Elektrische Messtechnik : Messung elektrischer und nichtelektrischer Größen : mit 347 Bildern, 42 Tabellen und 34 Beispielen

Dieses bewährte Lehrbuch führt in die elektrische Messtechnik ein. Es ist nach elektrotechnischen Gesichtspunkten gegliedert und vermittelt ein fachlich breites und sicheres Basiswissen. An gezielt ausgesuchten Geräten, Schaltungen und Verfahren werden die physikalischen, mathematischen und technischen Grundlagen der elektrischen Messtechnik ausführlich dargestellt. Zahlreiche Zeichnungen, Diagramme und mathematische Ableitungen begleiten den Text. Das Erarbeiten des Stoffes wird dadurch wesentlich erleichtert und das Verständnis wird so weit gefördert, dass das Gelernte auf andere messtechnische Fragestellungen übertragen werden kann. Das Lehrbuch richtet sich an Studierende der Mess- und Elektrotechnik, aber auch an Ingenieur:innen, die sich mit dem Gebiet der elektrischen Messtechnik qualifiziert vertraut machen wollen. Aus dem Inhalt: - Strom und Spannung; spannungs- und stromliefernde Aufnehmer - Ohmsche Widerstände; Widerstandsaufnehmer - Blind- und Scheinwiderstände; induktive und kapazitive Aufnehmer - Digitale Grundschaltungen; Zeit- und Frequenzmesstechnik - Analog/Digital-Umsetzer für elektrische und mechanische Größen - Schwingungsmessungen - Spektralanalyse - Rechnerunterstützte Messsysteme Weiterführende Informationen, Übungsaufgaben und Lösungen finden sich auf der Webseite plus.hanser-fachbuch.de. 9783446474437.fm Vorwort zur 13. Auflage Vorwort zur 12. Auflage Inhalt 9783446474437.001 1 Grundlagen 1.1 Umfang und Bedeutung der elektrischen Messtechnik 1.2 Naturkonstanten und Maßeinheiten 1.2.1 Naturkonstanten 1.2.2 Internationales Einheitensystem, SI-Einheiten 1.2.3 Die neuen SI-Einheiten 1.2.4 Definition und Darstellung der Sekunde 1.2.5 Definition und Darstellung des Meters 1.2.6 Definition und Darstellung des Kilogramms 1.2.7 Definition und Darstellung der elektrischen Einheiten 1.2.8 Die SI-Einheiten der Temperatur, der Stoffmenge und der Lichtstärke 1.2.9 Größenund Zahlenwertgleichungen 1.3 Statisches Verhalten der Messgeräte; Kennlinie und Empfindlichkeit 1.4 Messfehler und Messunsicherheiten 1.4.1 Bekannte Einflüsse; Korrektur des bekannten Messfehlers 1.4.2 Unbekannte, normalverteilte Unsicherheiten; eine einzige Messgröße 1.4.3 Unbekannte, normalverteilte Unsicherheiten; verknüpfte Messgrößen Y = f (Xi ) 1.4.4 Student’sche t-Verteilung 1.4.5 Unbekannte, systematische Unsicherheiten 1.4.6 Korrelierte Messgrößen 1.4.7 Zusammenfassung 1.5 Dynamisches Verhalten der Messgeräte 1.5.1 Verzögerungsglied 1. Ordnung 1.5.2 Verzögerungsglied 2. Ordnung 1.5.3 Weitere Beispiele für das Zeitverhalten 1.6 Dynamische Messfehler 1.6.1 Fehlermöglichkeiten 1.6.2 Korrektur des dynamischen Fehlers 1.7 Strukturen von Messeinrichtungen 1.7.1 Kettenstruktur 1.7.2 Parallelstruktur 1.7.3 Kreisstruktur 1.8 Die informationstragenden Parameter der Messsignale 1.9 Elektrisches Messen nichtelektrischer Größen 1.9.1 Physikalische Effekte zum elektrischen Messen nichtelektrischer Größen 1.9.2 Sensornahe Signalverarbeitung 