| Vorwort | 5 |
| Inhaltsverzeichnis | 7 |
| Messtechnik | 10 |
| 1 Grundlagen der Messtechnik | 10 |
| 1.1 Übersicht | 10 |
| 1.1.1 Messsysteme und Messketten | 10 |
| 1.1.2 Anwendungsgebiete und Aufgabenstellungen der Messtechnik | 10 |
| 1.2 Übertragungseigenschaften von Messgliedern | 11 |
| 1.2.1 Statische Kennlinien von Messgliedern | 11 |
| 1.2.2 Dynamische Übertragungseigenschaften von Messgliedern | 11 |
| 1.2.3 Testfunktionen und Übergangsfunktionen für Übertragungsglieder | 13 |
| 1.2.4 Das Frequenzverhalten des Übertragungsgliedes 1. Ordnung | 14 |
| 1.2.5 Das Frequenzverhalten des Übertragungsgliedes 2. Ordnung | 14 |
| 1.2.6 Sprungantwort eines Übertragungsgliedes 2. Ordnung | 15 |
| 1.2.7 Frequenzgang eines Übertragungsgliedes 2. Ordnung | 16 |
| 1.2.8 Kenngrößen fürMessglieder höherer Ordnung | 17 |
| 1.3 Messfehler | 18 |
| 1.3.1 Zufällige und systematische Fehler | 18 |
| 1.3.2 Dešnition von Fehlern, Fehlerkurven und Fehleranteilen | 18 |
| 1.3.3 Linearitätsfehler und zulässige Fehlergrenzen | 19 |
| 1.3.4 Einflussgrößen und Einflusseffekt | 20 |
| 1.3.5 Diskrete Verteilungsfunktionen zufälligerMesswerte | 21 |
| 1.3.6 Die Normalverteilung | 22 |
| 1.3.7 Gauß’sche Fehlerwahrscheinlichkeit | 22 |
| 1.3.8 Wahrscheinlichkeitspapier | 23 |
| 1.3.9 Fehlerfortpflanzung zufälliger Fehler | 23 |
| 1.3.10 Fehlerfortpflanzung systematischer Fehler | 24 |
| 2 Strukturen der Messtechnik | 24 |
| 2.1 Messsignalverarbeitung durch strukturelle Maßnahmen | 24 |
| 2.1.1 Die Kettenstruktur | 24 |
| 2.1.2 Die Parallelstruktur (Di-erenzprinzip) | 25 |
| 2.1.3 Die Kreisstruktur | 26 |
| 2.2 Das Modulationsprinzip | 27 |
| 2.3 Struktur eines digitalen Instrumentierungssystems | 28 |
| 2.3.1 Erhöhung des nutzbaren Informationsgehalts | 28 |
| 2.3.2 Struktur vonMikroelektroniksystemen mit dezentraler Intelligenz | 29 |
| 3 Messgrößenaufnehmer (Sensoren) | 30 |
| 3.1 Sensoren und deren Umfeld | 30 |
| 3.1.1 Aufgabe der Sensoren | 30 |
| 3.1.2 Messeffekt und Einflusseffekt | 30 |
| 3.1.3 Anforderungen an Sensoren | 30 |
| 3.1.4 Signalform der Sensorsignale | 31 |
| 3.2 Sensoren für geometrische und kinematische Größen | 31 |
| 3.2.1 ResistiveWeg und Winkelaufnehmer | 31 |
| 3.2.2 InduktiveWeg und Längenaufnehmer | 32 |
| 3.2.3 Kapazitive Aufnehmer fürWeg und Füllstand | 33 |
| 3.2.4 Magnetische Aufnehmer | 34 |
| 3.2.5 CodierteWegundWinkelaufnehmer | 35 |
| 3.2.6 Inkrementale Aufnehmer | 35 |
| 3.2.7 Laser-Interferometer | 36 |
| 3.2.8 Drehzahlaufnehmer | 36 |
| 3.2.9 Beschleunigungsaufnehmer | 38 |
| 3.3 Sensoren für mechanische Beanspruchungen | 40 |
| 3.3.1 Dehnungsmessung mit Dehnungsmessstreifen | 40 |
| 3.3.2 Kraftmessungmit Dehnungsmessstreifen | 41 |
| 3.3.3 Druckmessungmit Dehnungsmessstreifen | 41 |
| 3.3.4 Drehmomentmessung mit Dehnungsmessstreifen | 42 |
| 3.3.5 Messung von Kräften über die Auslenkung von Federkörpern Parallelfeder | 42 |
