Elektrische Messtechnik

Transkript

1 Elektrische Messtechnik Messung elektrischer und nichtelektrischer Größen Bearbeitet von Elmar Schrüfer 9., aktualisierte Auflage Buch. 512 S. Hardcover ISBN Format (B x L): 16,8 x 24,7 cm Gewicht: 951 g Weitere Fachgebiete > Technik > Elektronik > Sensorik Zu Leseprobe schnell und portofrei erhältlich bei Die Online-Fachbuchhandlung beck-shop.de ist spezialisiert auf Fachbücher, insbesondere Recht, Steuern und Wirtschaft. Im Sortiment finden Sie alle Medien (Bücher, Zeitschriften, CDs, ebooks, etc.) aller Verlage. Ergänzt wird das Programm durch Services wie Neuerscheinungsdienst oder Zusammenstellungen von Büchern zu Sonderpreisen. Der Shop führt mehr als 8 Millionen Produkte.

2 Elmar Schrüfer Elektrische Messtechnik Messung elektrischer und nichtelektrischer Größen ISBN-10: ISBN-13: Inhaltsverzeichnis Weitere Informationen oder Bestellungen unter sowie im Buchhandel

3 Inhaltsverzeichnis 1 Grundlagen UmfangundBedeutungderelektrischenMesstechnik Maßeinheiten InternationalesEinheitensystem,SI-Einheiten Einheiten und Fundamentalkonstanten Darstellung der mechanischen Grundeinheiten Darstellung, Reproduzierung, Bewahrung und Weitergabe derelektrischeneinheiten Rückführbarkeit;DeutscherKalibrierdienst Größen-undZahlenwertgleichungen Statisches Verhalten der Messgeräte StatischeMessfehlerundMessunsicherheiten Einführung Bekannte Einflüsse;systematischeMessfehler Unbekannte Einflüsse;Messunsicherheit Dynamisches Verhalten der Messgeräte Verzögerungsgliedl.Ordnung Verzögerungsglied2.Ordnung Weitere Beispiele fürdaszeitverhalten DynamischeMessfehler Fehlermöglichkeiten KorrekturdesdynamischenFehlers StrukturenvonMesseinrichtungen Kettenstruktur Parallelstruktur Kreisstruktur Die informationstragenden Parameter der Messsignale

4 8 Inhaltsverzeichnis 1.9 Elektrisches Messen nichtelektrischer Größen Physikalische Effekte zum elektrischen Messen nichtelektrischer Größen SensornaheSignalverarbeitung Messung von Strom und Spannung; spannungs- und stromliefernde Aufnehmer Elektromechanische Messgeräte und ihre Anwendung Messwerke MessungvonGleichstromundGleichspannung MessungvonWechselstromundWechselspannung MessungderLeistung MessungderelektrischenArbeit Registrierende Messgeräte Elektronenstrahl-Oszilloskop Elektronenstrahl-Röhre Baugruppen Spezial-Oszilloskope Betriebsarten des Elektronenstrahl-Oszilloskops Messverstärker Einführung Nicht invertierender Spannungsverstärker Invertierender Stromverstärker Anwendungen des Spannungsverstärkers Anwendungen des Stromverstärkers Nullpunktfehler des realen Operationsverstärkers ElektrodynamischespannungslieferndeAufnehmer Weg-undWinkelmessung AnalogeDrehzahlmessung Hall-Sonde Induktions-Durchflussmesser ThermischespannungslieferndeAufnehmer

5 Inhaltsverzeichnis Thermoelement IntegrierterSperrschicht-Temperatur-Sensor ChemischespannungslieferndeAufnehmerundSensoren GalvanischesElement ph-messkettemitglaselektrode Sauerstoffmessung mit Festkörper-Ionenleiter Piezo- und pyroelektrische ladungsliefernde Aufnehmer WirkungsweiseundWerkstoffe PiezoelektrischerKraftaufnehmer PyroelektrischerInfrarot-Sensor OptischeAufnehmerundSensoren FotoelementundFotodiode Fotosensoren für Positionsmessungen und zur Bilderzeugung Fotozelle Fotovervielfacher Aufnehmer fürionisierendestrahlung Ionisationskammer Auslöse-Zählrohr Halbleiter-Strahlungsdetektor Messung von ohmschen Widerständen; Widerstandsaufnehmer Strom-undSpannungsmessung GleichzeitigeMessungvonSpannungundStrom VergleichmiteinemReferenzwiderstand Anwendung einer Konstantstromquelle Brückenschaltungen Abgleich-Widerstandsmessbrücke Ausschlag-Widerstandsmessbrücke Verstärker für Brückenschaltungen Subtrahierer mit invertierendem Verstärker Subtrahierer mit Elektrometer-Verstärkern Trägerfrequenz-Brücke und -Messverstärker

