Inhaltsverzeichnis. Elmar Schrüfer, Leonhard M. Reindl, Bernhard Zagar. Elektrische Messtechnik. Messung elektrischer und nichtelektrischer Größen
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1 Inhaltsverzeichnis Elmar Schrüfer, Leonhard M. Reindl, Bernhard Zagar Elektrische Messtechnik Messung elektrischer und nichtelektrischer Größen ISBN (Buch): ISBN (E-Book): Weitere Informationen oder Bestellungen unter sowie im Buchhandel. Carl Hanser Verlag, München
2 Inhalt 1 Grundlagen Umfang undbedeutung derelektrischen Messtechnik Naturkonstanten und Maßeinheiten Naturkonstanten Internationales Einheitensystem, SI-Einheiten Definition unddarstellung dersekunde Definition unddarstellung desmeters Definition unddarstellung deskilogramms Definition unddarstellung derelektrischen Einheiten Die SI-Einheiten der Temperatur, der Stoffmenge und der Lichtstärke Größen-und Zahlenwertgleichungen Statisches Verhalten dermessgeräte Kennlinie undempfindlichkeit Unsicherheiten beimessungen Bekannte und unbekannte, systematische und zufällige Messfehler NormalverteilteZufallsfehler; Einzelmesswerte NormalverteilteZufallsfehler; Mittelwerte NormalverteilteZufallsfehler; verknüpftemessgrößen Student sche t-verteilung Gleichverteilung Zusammenfassung Korrelierte Messgrößen Varianz,KovarianzundKorrelationskoeffizient Berücksichtigung derkovarianzinderfehlerrechnung Dynamisches Verhalten dermessgeräte Verzögerungsglied 1.Ordnung Verzögerungsglied 2.Ordnung Weitere Beispiele für daszeitverhalten... 66
3 8 Inhalt 1.6 Dynamische Messfehler Fehlermöglichkeiten Korrektur desdynamischen Fehlers Strukturen vonmesseinrichtungen Kettenstruktur Parallelstruktur Kreisstruktur Die informationstragenden Parameter der Messsignale Elektrisches Messen nichtelektrischer Größen Physikalische Effekte zum elektrischen Messen nichtelektrischer Größen Sensornahe Signalverarbeitung Messung von Strom und Spannung; spannungs- und stromliefernde Aufnehmer Elektromechanische MessgeräteundihreAnwendung Messwerke MessungvonGleichstrom undgleichspannung MessungvonWechselstrom undwechselspannung MessungderLeistung Messungderelektrischen Arbeit RegistrierendeMessgeräte Elektronenstrahl-Oszilloskop Elektronenstrahl-Röhre Baugruppen Spezial-Oszilloskope Betriebsarten deselektronenstrahl-oszilloskops Messverstärker Einführung Nicht invertierender Spannungsverstärker Invertierender Stromverstärker Anwendungen desspannungsverstärkers Anwendungen desstromverstärkers Nullpunktfehler desrealen Operationsverstärkers Elektrodynamische spannungsliefernde Aufnehmer Weg- undwinkelmessung Analoge Drehzahlmessung
4 Inhalt Hall-Sonde Induktions-Durchflussmesser Thermische spannungsliefernde Aufnehmer Thermoelement Integrierter Sperrschicht-Temperatur-Sensor Chemische spannungsliefernde Aufnehmer und Sensoren Galvanisches Element ph-messkettemitglaselektrode Sauerstoffmessung mit Festkörper-Ionenleiter Piezo-undpyroelektrische ladungsliefernde Aufnehmer Wirkungsweiseund Werkstoffe Piezoelektrischer Kraftaufnehmer Pyroelektrischer Infrarot-Sensor OptischeAufnehmer undsensoren Fotoelement undfotodiode Fotosensoren fürpositionsmessungen und zurbilderzeugung Fotozelle Fotovervielfacher Aufnehmer fürionisierende Strahlung Ionisationskammer Auslöse-Zählrohr Halbleiter-Strahlungsdetektor Messung von ohmschen Widerständen; Widerstandsaufnehmer Strom- undspannungsmessung Gleichzeitige MessungvonSpannung undstrom Vergleich miteinem Referenzwiderstand Anwendung einer Konstantstromquelle Brückenschaltungen Abgleich-Widerstandsmessbrücke Ausschlag-Widerstandsmessbrücke Verstärker für Brückenschaltungen Subtrahierer mit invertierendem Verstärker Subtrahierer mit Elektrometer-Verstärkern Trägerfrequenz-Brücke und -Messverstärker Widerstandsaufnehmer zurlängen- undwinkelmessung
