Taschenbuch der Messtechnik
von: Jörg Hoffmann
Carl Hanser Fachbuchverlag, 2015
ISBN: 9783446445116
Sprache: Deutsch
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Format: PDF, auch als Online-Lesen
Vorwort | 8 | ||
Inhaltsverzeichnis | 10 | ||
1 Grundbegriffe | 20 | ||
1.1 Gegenstand der Messtechnik | 20 | ||
1.2 Messtechnische Disziplinen, Aufgaben und Ziele | 21 | ||
1.2.1 Bezeichnungen | 21 | ||
1.2.2 Strategische Ziele | 23 | ||
1.2.3 Messtechnische Handlungen und Einrichtungen | 25 | ||
1.3 Größen und Einheiten | 27 | ||
1.3.1 Größen | 28 | ||
1.3.2 Einheiten | 28 | ||
1.4 Messgrößenwandlung | 30 | ||
1.5 Grundstrukturen | 33 | ||
1.6 Weiterverarbeitung | 36 | ||
1.7 Unifizierung und Schnittstellen | 38 | ||
1.7.1 Aufgabenunifizierung | 38 | ||
1.7.2 Schnittstellen | 38 | ||
1.8 Signale | 39 | ||
1.8.1 Signalmerkmale | 40 | ||
1.8.2 Signalwandlung | 42 | ||
1.8.3 Abtastung und Analog/Digital-Umsetzung | 44 | ||
1.8.4 Einheitssignale | 45 | ||
1.9 Kennfunktionen und Kennwerte | 47 | ||
1.9.1 Statische Kennfunktionen und Kennwerte | 48 | ||
1.9.2 Dynamische Kennfunktionen und Kennwerte | 49 | ||
1.9.3 Fehler | 51 | ||
1.10 Entwicklungstendenzen | 51 | ||
1.10.1 Historischer Rückblick | 52 | ||
1.10.2 Ausblick | 54 | ||
2 Messen elektrischer Größen | 56 | ||
2.1 Größen in Gleich- und Wechselspannungssystemen | 56 | ||
2.1.1 Gleichspannung und Gleichstrom | 56 | ||
2.1.2 Wechselspannung und Wechselstrom | 59 | ||
2.1.3 Grundschaltelemente | 63 | ||
2.1.4 Wechselspannungen und Wechselströme im Dreiphasensystem | 65 | ||
2.1.5 Impulsförmige und zufällige Spannungs- und Stromverläufe | 68 | ||
2.1.6 Leistung | 69 | ||
2.1.6.1 Wirkleistung | 70 | ||
2.1.6.2 Blindleistung | 72 | ||
2.1.6.3 Scheinleistung | 73 | ||
2.1.6.4 Leistungsfaktor | 74 | ||
2.1.7 Wirk- und Blindenergie | 74 | ||
2.1.8 Größen des elektrischen und magnetischen Feldes | 74 | ||
2.2 Messwerke und Messgeräte | 76 | ||
2.2.1 Messung zeitlicher Verläufe | 84 | ||
2.2.2 Messung von Gleichstrom und Gleichspannung | 90 | ||
2.2.3 Messung des Quotienten zweier Gleichgrößen | 92 | ||
2.2.4 Messung des Spitzenwertes | 92 | ||
2.2.5 Messung des Gleichrichtwertes | 93 | ||
2.2.6 Messung des Effektivwertes | 94 | ||
2.2.7 Messung der Leistung | 98 | ||
2.2.8 Messung der Energie | 100 | ||
2.2.9 Messung der Frequenz | 103 | ||
2.2.10 Messung des Phasenwinkels | 104 | ||
2.2.11 Messung magnetischer Feldgrößen | 106 | ||
2.2.12 Messung elektrischer Feldgrößen | 107 | ||
2.2.13 Universalmessgeräte und Messplätze | 107 | ||
2.2.14 Kenngrößen und Anwenderinformationen | 109 | ||
2.3 Messzubehör | 110 | ||
2.3.1 Normale | 110 | ||
