Vorwort | 5 |
Herausgeber und Autoren | 7 |
Inhaltsverzeichnis | 9 |
1 Sensorsysteme | 19 |
1.1 Definition und Wirkungsweise | 19 |
1.2 Einteilung | 20 |
2 Physikalische Effekte zur Sensornutzung | 21 |
2.1 Piezoelektrischer Effekt | 21 |
2.1.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung | 21 |
2.1.2 Materialien | 23 |
2.1.3 Anwendungen | 24 |
2.2 Resistiver und piezoresistiver Effekt | 24 |
2.2.1 Funktionsprinzipien und physikalische Beschreibung | 24 |
2.2.2 Resistiver Effekt und dessen Anwendung durch Dehnmess-Streifen (DMS) | 26 |
2.2.3 Piezoresistiver Effekt und dessen Anwendung durch Silicium-Halbleiter-Elemente | 28 |
2.3 Magnetoresistiver Effekt | 30 |
2.3.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung | 30 |
2.3.2 Vorteile der XMR-Technologie | 35 |
2.3.3 Anwendungen der XMR-Technologie | 36 |
2.4 Magnetostriktiver Effekt | 39 |
2.4.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung | 39 |
2.4.2 Vorteile der magnetostriktiven Sensor-Technologie | 40 |
2.4.3 Anwendungen der magnetostriktiven Sensor-Technologie | 41 |
2.5 Effekte der Induktion | 43 |
2.5.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung | 43 |
2.5.2 Vorteile der induktiven Sensor-Technologie | 48 |
2.5.3 Anwendungen der induktiven Sensor-Technologie | 48 |
2.6 Effekte der Kapazität | 50 |
2.6.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung | 50 |
2.6.1.1 Kondensator und Kapazität | 50 |
2.6.1.2 Kapazität im Wechselstromkreis | 54 |
2.6.2 Vorteile der kapazitiven Sensor-Technologie | 59 |
2.5.3 Anwendungen der kapazitiven Sensor-Technologie | 60 |
2.7 Gauß-Effekt | 61 |
2.7.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung | 61 |
2.7.2 Anwendung des Gauß-Effektes | 63 |
2.8 Hall-Effekt | 65 |
2.8.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung | 65 |
2.8.2 Anwendung des Hall-Effektes | 67 |
2.9 Wirbelstrom-Effekt | 70 |
2.9.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung | 70 |
2.9.2 Anwendung des Wirbelstrom-Effektes | 71 |
2.10 Thermoelektrischer Effekt | 74 |
2.11 Thermowiderstands-Effekt | 78 |
2.11.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung | 78 |
2.11.2 Vorteile der Sensorik mit dem Thermowiderstands-Effekt | 80 |
2.11.3 Einsatzgebiete | 81 |
2.12 Temperatureffekte bei Halbleitern | 82 |
2.12.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung | 82 |
2.12.2 Kaltleiter (PTC-Widerstände) | 83 |
2.12.3 Heißleiter (NTC-Widerstände) | 85 |
2.13 Pyroelektrischer Effekt | 87 |
2.13.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung | 87 |
2.13.2 Materialien | 89 |
2.13.3 Anwendungen | 90 |
2.14 Fotoelektrischer Effekt | 93 |
2.14.1 Funktionsprinzipien und physikalische Beschreibung | 93 |
2.14.2 Fotoelektrische Sensorelemente | 97 |
2.14.3 Fotoelektrische Sensorelemente | 98 |
2.15 Elektrooptischer Effekt | 105 |
2.15.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung | 105 |
2.15.2 Materialien | 106 |
2.15.3 Anwendungen | 108 |
2.16 Elektrochemische Effekte | 110 |
2.16.1 Funktionsprinzip und Klassifizierung | 110 |
2.16.2 Potenziometrische Sensoren | 110 |
2.16.3 Amperometrische Sensoren | 114 |
2.16.4 Konduktometrische und impedimetrische Sensoren | 115 |
2.16.5 Anwendungsbereiche | 115 |
2.17 Chemische Effekte | 117 |
2.17.1 Physikalisch-chemische Wechselwirkungen von Gasen mit Oberflächen | 117 |
2.17.2 Gaslöslichkeit (Absorption) | 118 |
2.17.3 Gastransport zur Festkörperoberfläche | 120 |