5 10 Inhalt 3.6 Widerstandstemperaturfühler Metall-Widerstandsthermometer Heißleiter Kaltleiter Silizium-Widerstandstemperatursensor Fehlermöglichkeiten bei der Anwendung von elektrischen Berührungsthermometern Ermittlung verfahrenstechnischer Größen durchtemperaturmessungen Füllstandswächter Thermischer Massenstrommesser MessungderLuftfeuchte; MessungvonGaskonzentrationen Gassensoren mit halbleitenden Metalloxiden Lichtempfindlicher Widerstand Magnetischsteuerbarer Widerstand Feldplatte Anisotroper MagnetoresistiverEffekt (AMR) Spinventil, Riesenmagnetowiderstand und Kolossaler Magnetowiderstand Dehnungsmessstreifen Prinzip Metall-Dehnungsmessstreifen Störgrößen Anwendung derdmszurspannungsanalyse Halbleiter-Dehnungsmessstreifen Linearisieren derwiderstandsaufnehmer-kennlinien Linearisieren durcheinen Vor-und/oderParallelwiderstand Messung der Spannungsdifferenz bei Differenzial- Widerstandsaufnehmern Differenzial-Widerstandsaufnehmer ineiner Halbbrücke Messung von Blind- und Scheinwiderständen; induktive und kapazitive Aufnehmer Strom- undspannungsmessung MessungderEffektivwerte Vergleich mit Referenzelement Getrennte Ermittlung desblind- undwirkwiderstandes Messungeines Phasenwinkels Strommessung ineinem fremderregten Schwingkreis
6 Inhalt Wechselstrom-Abgleichbrücke Prinzip Kapazität-MessbrückenachWien Induktivitäts-MessbrückenachMaxwell Induktivitäts-MessbrückenachMaxwell-Wien Phasenschieber-Brücke Wechselspannungs-Ausschlagbrücke InduktiveAufnehmer Tauchanker-Aufnehmer zurlängen- und Winkelmessung Queranker-Aufnehmer zurlängen- undwinkelmessung Kurzschlussring-Sensor AnwendungderinduktivenLängen- und Winkelgeber InduktiverSchleifendetektor zurerfassung vonfahrzeugen Magnetoelastische Kraftmessdose KapazitiveAufnehmer ÄnderungdesPlattenabstands ÄnderungderPlattenfläche Geometrische Änderungdes Dielektrikums Änderung der Permittivitätszahl durch Feuchtigkeit odertemperatur Einsatz der induktiven und kapazitiven Abgriffe in Differenzdruck-Messumformern Vergleich derinduktiven undderkapazitiven Längenaufnehmer Energiedesmagnetischen unddeselektrischen Feldes GrößtederBrückenschaltung entnehmbare Leistung Steuerleistung zumverstellen deraufnehmer Digitale Grundschaltungen; Zeit- und Frequenzmesstechnik Darstellung, AnzeigeundAusgabenumerischer Messwerte Duales Zahlensystem Binärcodesfür Dezimalzahlen Ziffernanzeige; Vergleich mit Skalenanzeige Umsetzung eines digitalen Signals in eine Spannung; Digital/Analog-Umsetzer;digitalsteuerbare Spannungsquelle Bistabile Kippstufen Asynchrones RS-Speicherglied Taktgesteuertes RS-Speicherglied Taktflankengesteuertes D-Speicherglied