9783446474437.002 2 Messung von Strom und Spannung; spannungs- und stromliefernde Aufnehmer 2.1 Elektromechanische Messgeräte und ihre Anwendung 2.1.1 Messwerke 2.1.2 Messung von Gleichstrom und Gleichspannung 2.1.3 Messung von Wechselstrom und Wechselspannung 2.1.4 Messung der Leistung 2.1.5 Messung der elektrischen Arbeit 2.2 Elektronenstrahl-Oszilloskop 2.2.1 Elektronenstrahl-Röhre 2.2.2 Baugruppen 2.2.3 Betriebsarten des Elektronenstrahl-Oszilloskops 2.3 Messverstärker 2.3.1 Einführung 2.3.2 Nicht invertierender Spannungsverstärker 2.3.3 Invertierender Stromverstärker 2.3.4 Anwendungen des Spannungsverstärkers 2.3.5 Anwendungen des Stromverstärkers 2.3.6 Nullpunktfehler des realen Operationsverstärkers 2.4 Elektrodynamische spannungsliefernde Aufnehmer 2.4.1 Wegund Winkelmessung 2.4.2 Drehzahlaufnehmer – Generatoren 2.4.3 Hall-Sonde 2.4.4 Induktions-Durchflussmesser 2.5 Thermische spannungsliefernde Aufnehmer 2.5.1 Thermoelement 2.5.2 Integrierter Sperrschicht-Temperatur-Sensor 2.6 Chemische spannungsliefernde Aufnehmer und Sensoren 2.6.1 Galvanisches Element 2.6.2 pH-Messkette mit Glaselektrode 2.6.3 Sauerstoffmessung mit Festkörper-Ionenleiter 2.7 Piezo- und pyroelektrische ladungsliefernde Aufnehmer 2.7.1 Wirkungsweise und Werkstoffe 2.7.2 Piezoelektrischer Kraftaufnehmer 2.7.3 Pyroelektrischer Infrarot-Sensor 2.8 Optische Aufnehmer und Sensoren 2.8.1 Fotoelement und Fotodiode 2.8.2 Fotosensoren für Positionsmessungen und zur Bilderzeugung 2.8.3 Fotozelle 2.8.4 Fotovervielfacher und Mikrokanalplatte 2.9 Aufnehmer für ionisierende Strahlung 2.9.1 Ionisationskammer 2.9.2 Halbleiter-Strahlungsdetektor 9783446474437.003 3 Messung von ohmschen Widerständen; Widerstandsaufnehmer 3.1 Strom- und Spannungsmessung 3.1.1 Gleichzeitige Messung von Spannung und Strom 3.1.2 Vergleich mit einem Referenzwiderstand 3.2 Anwendung einer Konstantstromquelle 3.3 Brückenschaltungen 3.3.1 Abgleich-Widerstandsmessbrücke 3.3.2 Ausschlag-Widerstandsmessbrücke 3.4 Verstärker für Brückenschaltungen 3.4.1 Subtrahierer mit invertierendem Verstärker 3.4.2 Subtrahierer mit Elektrometer-Verstärkern 3.4.3 Trägerfrequenz-Brücke und -Messverstärker 3.5 Widerstandsaufnehmer zur Längen- und Winkelmessung 3.6 Widerstandstemperaturfühler 3.6.1 Metall-Widerstandsthermometer 3.6.2 Heißleiter 3.6.3 Kaltleiter 3.6.4 Silizium-Widerstandstemperatursensor 3.6.5 Fehlermöglichkeiten bei der Anwendung von elektrischen Berührungsthermometern 3.7 Ermittlung verfahrenstechnischer Größen durch Temperaturmessungen 3.7.1 Füllstandswächter 3.7.2 Thermischer Massenstrommesser 3.7.3 Messung der Luftfeuchte; Messung von Gaskonzentrationen 3.8 Gassensoren mit halbleitenden Metalloxiden 3.9 Lichtempfindlicher Widerstand 3.10 Magnetisch steuerbarer Widerstand 3.10.1 Feldplatte 3.10.2 Anisotroper magnetoresistiver Effekt (AMR) 3.10.3 Spinventil, Riesenmagnetowiderstand und kolossaler Magnetowiderstand 3.11 Dehnungsmessstreifen 3.11.1 Prinzip 3.11.2 Metall-Dehnungsmessstreifen 3.11.3 Störgrößen 3.11.4 Anwendung der DMS zur Spannungsanalyse 3.11.5 Halbleiter-Dehnungsmessstreifen 3.12 Linearisieren der