2.3.2 Messwiderstände | 111 | ||
2.3.3 Spannungsteiler | 111 | ||
2.3.4 Messwandler | 113 | ||
2.3.5 Messumformer | 115 | ||
2.4 Messverfahren zur Messung elektrischer Größen | 117 | ||
2.4.1 Widerstand | 118 | ||
2.4.2 Induktivität | 120 | ||
2.4.3 Kapazität und Verlustfaktor | 122 | ||
2.4.4 Spannung | 124 | ||
2.4.5 Strom | 126 | ||
2.4.6 Leistung | 126 | ||
2.4.7 Energie | 128 | ||
2.4.8 Phasenwinkel | 129 | ||
2.4.9 Frequenz | 129 | ||
2.4.10 Klirrfaktor | 130 | ||
2.4.11 Formfaktor | 130 | ||
2.4.12 Teilentladungen | 130 | ||
2.5 Analyse elektrischer Signale | 131 | ||
2.5.1 Harmonische Analyse | 131 | ||
2.5.2 Fourier-Transformation | 133 | ||
3 Messen nichtelektrischer Größen | 137 | ||
3.1 Temperatur | 137 | ||
3.1.1 Thermoelemente | 137 | ||
3.1.2 Metall-Widerstandsthermometer | 141 | ||
3.1.3 Heißleiter | 143 | ||
3.1.4 Kaltleiter | 145 | ||
3.1.5 Silizium-Widerstandstemperatursensor | 146 | ||
3.1.6 Silizium-Sperrschicht-Temperatursensor | 147 | ||
3.1.7 Quarztemperatursensor | 148 | ||
3.1.8 Faseroptisches Lumineszenzthermometer | 149 | ||
3.1.9 Störung des Temperaturfeldes durch Berührungsthermometer | 150 | ||
3.1.10 Thermosäule | 151 | ||
3.1.11 Bolometer | 152 | ||
3.1.12 Pyroelektrischer Temperatursensor | 152 | ||
3.1.13 Strahlungspyrometer | 155 | ||
3.2 Druck | 156 | ||
3.2.1 Federelastische Druckmessgeräte | 157 | ||
3.2.2 Flüssigkeitsmanometer | 160 | ||
3.2.3 Druckmessumformer | 161 | ||
3.2.3.1 Druckmessumformer nach dem Dehnungsmessstreifen-(DMS-)Prinzip | 162 | ||
3.2.3.2 Druckmessumformer nach dem piezoresistiven Prinzip | 162 | ||
3.2.3.3 Druckmessumformer nach dem induktiven Prinzip | 165 | ||
3.2.3.4 Druckmessumformer nach dem kapazitiven Prinzip | 166 | ||
3.2.3.5 Druckmessumformer nach dem Prinzip der Resonanzfrequenzmessung | 168 | ||
3.2.3.6 Druckmessumformer nach dem piezoelektrischen Prinzip | 169 | ||
3.2.3.7 Druckmessumformer mit Schwingquarzen | 170 | ||
3.2.3.8 Drucksensoren nach dem Prinzip der akustischen Oberflächenwellen | 170 | ||
3.2.4 Vakuumdruckmessung | 171 | ||
3.3 Durchfluss | 172 | ||
3.3.1 Durchflussmessung durch energetische Beziehungen einer Strömung | 173 | ||
3.3.2 Volumenzähler | 176 | ||
3.3.3 Schwebekörper-Durchflussmessung | 178 | ||
3.3.4 Magnetisch-induktive Durchflussmessung (MID) | 180 | ||
3.3.5 Wirbelfrequenz-Durchflussmessung | 181 | ||
3.3.6 Laufzeitverfahren (Korrelation) | 184 | ||
3.3.7 Ultraschall-Durchflussmessung | 185 | ||
3.3.8 Massendurchflussmessung nach dem Coriolis-Prinzip | 188 | ||
3.3.9 Durchflussmessung auf thermischer Grundlage | 190 | ||
3.3.10 Geschwindigkeitsmessung nach dem Laser-Doppler-Verfahren | 192 | ||