| 3.3.6 Messung von Drücken über die Auslenkung von Federkörpern | 43 |
| 3.3.7 Kraftmessung über Schwingsaiten | 43 |
| 3.3.8 Waage mit elektrodynamischer Kraftkompensation | 44 |
| 3.3.9 Piezoelektrische Kraft- und Druckaufnehmer | 44 |
| 3.4 Sensoren für strömungstechnische Kenngrößen | 45 |
| 3.4.1 Durchflussmessung nach dem Wirkdruckverfahren | 45 |
| 3.4.2 Schwebekörper-Durchflussmessung | 46 |
| 3.4.3 Durchflussmessung übermagnetische Induktion | 46 |
| 3.4.4 Ultraschall-Durchflussmessung | 47 |
| 3.4.5 Turbinen-Durchflussmesser (mittelbare VolumenzählermitMessflügeln) | 48 |
| 3.4.6 Verdrängungszähler (unmittelbare Volumenzähler) | 48 |
| 3.5 Sensoren zur Temperaturmessung | 48 |
| 3.5.1 Platin-Widerstandsthermometer | 48 |
| 3.5.2 Andere Widerstandsthermometer | 49 |
| 3.5.3 Thermoelemente als Temperaturaufnehmer | 50 |
| 3.5.4 Strahlungsthermometer (Pyrometer) Physikalische Grundlagen | 51 |
| 3.6 Mikrosensorik | 53 |
| 3.6.1 Herstellungstechnologien | 53 |
| 3.6.2 Mikrosensoren fürmechanische Größen | 54 |
| 3.6.3 Mikrosensoren für Temperatur | 54 |
| 3.6.4 Mikrosensoren für (bio)chemische Größen | 55 |
| 3.6.5 Mikrosensoren fürmagnetische Größen | 55 |
| 3.7 Sensorspezišsche Messsignalverarbeitung | 56 |
| 3.7.1 Analoge Messsignalverarbeitung | 56 |
| 3.7.2 Inkrementale Messsignalverarbeitung | 56 |
| 3.7.3 Digitale Grundverknüpfungen und Grundfunktionen | 56 |
| 3.7.4 PhysikalischeModellfunktionen für einen Sensor | 57 |
| 3.7.5 Skalierung und Linearisierung von Sensorkennlinien durch Interpolation | 57 |
| 3.7.6 Interpolation von Sensorkennlinien mit kubischen Splines | 58 |
| 3.7.7 Ausgleichskriterien zur Approximation von Sensorkennlinien | 59 |
| 3.7.8 Korrektur von Einflusseffekten auf Sensorkennlinien | 60 |
| 3.7.9 Dynamische Korrektur von Sensoren | 61 |
| 4 Messschaltungen und Messverstärker | 62 |
| 4.1 Signalumformung mit verstärkerlosen Messschaltungen | 62 |
| 4.1.1 Strom-Spannungs-Umformung mit Messwiderstand | 62 |
| 4.1.2 Spannungsteiler und Stromteiler | 63 |
| 4.1.3 DirektanzeigendeWiderstandsmessung | 64 |
| 4.2 Messbrücken und Kompensatoren | 65 |
| 4.2.1 Qualitative Behandlung der Prinzipschaltungen | 65 |
| 4.2.2 Spannungs und Stromkompensation | 65 |
| 4.2.3 Messbrücken im Ausschlagverfahren (Teilkompensation) | 65 |
| 4.2.4 Wheatstone-Brücke im Abgleichverfahren | 67 |
| 4.2.5 Wechselstrombrücken Prinzip und Abgleichbedingungen | 68 |
| 4.3 Grundschaltungen von Messverstärkern | 69 |
| 4.3.1 Operationsverstärker | 69 |
| 4.3.2 Anwendung von Operationsverstärkern als reine Nullverstärker | 69 |
| 4.3.3 Das Prinzip der Gegenkopplung am Beispiel des reinen Spannungsverstärkers | 70 |
| 4.3.4 Die vier Grundschaltungen gegengekoppelter Messverstärker | 71 |
| 4.4 Ausgewählte Messverstärker-Schaltungen | 72 |
| 4.4.1 VomStromverstärker mit Spannungsausgang zum Invertierer | 72 |
| 4.4.2 Aktive Brückenschaltung | 72 |
| 4.4.3 Addierund Subtrahierverstärker | 73 |