Widerstandsaufnehmer-Kennlinien 3.12.1 Linearisieren durch einen Vorund/oder Parallelwiderstand 3.12.2 Messung der Spannungsdifferenz bei DifferenzialWiderstandsaufnehmern 3.12.3 Differenzial-Widerstandsaufnehmer in einer Halbbrücke 9783446474437.004 4 Messung von Blind- und Scheinwiderständen; induktive und kapazitive Aufnehmer 4.1 Strom- und Spannungsmessung 4.1.1 Messung der Effektivwerte 4.1.2 Vergleich mit Referenzelement 4.1.3 Getrennte Ermittlung des Blindund Wirkwiderstandes 4.1.4 Messung eines Phasenwinkels 4.1.5 Strommessung in einem fremderregten Schwingkreis 4.2 Wechselstrom-Abgleichbrücke 4.2.1 Prinzip 4.2.2 Kapazität-Messbrücke nach Wien 4.2.3 Induktivitäts-Messbrücke nach Maxwell 4.2.4 Induktivitäts-Messbrücke nach Maxwell-Wien 4.2.5 Phasenschieber-Brücke 4.3 Wechselspannungs-Ausschlagbrücke 4.4 Induktive Aufnehmer 4.4.1 Tauchanker-Aufnehmer zur Längenund Winkelmessung 4.4.2 Queranker-Aufnehmer zur Längenund Winkelmessung 4.4.3 Kurzschlussring-Sensor 4.4.4 Anwendung der induktiven Längenund Winkelgeber 4.4.5 Induktiver Schleifendetektor zur Erfassung von Fahrzeugen 4.4.6 Magnetoelastische Kraftmessdose 4.5 Kapazitive Aufnehmer 4.5.1 Änderung des Plattenabstands 4.5.2 Änderung der Plattenfläche 4.5.3 Geometrische Änderung des Dielektrikums 4.5.4 Änderung der Permittivitätszahl durch Feuchtigkeit oder Temperatur 4.6 Einsatz der induktiven und kapazitiven Abgriffe in Differenzdruck-Messumformern 4.7 Vergleich der induktiven und der kapazitiven Längenaufnehmer 4.7.1 Energie des magnetischen und des elektrischen Feldes 4.7.2 Größte der Brückenschaltung entnehmbare Leistung 4.7.3 Steuerleistung zum Verstellen der Aufnehmer 9783446474437.005 5 Digitale Grundschaltungen; Zeit- und Frequenzmesstechnik 5.1 Darstellung, Anzeige und Ausgabe numerischer Messwerte 5.1.1 Duales Zahlensystem 5.1.2 Binärcodes für Dezimalzahlen 5.1.3 Ziffernanzeige; Vergleich mit Skalenanzeige 5.1.4 Umsetzung eines digitalen Signals in eine Spannung; Digital/Analog-Umsetzer; digital steuerbare Spannungsquelle 5.2 Bistabile Kippstufen 5.2.1 Asynchrones RS-Speicherglied 5.2.2 Taktgesteuertes RS-Speicherglied 5.2.3 Taktflankengesteuertes D-Speicherglied 5.2.4 Taktflankengesteuertes JK-Speicherglied 5.2.5 Taktflankengesteuertes T -Speicherglied 5.3 Zähler 5.4 Register 5.4.1 Parallelregister 5.4.2 Schieberegister zur Parallel/Serien-Umsetzung 5.4.3 Schieberegister zur Serien/Parallel-Umsetzung 5.4.4 Multiplexer als Parallel/Serien-Umsetzer 5.5 Digitale Zeitmessung 5.5.1 Einführung 5.5.2 Digitale Messung eines Zeitintervalls 5.5.3 Messung einer Periodendauer 5.5.4 Messung eines Phasenwinkels 5.6 Digitale Frequenzmessung 5.6.1 Digitale Messung einer Frequenz oder einer Impulsrate 5.6.2 Messung des Verhältnisses zweier Frequenzen oder Drehzahlen 5.6.3 Messung der Differenz zweier Frequenzen oder Drehzahlen 5.6.4 Universalzähler 5.7 Analoge Messung eines Zeitintervalls oder einer Frequenz 5.7.1 Analoge Messung eines Zeitintervalls; t=u-Umformung 5.7.2 Analoge Messung einer Frequenz oder Impulsrate; f=u-Umformung 9783446474437.006 6 Analog/Digital-Umsetzer für elektrische und