3.4 Füllstand und Grenzstand | 193 | ||
3.4.1 Verfahren mit Schwimmern und Tastplatten | 193 | ||
3.4.2 Kapazitive und konduktive Füllstandsmessung | 195 | ||
3.4.3 Füllstandsmessung mit thermischen Verfahren | 197 | ||
3.4.4 Füllstandsmessung mit radiometrischen Verfahren | 198 | ||
3.4.5 Füllstandsmessung mit Schall und Ultraschall | 199 | ||
3.4.6 Füllstandsmessung mit optischen Verfahren | 200 | ||
3.4.7 Füllstandsmessung mit Mikrowellen nach dem Radar-Prinzip | 201 | ||
3.4.8 Füllstandsmessung über Kraft- und Druckmessungen | 202 | ||
3.4.9 Weitere Methoden zur Grenzstandsüberwachung und zur Füllstandsmessung | 203 | ||
3.5 Dichte | 204 | ||
3.5.1 Dichtemessung fester Stoffe | 205 | ||
3.5.1.1 Wägemethoden | 205 | ||
3.5.1.2 Auftriebsmethoden | 205 | ||
3.5.2 Dichtemessung von Flüssigkeiten | 206 | ||
3.5.2.1 Wägemethoden, kontinuierlich und diskontinuierlich | 206 | ||
3.5.2.2 Auftriebsmethoden, kontinuierlich und diskontinuierlich | 207 | ||
3.5.2.3 Hydrostatische Dichtemessmethoden | 209 | ||
3.5.2.4 Radiometrische Dichtemessmethoden | 210 | ||
3.5.2.5 Resonanz- bzw. Schwingungsdichtemessmethoden | 210 | ||
3.5.2.6 Spezielle Verfahren für die Dichtemessung | 211 | ||
3.5.3 Dichtemessung von Gasen | 211 | ||
3.5.3.1 Wäge- und Auftriebsmethoden zur Gasdichtemessung | 211 | ||
3.5.3.2 Ausström- und Schleuderverfahren für die Gasdichtemessung | 212 | ||
3.5.3.3 Schwingungsmethoden für die Gasdichtemessung | 213 | ||
3.6 Viskosität | 214 | ||
3.6.1 Abhängigkeit der Viskosität von verschiedenen Einflussgrößen | 217 | ||
3.6.2 Kapillarviskosimeter | 218 | ||
3.6.3 Rotationsviskosimeter | 218 | ||
3.6.4 Verschiebung zweier konzentrischer Zylinder | 219 | ||
3.6.5 Kugelfallviskosimeter | 219 | ||
3.6.6 Schwebekörperviskosimeter | 219 | ||
3.6.7 Schwingungsviskosimeter | 219 | ||
3.7 Oberflächenspannung | 220 | ||
3.7.1 Ringaufnehmer | 220 | ||
3.7.2 Plattenaufnehmer | 221 | ||
3.8 Messen mechanischer und geometrischer Größen | 221 | ||
3.8.1 Messen von Längen und Winkeln | 221 | ||
3.8.1.1 Mechanische Verfahren | 222 | ||
3.8.1.2 Induktive und kapazitive Verfahren | 223 | ||
3.8.1.3 Optische Verfahren | 225 | ||
3.8.1.4 Ultraschallverfahren | 229 | ||
3.8.1.5 Winkelbestimmung | 230 | ||
3.8.2 Positionsbestimmung | 231 | ||
3.8.2.1 Optische Verfahren | 231 | ||
3.8.2.2 Nichtoptische Verfahren | 232 | ||
3.8.3 Messen von Dehnungen und daraus abgeleiteten Größen | 235 | ||
3.8.3.1 Metall-Dehnungsmessstreifen | 237 | ||
3.8.3.2 Halbleiter-Dehnungsmessstreifen | 238 | ||
3.8.3.3 Anordnungen von Dehnungsmessstreifen | 239 | ||
3.8.4 Messen von Kräften | 240 | ||