| 4.4.4 Der Elektrometerverstärker (Instrumentation Amplišer) | 73 |
| 4.4.5 Präzisionsgleichrichtung | 74 |
| 4.4.6 Aktive Filter | 74 |
| 4.4.7 Ladungsverstärker | 75 |
| 4.4.8 Integrationsverstärker für Spannungen | 75 |
| 5 Analoge Messtechnik | 76 |
| 5.1 AnalogeMesswerke | 76 |
| 5.1.1 Prinzip des linearen Drehspulmesswerks | 76 |
| 5.1.2 Statische Eigenschaften des linearen Drehspulmesswerks | 77 |
| 5.2 Funktionsbildung und Verknüpfung mit Messwerken | 78 |
| 5.2.1 Kernmagnetmesswerk mit radialem Sinusfeld | 78 |
| 5.2.2 Quotientenbestimmung mit Kreuzspulmesswerken | 79 |
| 5.2.3 Bildung von linearen Mittelwerten und Extremwerten Linearer Mittelwert | 79 |
| 5.2.4 Bildung von quadratischenMittelwerten | 81 |
| 5.2.5 Multiplikation mit elektrodynamischen Messwerken | 82 |
| 5.2.6 Integralwertbestimmung mit Induktionszählern | 83 |
| 5.3 Prinzip und Anwendung des Elektronenstrahloszilloskops | 84 |
| 5.3.1 Elektronenstrahlröhre. Ablenkempšndlichkeit | 84 |
| 5.3.2 Darstellung des zeitlichen Verlaufs periodischerMesssignale | 85 |
| 5.3.3 Blockschaltbild eines Oszilloskops in Standardausführung | 86 |
| 5.3.4 Anwendung eines Oszilloskops im x,y-Betrieb | 87 |
| 5.3.5 Frequenzkompensierter Eingangsteiler | 87 |
| 6 Digitale Messtechnik | 88 |
| 6.1 Quantisierung und digitale Signaldarstellung | 88 |
| 6.1.1 Informationsverlust durch Quantisierung | 88 |
| 6.1.2 Der relative Quantisierungsfehler | 88 |
| 6.2 Abtasttheorem und Abtastfehler | 89 |
| 6.2.1 Das Shannon’sche Abtasttheorem | 89 |
| 6.2.2 Frequenzgang bei Extrapolation nullter Ordnung | 90 |
| 6.2.3 Abtastfehler eines Haltekreises | 91 |
| 6.3 Digitale Zeit- und Frequenzmessung | 91 |
| 6.3.1 Prinzip der digitalen Zeit-und Frequenzmessung | 91 |
| 6.3.2 Der Quarzoszillator | 92 |
| 6.3.3 Digitale Zeitmessung | 93 |
| 6.3.4 Digitale Frequenzmessung | 93 |
| 6.3.5 Au¦ösung und Messzeit bei der Periodendauerbzw. Frequenzmessung | 94 |
| 6.3.6 Reziprokwertbildung undMultiperiodendauermessung | 95 |
| 6.4 Analog-Digital-Umsetzung über Zeit oder Frequenz als Zwischengrößen | 95 |
| 6.4.1 Charge-balancing-Umsetzer | 96 |
| 6.4.2 Dual-slope-Umsetzer | 96 |
| 6.4.3 Integrierende Filterung bei integrierenden Umsetzern | 97 |
| 6.5 Analog-Digital-Umsetzung nach dem Kompensationsprinzip | 98 |
| 6.5.1 Prinzip | 98 |
| 6.5.2 Digital-Analog-Umsetzer mit bewerteten Leitwerten | 99 |
| 6.5.3 Digital-Analog-Umsetzer mitWiderstandskettenleiter | 99 |
| 6.5.4 Nachlaufumsetzer mit Zweirichtungszähler | 100 |
| 6.5.5 Analog-Digital-Umsetzer mit sukzessiver Approximation | 101 |
| 6.6 Schnelle Analog-Digital-Umsetzung und Transientenspeicherung | 102 |
| 6.6.1 Parallele Analog-Digital-Umsetzer (Flash-Converter) | 102 |
| 6.6.2 Transientenspeicherung | 103 |
| Literatur | 104 |
| Kapitel 1 | 104 |
| Kapitel 2 | 104 |
| Kapitel 3 | 104 |
| Kapitel 4 | 104 |
| Kapitel 5 | 105 |
| Kapitel 6 | 105 |
