettenschaltung von Vierpolen A 5.6 Versuchsdurchführung A Bestimmung der A-Parameter des Netzwerkes nach Abb. A A Ermittlung der T- und π-ersatzschaltung A Messung von Kettenschaltung

7 9 A 6 Selektive Filter A 6.1 Versuchsziele A 6.2 Einführung A Amplituden- und Phasenfrequenzgang A Gruppenlaufzeit A 6.3 Versuchsbeschreibung A 6.4 Versuchsdurchführung A Bestimmung der Harmonischen A Bestimmung der Übertragungsfunktionen verschiedener Filter A Ermittlung der Übertragungsfunktion des Doppel-T-Gliedes mittels Swept Sinus A 6.5 Grundlegende Hinweise zur digitalen Spektralanalyse A 7 Messung magnetischer Feldgrößen A 7.1 Versuchsziele A 7.2 Einführung A 7.3 Induktionsgesetz A 7.4 Bestimmung des magnetischen Flusses A Induktion A Hallgenerator A Vorbemerkung zur Messung von Wechselflüssen A Vorbemerkung zur Messung von Gleichflüssen A Vorbemerkung zur magnetischen Streuung A Messung von Wechselflüssen A Messung von Gleichflüssen A 8 Messung elektrischer Feldgrößen A 8.1 Versuchsziele A 8.2 Einführung A 8.3 Messtechnische Bestimmung des elektrischen Feldverlaufs A 8.4 Beschreibung des Versuchsaufbaus A 8.5 Versuchsdurchführung

8 10 Elektrische Messtechnik A 9 Ausgleichsvorgänge in elektrischen Schaltungen A 9.1 Versuchsziele A 9.2 Einführung A 9.3 Ausgleichsvorgänge bei RC-Schaltungen A 9.4 Ausgleichsvorgänge bei RL-Schaltungen A 9.5 RLC-Schaltungen A 9.6 Versuchsdurchführung A Messung der RC-Reihenschaltung A Messung der RC Parallelschaltung A Messung eines RC-Bandpasses A Messung einer RLC-Schaltung A Messung einer RL-Schaltung A Messung an einem Parallelschwingkreises A 10 Analog-Digital- und Digital-Analog-Umsetzung von Signalen A 10.1 Versuchsziele A 10.2 Einleitung A Analog-Digital-Umsetzung A Digital-Analog-Umsetzung A 10.3 Weitere grundlegende Betrachtungen A Festlegung der Abtastfrequenz A Wertebereich und Quantisierungstiefe bzw. Quantisierungsstufenzahl A 10.4 A/D-Umsetzungsverfahren A Dual-Slope-Verfahren A Rampenverfahren A A/D-Umsetzung mittels Treppenspannung A A/D-Umsetzung nach dem Approximationsverfahren A A/D-Umsetzung dem Flash-Verfahren A 10.5 Versuchsbeschreibung A 10.6 Versuchsdurchführung A Untersuchung des Dual-Slope-Verfahres A Untersuchung des Rampenverfahrens A Untersuchung des Treppenspannungsverfahrens A Untersuchung des Approximationsverfahrens

9 11 Anhang B: Lösungshinweise zu den Übungsaufgaben Lösungen zu den Lernzielfragen Kapitel 1: Lösungen zu den Lernzielfragen Kapitel 2: Lösungen zu den Lernzielfragen Kapitel 3: Lösungen zu den Lernzielfragen Kapitel 4: Lösungen zu den Lernzielfragen Kapitel 5: Lösungen zu den Lernzielfragen Kapitel Lösungen zu den Lernzielfragen Kapitel Beispielausarbeitung zu Versuch 4 (Resonanzkreise) Anhang C: Literaturhinweise