3.8.5 Beschleunigungs- und Schwingungsmessung | 243 | ||
3.8.6 Messung der Masse | 246 | ||
3.8.7 Drehmomentmessung | 248 | ||
3.8.8 Messen von Oberflächeneigenschaften fester Stoffe | 250 | ||
3.8.8.1 Bestimmung von Gestaltabweichungen | 250 | ||
3.8.8.2 Bestimmung der Härte | 252 | ||
3.8.8.3 Bestimmung der Schichtdicke | 253 | ||
3.9 Zeitmessung | 254 | ||
3.9.1 Zeitskalen | 254 | ||
3.9.2 Zeitbasen | 255 | ||
3.9.2.1 RC-Schaltungen | 255 | ||
3.9.2.2 Kondensator-Konstantstromladung | 256 | ||
3.9.2.3 LC-Oszillatoren | 256 | ||
3.9.2.4 Quarzoszillatoren | 257 | ||
3.9.3 Zeitsignale von Funksendern | 257 | ||
3.9.3.1 DCF77 | 257 | ||
3.9.3.2 GPS | 258 | ||
3.9.3.3 Galileo | 259 | ||
3.10 Frequenzmessung | 259 | ||
3.10.1 Bestimmung der Frequenz | 259 | ||
3.10.2 Rückführung der Frequenz- auf die Zeitmessungen | 259 | ||
3.10.3 Frequenzteiler, Frequenzvervielfachung | 260 | ||
3.11 Drehzahl- und Winkellageerfassung | 261 | ||
3.11.1 Optische Signalgeber | 261 | ||
3.11.2 Induktive Signalgeber | 262 | ||
3.11.3 Feldplatten- und Hall-Geber | 263 | ||
3.11.4 Tachogenerator | 264 | ||
3.11.5 Stroboskop | 264 | ||
3.12 Konzentrations- und Analysenmesstechnik | 264 | ||
3.12.1 Wichtige Grundprinzipien | 265 | ||
3.12.1.1 Prinzip der Absorption | 266 | ||
3.12.1.2 Prinzip der Reflexion | 267 | ||
3.12.1.3 Prinzip der Emission | 267 | ||
3.12.1.4 Prinzip der Chromatographie | 268 | ||
3.12.2 Gas- und Flüssigkeitschromatographie | 269 | ||
3.12.3 Massenspektroskopie | 271 | ||
3.12.4 NMR-Spektroskopie | 273 | ||
3.12.5 Röntgenfluoreszenzanalyse | 274 | ||
3.12.6 Optische Analyseverfahren | 277 | ||
3.12.6.1 UV/VIS-Spektroskopie | 277 | ||
3.12.6.2 Flammenspektroskopie / AAS, AES | 278 | ||
3.12.6.3 Funken-/Bogenspektroskopie | 279 | ||
3.12.6.4 Fluoreszenzspektroskopie | 280 | ||
3.12.6.5 Infrarot- und Raman-Spektroskopie | 281 | ||
3.12.6.6 Refraktometrie | 285 | ||
3.12.6.7 Polarimetrie | 288 | ||
3.12.7 Kalorimetrie | 289 | ||
3.12.8 Wärmeleitfähigkeitsmessung zur Gaskonzentrationsbestimmung | 291 | ||
3.12.9 Wärmetönungsmessung | 292 | ||
3.12.10 Flammenionisationsmessung | 293 | ||
3.12.11 Sauerstoffmessung | 294 | ||
3.12.11.1 Ringkammersauerstoffsensor | 294 | ||
3.12.11.2 Hitzdrahtsauerstoffsensor | 295 | ||
3.12.11.3 Magnetomechanische Geräte | 296 | ||
3.12.11.4 Magnetopneumatische Geräte | 297 | ||
3.12.11.5 Festkörper-Sauerstoffsensor | 298 | ||
3.12.12 Feuchtemessung | 299 | ||
3.12.12.1 Aspirationshygrometer | 300 | ||
3.12.12.2 LiCl-Hygrometer | 301 | ||
3.12.12.3 Elektrolysehygrometer | 302 | ||
3.12.12.4 Tauspiegelhygrometer | 303 | ||