mechanische Größen 6.1 Abtast- und Halteglied 6.2 Direkt vergleichende A/D-Umsetzer 6.2.1 Komparator 6.2.2 Komparator mit Hysterese 6.2.3 A/D-Umsetzer mit parallelen Komparatoren 6.2.4 Kaskaden-Parallel-Umsetzer 6.2.5 A/D-Umsetzer mit sukzessiver Annäherung an den Messwert 6.3 Spannung/Zeit- und Spannung/Frequenz-Umsetzer 6.3.1 u=t-Zweirampen-Umsetzer 6.3.2 u= f -Umsetzer nach dem Ladungsbilanzverfahren 6.3.3 Delta-Sigma-Umsetzer 6.4 Kenngrößen der Analog/Digital-Umsetzer 6.4.1 Kennlinie 6.4.2 Abtasttheorem 6.4.3 Umsetzrate und Auflösung 6.4.4 Quantisierungsrauschen, Zahl der effektiven Bit 6.5 Analog/Digital-Umsetzer in Messgeräten 6.5.1 Digital-Multimeter 6.5.2 Digitales Speicher-Oszilloskop 6.6 A/D-Umsetzer für mechanische Größen 6.6.1 Endlagenschalter 6.6.2 Codierte Längenund Winkelgeber 6.6.3 Inkrementale Längenund Winkelgeber 6.6.4 Vergleich der codierten und inkrementalen Längengeber 9783446474437.007 7 Schwingungsmessungen 7.1 Astabile Kippschaltungen als Frequenzumsetzer 7.1.1 Kippschaltung mit Verstärker und Komparator 7.1.2 Kippschaltung mit stabilisierten Hilfsspannungen 7.2 Harmonische Oszillatoren 7.2.1 Erzeugung ungedämpfter Schwingungen, Prinzip 7.2.2 LC-Oszillator 7.2.3 RC-Oszillator 7.3 Piezoelektrische Resonatoren 7.3.1 Volumenschwingende Quarze 7.3.2 Oberflächenwellen OFW in Quarzen 7.3.3 Funkabfragbare Sensoren 7.3.4 Ultraschall-Durchflussmesser 7.4 Mechanische Schwingungen 7.4.1 Charakteristische Größen 7.4.2 Relative Schwingungsmessung 7.4.3 Absolute Schwingungsmessung 7.4.4 Monolithisch integrierter Beschleunigungssensor 7.4.5 Stimmgabel-Frequenzumsetzer 7.4.6 Coriolis-Massendurchflussmesser 9783446474437.008 8 Spektralanalyse 1) 8.1 Aufgabenstellung 8.2 FTC eines zeitkontinuierlichen Signals 8.3 FTD eines zeitdiskreten Signals 8.3.1 Übergang vom zeitkontinuierlichen zum zeitdiskreten Signal 8.3.2 Unterschiede bei der Transformation eines zeitkontinuierlichen und eines zeitdiskreten Signals 8.3.3 Abtasttheorem 8.4 DFT eines abgetasteten, zeitbegrenzten Signals 8.4.1 Datensatz mit endlich vielen Werten; diskrete Spektralfunktion 8.4.2 Zusammenhang zwischen FTD und DFT; Anhängen von Nullen 8.4.3 Wahl der Abtastfrequenz 8.4.4 Inverse Diskrete Fouriertransformation IDFT 8.5 DFT eines abgetasteten, nicht zeitbegrenzten Signals 8.5.1 Konstantes Signal 8.5.2 Periodisches Signal 8.5.3 Anhängen von Nullen, Abtastfrequenz und Messzeit 8.5.4 Inverse Diskrete Fouriertransformation IDFT 8.6 Fensterfunktionen 8.6.1 Kriterien zur Beurteilung 8.6.2 Fensterfunktionen und ihre Spektren 8.6.3 Fensterung bei transienten Signalen 8.7 Anwendungen der DFT 8.8 Leistungsmessung im Zeit- und Frequenzbereich 9783446474437.009 9 Rechnerunterstützte Messsysteme 9.1 Bussysteme 9.1.1 Kenngrößen von Bussystemen 9.1.2 Universal Serial Bus USB 9.2 Steuerung eines Messaufbaus 9.2.1 Gerätesteuerung 9.2.2 Aufgaben der Messprogramme 9.2.3 Ablauf eines rechnergestützten Messprozesses 9.2.4 Virtuelles Messgerät 9.2.5 Steuerung eines Messaufbaus mit LabVIEW 9.3 Eingebettetes System 9.3.1 Mikrocontroller 9.3.2 Programmierung von Mikrocontrollern 9783446474437.bm Index