6 10 Inhaltsverzeichnis 3.5 Widerstandsaufnehmer zur Längen-undWinkelmessung Widerstandstemperaturfühler Metall-Widerstandsthermometer Heißleiter Kaltleiter Silizium-Widerstandstemperatursensor Fehlermöglichkeiten bei der Anwendung von elektrischen Berührungsthermometern Ermittlung verfahrenstechnischer Größen durch Temperaturmessungen Füllstandswächter ThermischerMassenstrommesser Messung der Luftfeuchte; Messung von Gaskonzentrationen GassensorenmithalbleitendenMetalloxiden Lichtempfindlicher Widerstand MagnetischsteuerbarerWiderstand Dehnungsmessstreifen Prinzip Metall-Dehnungsmessstreifen Störgrößen Anwendung der DMS zur Spannungsanalyse Halbleiter-Dehnungsmessstreifen LinearisierenderWiderstandsaufnehmer-Kennlinien Linearisieren durch einen Vor- und/oder Parallelwiderstand Messung der Spannungsdifferenz bei Differenzial- Widerstandsaufnehmern Differenzial-Widerstandsaufnehmer in einer Halbbrücke Messung von Blind- und Scheinwiderständen; induktive und kapazitive Aufnehmer Strom-undSpannungsmessung MessungderEffektivwerte VergleichmitReferenzelement Getrennte Ermittlung des Blind- und Wirkwiderstandes

7 Inhaltsverzeichnis MessungeinesPhasenwinkels Strommessung in einem fremderregten Schwingkreis Wechselstrom-Abgleichbrücke Prinzip Kapazität-MessbrückenachWien Induktivitäts-MessbrückenachMaxwell Induktivitäts-MessbrückenachMaxwell-Wien Phasenschieber-Brücke Wechselspannungs-Ausschlagbrücke Induktive Aufnehmer Tauchanker-Aufnehmer zur Längen- und Winkelmessung Queranker-Aufnehmer zur Längen- und Winkelmessung Kurzschlussring-Sensor Anwendung der induktiven Längen- und Winkelgeber Induktiver Schleifendetektor zur Erfassung von Fahrzeugen MagnetoelastischeKraftmessdose KapazitiveAufnehmer ÄnderungdesPlattenabstands Änderung der Plattenfläche Geometrische ÄnderungdesDielektrikums Änderung der Permittivitätszahl durch Feuchtigkeit odertemperatur Einsatz der induktiven und kapazitiven Abgriffe in Differenzdruck- Messumformern Vergleich der induktiven und der kapazitiven Längenaufnehmer Energie des magnetischen und des elektrischen Feldes Größte der Brückenschaltung entnehmbare Leistung SteuerleistungzumVerstellenderAufnehmer

8 12 Inhaltsverzeichnis 5 Digitale Grundschaltungen; Zeit- und Frequenzmesstechnik Binäre Signale und ihre logischen Verknüpfungen BinäreSignale Logische Verknüpfungen binärersignale Darstellung,AnzeigeundAusgabenumerischerMesswerte DualesZahlensystem Binärcodes fürdezimalzahlen Ziffernanzeige;VergleichmitSkalenanzeige UmsetzungeinesdigitalenSignalsineineSpannung BistabileKippstufen Asynchrones RS-Speicherglied Taktgesteuertes RS-Speicherglied Taktflankengesteuertes D-Speicherglied Taktflankengesteuertes JK -Speicherglied Taktflankengesteuertes T -Speicherglied Zähler Asynchroner Vorwärts-Dualzähler Synchroner Vorwärts-Dualzähler Synchroner Vorwärts-BCD-Zähler Register Parallelregister SchieberegisterzurParallel/Serien-Umsetzung SchieberegisterzurSerien/Parallel-Umsetzung MultiplexeralsParallel/Serien-Umsetzer DigitaleZeitmessung Einführung DigitaleMessungeinesZeitintervalls MessungeinerPeriodendauer MessungeinesPhasenwinkels DigitaleFrequenzmessung Digitale Messung einer Frequenz oder einer Impulsrate