3.12.12.5 Kapazitive Feuchtesensoren | 304 | ||
3.12.12.6 Haarhygrometer | 304 | ||
3.12.12.7 Bistreifenhygrometer | 305 | ||
3.12.12.8 Neutronen-Feuchtesensor | 306 | ||
3.12.12.9 Weitere Feuchtesensoren | 307 | ||
3.12.13 Konduktometrie | 308 | ||
3.12.14 Potentiometrie | 309 | ||
3.12.14.1 pH-Wert-Sensoren | 309 | ||
3.12.14.2 Ionenselektive Sensoren | 311 | ||
3.12.14.3 Redoxpotentialsensoren | 312 | ||
3.12.15 Elektrodenkinetische Messverfahren | 312 | ||
3.12.16 Partikelmesstechnik | 313 | ||
3.12.16.1 Mechanische Verfahren | 315 | ||
3.12.16.2 Optische Verfahren | 316 | ||
3.12.16.3 Sedimentationsverfahren | 321 | ||
3.12.16.4 Feldstörungsverfahren | 325 | ||
3.12.16.5 Akustische Verfahren | 326 | ||
3.12.16.6 Oberflächenbestimmungsverfahren | 326 | ||
3.12.17 Probennahme und Probenteilung | 327 | ||
3.13 Messung ionisierender Strahlung | 328 | ||
3.13.1 Größen und Einheiten | 328 | ||
3.13.2 Detektoren für ?-Strahlung | 329 | ||
3.13.2.1 Ionisationskammer | 330 | ||
3.13.2.2 Auslösezählrohr | 330 | ||
3.13.2.3 Szintillationszähler | 331 | ||
3.13.2.4 Halbleiter-Strahlungsdetektor | 332 | ||
3.13.2.5 Impulshöhenanalyse | 333 | ||
3.13.3 Detektoren für ?-Strahlung | 333 | ||
3.13.4 Detektoren für ?-Strahlung | 333 | ||
3.13.5 Neutronenflussmessung | 334 | ||
3.13.5.1 BF3-Zählrohr | 335 | ||
3.13.5.2 Borbelegte Ionisationskammer | 335 | ||
3.13.5.3 Spaltkammer | 335 | ||
3.13.5.4 Neutronen-Beta-Detektoren | 336 | ||
3.13.6 Dosismessung | 337 | ||
3.13.7 Integriertes Mess- und Informationssystem zur Überwachung der Umweltradioaktivität | 338 | ||
3.14 Messung optischer Größen | 339 | ||
3.14.1 Strahlungsphysikalisches und lichttechnisches Maßsystem | 339 | ||
3.14.2 Empfänger zur Messung optischer Strahlung | 341 | ||
3.14.2.1 Fotowiderstände | 342 | ||
3.14.2.2 Fotodioden | 343 | ||
3.14.2.3 Fototransistoren | 345 | ||
3.14.2.4 Sekundärelektronenvervielfacher (SEV) und Kanalelektronenvervielfacher (KEV) | 346 | ||
3.14.2.5 Charge Coupled Device (CCD) | 347 | ||
3.14.2.6 Lateraleffektdioden | 348 | ||
3.14.2.7 Breitbandige Strahlungsempfänger | 348 | ||
3.14.2.8 UV-Sensoren | 349 | ||
3.14.3 Besonderheiten von Empfängern für Lichtmessungen | 349 | ||
3.14.3.1 V(?)-Anpassung | 349 | ||
3.14.3.2 Kosinusanpassung | 350 | ||
3.14.4 Messung lichttechnischer Größen | 351 | ||
3.14.4.1 Verfahren der Lichtschwächung | 351 | ||
3.14.4.2 Beleuchtungsstärke | 352 | ||
3.14.4.3 Leuchtdichte | 354 | ||
3.14.4.4 Lichtstrom | 355 | ||
3.14.4.5 Lichtstärke | 357 | ||
3.14.4.6 Lichtstärkeverteilung | 358 | ||
3.14.4.7 Farbmessungen | 359 | ||
3.14.4.8 Lichttechnische Stoffkennzahlen | 363 | ||