7 12 Inhalt Taktflankengesteuertes JK -Speicherglied Taktflankengesteuertes T-Speicherglied Zähler Synchroner Vorwärts-Dualzähler Register Parallelregister Schieberegister zurparallel/serien-umsetzung Schieberegister zurserien/parallel-umsetzung Multiplexer alsparallel/serien-umsetzer DigitaleZeitmessung Einführung DigitaleMessungeines Zeitintervalls Messungeiner Periodendauer Messungeines Phasenwinkels DigitaleFrequenzmessung DigitaleMessungeiner Frequenz odereiner Impulsrate MessungdesVerhältnisses zweierfrequenzen oderdrehzahlen MessungderDifferenz zweier Frequenzen oderdrehzahlen Universalzähler AnalogeMessungeines Zeitintervalls odereiner Frequenz Analoge Messung eines Zeitintervalls; t/u-umformung Analoge Messung einer Frequenz oder Impulsrate; f/u -Umformung Drehzahlaufnehmer Analog/Digital-Umsetzer für elektrische und mechanische Größen Abtast-undHalteglied mit Multiplexer Direktvergleichende A/D-Umsetzer Komparator Komparator mit Hysterese A/D-Umsetzermit parallelen Komparatoren Kaskaden-Parallel-Umsetzer A/D-Umsetzermit sukzessiverannäherung an denmesswert Spannung/Zeit- und Spannung/Frequenz-Umsetzer u/t-zweirampen-umsetzer u/f -UmsetzernachdemLadungsbilanzverfahren
8 Inhalt Synchroner u/f -UmsetzernachdemLadungsbilanzverfahren Delta-Sigma-Umsetzer Kenngrößen deranalog/digital-umsetzer Kennlinie Abtasttheorem Umsetzrateund Auflösung Quantisierungsrauschen, Zahldereffektiven Bit Analog/Digital-Umsetzerin Messgeräten Digital-Multimeter DigitalesSpeicher-Oszilloskop Logikanalysator A/D-Umsetzerfür mechanische Größen Endlagenschalter CodierteLängen- undwinkelgeber Inkrementale Längen- und Winkelgeber Vergleich dercodierten undinkrementalen Längengeber Schwingungsmessungen AstabileKippschaltungen als Frequenzumsetzer Kippschaltung mit Verstärker undkomparator Kippschaltung mit stabilisierten Hilfsspannungen Harmonische Oszillatoren Erzeugungungedämpfter Schwingungen LC-Oszillator RC-Oszillator Piezoelektrische Resonatoren Volumenschwingende Quarze Oberflächenwellen OFWinQuarzen FunkabfragbareSensoren Ultraschall-Durchflussmesser Mechanische Schwingungen Charakteristische Größen RelativeSchwingungsmessung AbsoluteSchwingungsmessung Monolithischintegrierter Beschleunigungssensor Schwingsaiten-Frequenzumsetzer Stimmgabel-Frequenzumsetzer Coriolis-Massendurchflussmesser
9 14 Inhalt 8 Spektralanalyse Aufgabenstellung FTCeines zeitkontinuierlichen Signals FTD eines zeitdiskreten Signals Übergangvomzeitkontinuierlichen zumzeitdiskreten Signal Unterschiede bei der Transformation eines zeitkontinuierlichen undeines zeitdiskreten Signals Abtasttheorem DFTeines abgetasteten, zeitbegrenzten Signals Datensatzmit endlich vielen Werten; diskretespektralfunktion Zusammenhang zwischen FTD unddft;anhängen vonnullen WahlderAbtastfrequenz InverseDiskreteFouriertransformation IDFT DFTeines abgetasteten, nicht zeitbegrenzten Signals Konstantes Signal Periodisches Signal Anhängen vonnullen, Abtastfrequenz undmesszeit InverseDiskreteFouriertransformation IDFT Fensterfunktionen Kriterien zurbeurteilung Fensterfunktionen und ihrespektren Fensterung beitransienten Signalen Anwendungen derdft Leistungsmessung imzeit- undfrequenzbereich Rechnerunterstützte Messsysteme Einführung Aufbau eines PersonalComputers Gerätetechnik Software Schnittstellen undbussysteme Einführung Serielle RS-232-Schnittstelle und abgeleitete Schnittstellen UniversalSerial BusUSB Paralleler IEC-Bus (GPIB-Bus, IEEE-488-Bus) Kabellose Netzwerke;Bluetooth, WLAN undirda
10 Inhalt Messgerätemit integrierter digitalerschnittstelle Anschluss Steuerung Messgeräteohne integrierte Schnittstelle Prinzip Aufbau einer Messkarte Messprogramme Aufgaben dermessprogramme Ablaufeines rechnergestützten Messprozesses Virtuelles Messgerät LabVIEW MATLAB Energieautarke, funkabfragbare verteilte Messsysteme Literatur Index
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