Elektrische Meßtechnik
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- Tristan Fuchs
- vor 8 Jahren
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Transkript
1 Reinhard Lerch Elektrische Meßtechnik Analoge, digitale und computergestützte Verfahren Mit 311 Abbildungen Springer
2 Inhaltsverzeichnis 1 Umfang und Bedeutung der Elektrischen Meßtechnik Zur Historie und Bedeutung der Meßtechnik Der Begriff des Messens Begriffsdefinitionen in der Meßtechnik Allgemeine Begriffe Meßgerät und Meßeinrichtung Meßkette (Struktur einer elektrischen Meßeinrichtung) Vorschriften und Normen Klassifizierung von Meßmethoden Ausschlagmethode - Kompensationsmethode Analog - Digital Kontinuierlich - Diskontinuierlich Direkt - Indirekt Die Informationsträger im Meßsignal 9 2 Die Grundlagen des Messens Maßsysteme, Einheiten, Naturkonstanten Maßsysteme Naturkonstanten Abgeleitete Einheiten Größen- und Zahlenwertgleichungen 14 3 Meßfehler Systematische Meßfehler Zufällige Meßfehler Normalverteilung, Mittelwert, Standardabweichung Vertrauensbereich für den Schätzwert Fortpflanzung zufälliger Fehler Genauigkeitsklassen bei Meßgeräten Dynamische Meßfehler Das Ubertragungsverhalten von Meßsystemen Definition des dynamischen Meßfehlers Bestimmung des dynamischen Meßfehlers 32 4 Analoges Messen elektrischer Größen Elektromechanische Meßgeräte Drehspulmeßwerk 35
3 Inhaltsverzeichnis IX Galvanometer Elektrodynamisches Meßwerk Dreheisenmeßwerk Drehspulquotientenmeßwerk (Kreuzspulmeßwerk) Drehmagnetmeßwerk Elektrostatisches Meßwerk Schaltzeichen für Meßgeräte Messung von Gleichstrom und Gleichspannung Messung von Gleichströmen Messung von Gleichspannungen Gleichzeitiges Messen von Strom und Spannung Messung von Wechselstrom und Wechselspannung Begriffsdefinitionen Gleichrichtung Messung des Scheitelwertes (Spitzenwert, Peak Value) Messung des Gleichrichtwertes Messung des Effektivwertes Meßwandler 69 5 Meßverstärker Operationsverstärker Idealer Operationsverstärker Realer Operationsverstärker Definitionen von Operationsverstärker-Kenngrößen Operationsverstärker-Grundschaltungen Spezielle Meßverstärker Instrumentenverstärker Zerhacker-Verstärker Ladungsverstärker Rauschen von Meßverstärkern Messung der elektrischen Leistung Leistungsmessung im Gleichstromkreis Leistungsmessung im Wechselstromkreis Begriffsdefinitionen Leistungsmessung im Einphasennetz Leistungsmessung in Drehstromsystemen Messung der elektrischen Arbeit Messung von elektrischen Impedanzen Messung von ohmschen Widerständen Strom- und Spannungsmessung Vergleich mit einem Referenzwiderstand Verwendung einer Konstantstromquelle Verwendung eines Kreuzspulinstrumentes 137