3.14.5 Fotometrische Normale | 364 | ||
3.14.5.1 Fotometrische Strahlungsnormale | 364 | ||
3.14.5.2 Fotometrische Empfängernormale | 364 | ||
3.14.5.3 Fotometrische Reflexionsnormale | 364 | ||
3.14.5.4 Normlichtarten | 365 | ||
3.15 Messung akustischer Größen | 365 | ||
3.15.1 Schalldruckpegel | 365 | ||
3.15.1.1 Bewertete Schalldruckpegel | 367 | ||
3.15.1.2 Addition von Schalldruckpegeln | 369 | ||
3.15.1.3 Mittelwerte des Schalldruckpegels | 370 | ||
3.15.2 Geräte zur Messung von Schalldruckpegeln | 371 | ||
3.15.3 Beurteilung praktischer Schallsituationen | 372 | ||
3.15.4 Lautstärkepegel und Lautheit | 374 | ||
3.15.4.1 Ermittlung des Lautstärkepegels durch Hörvergleich | 374 | ||
3.15.4.2 Lautheit | 377 | ||
3.15.4.3 Berechnung von Lautstärkepegel und Lautheit | 377 | ||
3.15.4.4 Vergleich der Kenngrößen Schalldruckpegel, Lautstärkepegel und Lautheit | 379 | ||
3.15.5 Schallleistungspegel | 379 | ||
3.15.6 Direkte Messung der Schallintensität | 382 | ||
3.15.7 Akustische Nahfeld-Holografie | 383 | ||
4 Messelektronik | 386 | ||
4.1 Analoge Messelektronik | 386 | ||
4.1.1 Prinzipien der analogen Messwertverarbeitung | 386 | ||
4.1.1.1 Strukturen und Komponenten von Messeinrichtungen | 387 | ||
4.1.1.2 Prinzip der Rückkopplung | 389 | ||
4.1.1.3 Varianten der elektrischen Anpassung | 390 | ||
4.1.2 Systemkomponenten analoger Messgeräte | 393 | ||
4.1.2.1 Tastköpfe | 393 | ||
4.1.2.2 Sensoren in Brückenschaltungen | 394 | ||
4.1.2.3 Messverstärker | 399 | ||
4.1.2.4 Analoge Rechenschaltungen | 414 | ||
4.1.2.5 Hilfsschaltungen für Messwandler | 421 | ||
4.1.2.6 Analoge elektronische Schalter | 427 | ||
4.1.2.7 Filter | 431 | ||
4.2 Digitale Messelektronik | 436 | ||
4.2.1 Grundlagen der Digitaltechnik | 436 | ||
4.2.1.1 Zuordnungssysteme | 437 | ||
4.2.1.2 Boolesche Algebra | 439 | ||
4.2.1.3 Logische Grundverknüpfungen | 443 | ||
4.2.1.4 Minimieren von Schaltfunktionen | 444 | ||
4.2.2 Kombinatorische Grundschaltungen | 448 | ||
4.2.2.1 Code-Umsetzer | 448 | ||
4.2.2.2 Zahlenkomparator | 450 | ||
4.2.2.3 Multiplexer und Demultiplexer | 451 | ||
4.2.2.4 Addierer | 452 | ||
4.2.3 Sequentielle Grundschaltungen | 454 | ||
4.2.3.1 Prinzipieller Aufbau einer sequentiellen Schaltung | 454 | ||
4.2.3.2 Monostabile Kippstufen (Monoflops) | 455 | ||
4.2.3.3 Bistabile Kippstufen (Flipflops) | 455 | ||
4.2.3.4 Zähler | 458 | ||
4.2.3.5 Register und Schieberegister | 461 | ||
4.2.4 Eigenschaften digitaler integrierter Schaltkreise | 463 | ||
4.2.5 Anwenderspezifische Bausteine (ASICs) | 469 | ||
4.2.5.1 Fullcustom | 470 | ||
4.2.5.2 Semicustom | 470 | ||
4.2.5.3 Programmierbare Logik | 471 | ||