9 Inhaltsverzeichnis Messung des Verhältnisses zweier Frequenzen oder Drehzahlen Messung der Differenz zweier Frequenzen oder Drehzahlen Universalzähler AnalogeMessungeinesZeitintervallsodereinerFrequenz 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-undHaltegliedmitMultiplexer DirektvergleichendeA/D-Umsetzer Komparator KomparatormitHysterese A/D-UmsetzermitparallelenKomparatoren Kaskaden-Parallel-Umsetzer A/D-Umsetzer mit sukzessiver Annäherung an den Messwert Spannung/Zeit-undSpannung/Frequenz-Umsetzer u/t-zweirampen-umsetzer u/f -Umsetzer nach dem Ladungsbilanzverfahren Synchroner u/f -Umsetzer nach dem Ladungsbilanzverfahren Delta-Sigma-Umsetzer Kenngrößen der Analog/Digital-Umsetzer Kennlinie Abtasttheorem Umsetzrate und Auflösung Quantisierungsrauschen,ZahldereffektivenBit Analog/Digital-Umsetzer in Messgeräten Digital-Multimeter Digitales Speicher-Oszilloskop Logikanalysator A/D-Umsetzer für mechanische Größen

10 14 Inhaltsverzeichnis Endlagenschalter Codierte Längen-undWinkelgeber Inkrementale Längen-undWinkelgeber Vergleich der codierten und inkrementalen Längengeber Schwingungsmessungen AstabileKippschaltungenalsFrequenzumsetzer Kippschaltung mit VerstärkerundKomparator Kippschaltung mit stabilisierten Hilfsspannungen Harmonische Oszillatoren Erzeugung ungedämpfterschwingungen LC-Oszillator RC-Oszillator PiezoelektrischeResonatoren VolumenschwingendeQuarze OberflächenwellenOFWinQuarzen FunkabfragbareSensoren Ultraschall-Durchflussmesser MechanischeSchwingungen Charakteristische Größen RelativeSchwingungsmessung AbsoluteSchwingungsmessung MonolithischintegrierterBeschleunigungssensor Schwingsaiten-Frequenzumsetzer Stimmgabel-Frequenzumsetzer Coriolis-Massendurchflussmesser Spektralanalyse Aufgabenstellung FTCeineszeitkontinuierlichenSignals FTDeineszeitdiskretenSignals Übergang vom zeitkontinuierlichen zum zeitdiskreten Signal.. 414

11 Inhaltsverzeichnis Unterschiede bei der Transformation eines zeitkontinuierlichen undeineszeitdiskretensignals Abtasttheorem DFTeinesabgetasteten,zeitbegrenztenSignals Datensatz mit endlich vielen Werten; diskrete Spektralfunktion Zusammenhang zwischen FTD und DFT; Anhängen von Nullen WahlderAbtastfrequenz InverseDiskreteFouriertransformationIDFT DFTeinesabgetasteten,nichtzeitbegrenztenSignals KonstantesSignal PeriodischesSignal Anhängen von Nullen, Abtastfrequenz und Messzeit InverseDiskreteFouriertransformationIDFT Fensterfunktionen KriterienzurBeurteilung FensterfunktionenundihreSpektren FensterungbeitransientenSignalen Anwendungen der DFT LeistungsmessungimZeit-undFrequenzbereich Rechnerunterstützte Messsysteme Einführung AufbaueinesPersonalComputers Gerätetechnik Software SchnittstellenundBussysteme Einführung Serielle RS-232-Schnittstelle und abgeleitete Schnittstellen UniversalSerialBusUSB Paralleler IEC-Bus (GPIB-Bus, IEEE-488-Bus) KabelloseNetzwerke;Bluetooth,WLANundIrDA MessgerätemitintegrierterdigitalerSchnittstelle

12 16 Inhaltsverzeichnis Anschluss Steuerung MessgeräteohneintegrierteSchnittstelle Prinzip AufbaueinerMesskarte AnschlusseinerMesskarteaneinenRechner Messprogramme AufgabenderMessprogramme Ablauf eines rechnergestütztenmessprozesses Virtuelles Messgerät LabVIEW MATLAB Beispiel:MessungdeslinearenFrequenzgangs Literaturverzeichnis Tabellenverzeichnis Sachwortverzeichnis