4 X Inhaltsverzeichnis 7.2 Kompensationsschaltungen Gleichspannungskompensation Gleichstromkompensation Gleichstrom-Meßbrücken Gleichstrom-Ausschlagbrücken Gleichstrom-Abgleichbrücken Messung von Schein- und Blindwiderständen Wechselstrom-Meßbrücken Wechselstrom-Abgleichbrücken Halbautomatischer Brückenabgleich Wechselstrom-Ausschlagbrücken Darstellung des Zeitverlaufes elektrischer Signale Analoges Elektronenstrahl-Oszilloskop Aufbau und Funktion der Elektronenstrahl-Röhre Zeitablenkung und Triggerung Funktionsgruppen eines Analog-Oszilloskops Analog-Speicheroszilloskop Sampling-Oszilloskop Spannungsteiler in Elektronenstrahl-Oszilloskopen Fehler bei der analogen Elektronenstrahl-Oszilloskopie Statische Fehler (Fehler der Ablenkkoeffizienten) Linearitätsfehler Dynamische Fehler des Oszilloskops Digital-Speicheroszilloskop Prinzipielle Funktionsweise Wiedergabe des aufgezeichneten Bildes Betriebsarten des Digital-Speicheroszilloskops Digitale Meßtechnik Duales Zahlensystem und Binärcodes Dualzahlendarstellung BCD-, Hexadezimal- und Gray-Code Fehlererkennung und Fehler korrekt ur Binäre Signale und ihre Verknüpfung Grundregeln bei der logischen Verknüpfung Digitale Grundschaltungen (Gatterschaltungen) Digitale Addierer Bistabile Kippschaltungen RS-Flip-Flop Taktzustandgesteuertes RS-Flip-Flop Taktflankengesteuertes RS-Flip-Flop Taktzustandgesteuertes D-Flip-Flop (Data-Latch) Taktflankengesteuertes D-Flip-Flop Taktflankengesteuertes JK-Flip-Flop 204
5 Inhaltsverzeichnis XI Taktflankengesteuertes T-Flip-Flop Monostabile Kippstufe Zähler-Schaltungen Dualzähler BCD-Zähler Digital-Analog-Umsetzung Grundlagen und Kenngrößen Schaltungstechnische Realisierungen Fehler bei der Digital-Analog-Umsetzung Analog-Digital-Umsetzung Abtastung (Sampling) Abtast-Halte-Schaltungen Direktvergleichende Analog-Digital-Umsetzer Analog-Digital-Umsetzung mit Zeit oder Frequenz Vergleich der Grundprinzipien Fehler bei der Analog-Digital-Umsetzung Digital-Multimeter (DMM) Die Messung von Frequenz und Zeit Mechanische Frequenzmessung Digitale Frequenzmessung Digitale Zeitmessung Zeitintervallmessung (Zeitdifferenzmessung) Periodendauermessung Digitale Phasenwinkelmessung Rechnender Zähler Zeit-Spannungs-Umsetzer (t/u-umsetzer) Frequenz-Spannungs-Umsetzer (f/u-umsetzer) Oszillatoren Grundlagen Harmonische Oszillatoren LC-Oszillator Relaxationsoszillatoren Quarzoszillator Fehler bei der digitalen Zeitintervall- bzw. Frequenzmessung Frequenznormale und Zeitzeichensender DCF-77 Zeitzeichensender NAVSTAR/GPS-Satellitennavigation Meßsignalverarbeitung Aufgaben und Bedeutung Multiplizieren, Dividieren, Quadrieren, Radizieren Ermittlung des Effektivwertes Bestimmung von Mittelungswerten Kenngrößen nicht-sinusförmiger periodischer Signale 301
6 XII Inhaltsverzeichnis 11.6 Messung von Signaleigenschaften mittels Korrelationsfunktion Äußere Störeinwirkungen Rechnergestützte Meßdatenerfassung Grundstrukturen von rechnergestützten Meßsystemen Hardware zur Meßdatenerfassung Grundstrukturen Grundtypen des Datentransfers Datenübertragung, serielle Schnittstellen und Bussysteme Die serielle RS232C-Schnittstelle (V.24-Schnittstelle) Kenngrößen der seriellen Datenübertragung Die IEC-Bus-Schnittstelle VME-Bus und VXI-Bus Feldbus Software zur rechnergestützten Meßdatenerfassung Allgemeine Bemerkungen Softwarelösungen im Bereich der Meßdatenerfassung Virtuelle Meßgeräte Software-Schnittstellen 367 Literaturverzeichnis 369 Sachverzeichnis 374
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