4.2.6 Mikrocomputer-Schaltkreise | 474 | ||
4.2.6.1 Struktur des Mikrocomputers | 475 | ||
4.2.6.2 Mikroprozessoren | 476 | ||
4.2.6.3 Schreib-/Lesespeicher (RAM) | 477 | ||
4.2.6.4 Festwertspeicher (ROM) | 481 | ||
4.2.6.5 Ein-/Ausgabe-Bausteine | 482 | ||
4.2.6.6 Mikrocontroller | 482 | ||
4.2.7 Messgeräte für die Logikanalyse | 485 | ||
4.2.7.1 Logikprüfer | 485 | ||
4.2.7.2 Logikanalysator | 486 | ||
5 Rechnerkopplung | 488 | ||
5.1 Grundlagen und Begriffe | 488 | ||
5.1.1 A/D-Umsetzer | 491 | ||
5.1.1.1 Parallel-A/D-Umsetzer | 492 | ||
5.1.1.2 Sukzessive-Approximation-A/D-Umsetzer | 493 | ||
5.1.1.3 Nachlauf-A/D-Umsetzer | 494 | ||
5.1.1.4 Rampen-A/D-Umsetzer | 495 | ||
5.1.1.5 Dual-Slope-A/D-Umsetzer | 496 | ||
5.1.1.6 Charge-Balancing-A/D-Umsetzer | 498 | ||
5.1.1.7 Delta-Sigma-Umsetzer | 499 | ||
5.1.2 D/A-Umsetzer | 501 | ||
5.1.2.1 Stromgewichtete D/A-Umsetzer | 501 | ||
5.1.2.2 R-2R-D/A-Umsetzer | 502 | ||
5.2 Intelligente Sensorik | 502 | ||
5.3 Bussysteme in der Messtechnik | 506 | ||
5.3.1 Bus-Topologie | 507 | ||
5.3.2 OSI-Schichtenmodell | 508 | ||
5.3.3 Physikalische Schnittstellenstandards | 509 | ||
5.3.3.1 RS232C | 509 | ||
5.3.3.2 RS422 | 510 | ||
5.3.3.3 RS485 | 511 | ||
5.3.4 Datenübertragung | 511 | ||
5.3.4.1 Busse für serielle Übertragung | 511 | ||
5.3.4.2 Synchronisationsverfahren | 512 | ||
5.3.4.3 Bus-Zugriffsverfahren | 512 | ||
5.3.4.4 Bus-Protokolle | 513 | ||
5.3.4.5 Sicherung gegen Übertragungsfehler | 513 | ||
5.3.5 Messgerätebus IEEE488 | 514 | ||
5.3.5.1 IEEE STD 488.1 | 514 | ||
5.3.5.2 IEEE STD 488.2 | 515 | ||
5.3.6 Beispiele genormter Feldbussysteme | 515 | ||
5.3.7 Kopplungen unterschiedlicher Bussysteme (Gateways) | 515 | ||
5.3.8 Maßnahmen zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) | 517 | ||
6 Ausgabegeräte | 519 | ||
6.1 Digitale Anzeigeelemente | 519 | ||
6.1.1 Optoelektronische Anzeigeelemente | 519 | ||
6.1.1.1 Binärsignal-Anzeige mit LED | 520 | ||
6.1.1.2 Quasi-analoge Anzeige | 520 | ||
6.1.1.3 Numerische Anzeige mit LCD | 521 | ||
6.1.1.4 Alphanumerische Anzeigen | 522 | ||
6.2 Bildsichtgeräte | 523 | ||
6.2.1 Farbbildröhren für Monitore | 523 | ||
6.2.1.1 Prinzipieller Aufbau | 524 | ||
6.2.1.2 Frequenzkennwerte | 524 | ||
6.2.1.3 Grundfunktionen der Grafikkarte | 526 | ||
6.2.2 LCD-Bildschirme | 527 | ||
6.3 Drucker | 528 | ||
6.3.1 Funktionsprinzipien im Überblick | 528 | ||
6.3.2 Kommunikations-Schnittstellen | 529 | ||
6.3.2.1 Centronics-Schnittstelle | 530 | ||
6.3.2.2 IEC-Bus-Schnittstelle | 531 | ||
6.3.2.3 Serielle Schnittstelle EIA-232 | 531 | ||
6.3.2.4 USB-Schnittstelle | 532 | ||
6.3.2.5 Firewire-Schnittstelle | 533 | ||
7 Das Konzept Messfehler | 534 | ||
7.1 Fehlerdefinition | 534 | ||
7.2 Fehlerarten | 535 | ||
7.2.1 Quantisierungsfehler und digitaler Restfehler | 535 | ||
7.2.2 Statische Fehler | 537 | ||
7.2.3 Dynamische Fehler | 538 | ||
7.2.4 Systematische Fehler | 541 | ||
7.2.5 Zufällige Fehler | 542 | ||
7.3 Trennung von systematischen und zufälligen Fehleranteilen | 542 | ||
7.4 Kennlinienkorrektur | 543 | ||
7.4.1 Lineare Approximation | 544 | ||
7.4.2 Geradenapproximation | 545 | ||
7.4.3 Polynominterpolation | 547 | ||
7.4.4 Spline-Interpolation | 550 | ||
7.5 Fehlerfortpflanzung | 552 | ||
7.6 Messbereich, Auflösung und Messgenauigkeit | 553 | ||
7.7 Auswertung von Messergebnissen | 554 | ||
7.7.1 Der Begriff der Messreihe | 554 | ||
7.7.1.1 Schätzwerte und wahre Werte | 555 | ||
7.7.1.2 Mittelwert und Erwartungswert | 555 | ||
7.7.1.3 Stichprobenvarianz und Varianz | 556 | ||
7.7.1.4 Mittlerer Fehler der Einzelmessung | 556 | ||
7.7.1.5 Mittlerer Fehler des Mittelwertes | 558 | ||
7.7.1.6 Mittlerer Fehler der Standardabweichung | 560 | ||
7.7.1.7 Empirische Kovarianz und Korrelationskoeffizient | 561 | ||
7.7.2 Grafische Darstellung von Messergebnissen | 561 | ||
7.7.2.1 Histogramm und Verteilungsdichtefunktion | 561 | ||
7.7.2.2 Summenhäufigkeit und Verteilungsfunktion | 563 | ||
7.7.2.3 Weitere Darstellungsmöglichkeiten | 564 | ||
7.7.3 Regressionsrechnung | 564 | ||
7.7.3.1 Einfache lineare Regression | 565 | ||
7.7.3.2 Vertrauensintervalle für Regressionskoeffizient und -konstante | 567 | ||
7.7.3.3 Mehrfache lineare und nichtlineare Regression | 567 | ||
7.7.4 Tests | 568 | ||
7.7.4.1 Der t-Test als einseitiges Problem | 570 | ||
7.7.4.2 Der t-Test als zweiseitiges Problem | 570 | ||
7.7.4.3 Der ?²-Streutest | 571 | ||
7.7.4.4 Der t-Zweistichprobentest | 571 | ||
7.7.4.5 Der F-Test | 572 | ||
7.7.5 Weitere Auswertungsmethoden | 572 | ||
8 Das Konzept Messunsicherheit | 574 | ||
8.1 Messwertverteilungen | 579 | ||
8.2 Die Verteilungsfunktion der Ergebnisgröße | 585 | ||
8.3 Korrelierte Eingangsdaten | 586 | ||
8.4 Kritik an der Vorgehensweise nach dem GUM | 591 | ||
8.5 Vorgehensweise bei der Berechnung von Messunsicherheiten | 592 | ||
8.5.1 Schematische Vorgehensweise nach EA-4/02 | 592 | ||
8.5.2 Angabe der Messunsicherheit | 593 | ||
8.5.3 Unsicherheitsangabe bei Digitalanzeigen | 593 | ||
8.6 Weitere Beispiele | 594 | ||
8.7 Ergänzende Bemerkungen | 601 | ||
9 Einheiten und Umrechnungen | 603 | ||
Formelzeichenverzeichnis | 623 | ||
Verzeichnis englisch-deutscher Begriffe | 626 | ||
Literaturverzeichnis | 634 | ||
Sachwortverzeichnis | 661 |