2.17.4 Adsorption und Chemisorption | 121 |
2.17.5 Reaktionen mit adsorbierten Spezies | 122 |
2.17.6 Reaktion des Gases mit dem Festkörper | 122 |
2.17.7 Die Mischphasenfehlordnung | 124 |
2.18 Akustische Effekte | 126 |
2.18.1 Definition und Einteilung des Schalls | 126 |
2.18.2 Charakterisierung akustischer Wellen | 126 |
2.18.3 Schallgeschwindigkeit in idealen Gasen | 127 |
2.18.4 Intensität oder Schallstärke | 128 |
2.18.5 Absorption von Schall in Luft | 128 |
2.18.6 Reflektion und Transmission | 129 |
2.19 Optische Effekte | 130 |
2.19.1 Physikalische Effekte | 130 |
2.19.2 Aufbau optischer Sensoren | 134 |
2.19.3 Kategorien optischer Sensoren | 136 |
2.19.4 Anwendungsfelder optischer Sensoren | 137 |
2.20 Doppler-Effekt | 138 |
2.20.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung | 138 |
2.20.2 Anwendungsbereiche | 140 |
Weiterführende Literatur | 143 |
3 Geometrische Größen | 145 |
3.1 Wegund Abstandsensoren | 145 |
3.1.1 Induktive Abstandsund Wegsensoren | 146 |
3.1.1.1 Funktionsprinzip und morphologische Beschreibung der Induktivsensoren | 146 |
3.1.1.2 Berührungslose induktive Abstandssensoren (INS) | 148 |
3.1.1.3 Berührungslose induktive Wegsensoren (IWS) | 155 |
3.1.1.4 Differenzialtransformatoren mit verschiebbarem Kern (LVDT) | 158 |
3.1.1.5 Gepulster induktiver Linear-Positionssensor (Micropulse BIW) | 163 |
3.1.1.6 Signalverarbeitung durch Phasenmessung (Sagentia) | 166 |
3.1.1.7 PLCD-Wegsensoren (Permanent Linear Contactless Displacement Sensor) | 170 |
3.1.1.8 Berührungslose magnetoinduktive Wegsensoren (smartsens-BIL) | 174 |
3.1.2 Optoelektronische Abstandsund Wegsensoren | 180 |
3.1.2.1 Übersicht | 180 |
3.1.2.2 Optoelektronische Bauteile | 181 |
3.1.2.3 Optische Grundlagen von Abstandssensoren | 185 |
3.1.2.4 Messprinzip: Triangulation | 188 |
3.1.2.5 Messprinzip: Pulslaufzeitverfahren | 189 |
3.1.2.6 Messprinzip: Phasenoder Frequenzlaufzeitverfahren | 189 |
3.1.2.7 Messprinzip: Fotoelektrische Abtastung | 192 |
3.1.2.8 Messprinzip: Interferometrische Längenmessung | 194 |
3.1.3 Ultraschallsensoren zur Abstandsmessung und Objekterkennung | 195 |
3.1.3.1 Funktionsprinzipien und Aufbau | 195 |
3.1.3.2 Aufbau des Ultraschallwandlers | 196 |
3.1.3.3 Erfassungsbereich eines Ultraschallsensors | 197 |
3.1.3.4 Umlenkung des Ultraschalls | 199 |
3.1.3.5 Objektund Umwelteinflüsse | 199 |
3.1.3.6 Anwendungen | 200 |
3.1.4 Potenziometrische Wegund Winkelsensoren | 202 |
3.1.4.1 Einleitung | 202 |
3.1.4.2 Funktionsprinzip und Kenngrößen von potenziometrischen Sensoren | 203 |
3.1.4.3 Technologie und Aufbautechnik | 206 |
3.1.4.4 Produkte und Applikationen | 211 |
3.1.5 Magnetostriktive Wegsensoren | 212 |
3.1.5.1 Wirkprinzip und Aufbau magnetostriktiver Wegsensoren | 213 |
3.1.5.2 Gehäusekonzepte und Anwendungen | 216 |
3.1.6 Wegsensoren mit magnetisch codierter Maßverkörperung | 222 |
3.1.6.1 Messprinzip | 222 |
3.1.6.2 Aufbau und Funktionsweise inkrementeller und absoluter Mess-Systeme | 224 |
3.1.6.3 Kennwerte | 227 |
3.1.6.4 Sensortypen im Vergleich | 230 |
3.1.6.5 Anwendungsbeispiele | 231 |
3.2 Sensoren für Winkel und Drehbewegung | 232 |
3.2.1 Optische Drehgeber | 241 |
3.2.1.1 Physikalische Prinzipien | 241 |
3.2.1.2 Aufbau optischer Drehgeber | 243 |
3.2.1.3 Besondere Eigenschaften optischer Drehgeber | 246 |
3.2.2 Magnetisch codierter Drehgeber | 247 |
3.2.3 Umdrehungszählende Winkelsensoren | 253 |
3.2.3.1 Allgemeines Funktionsprinzip und morphologische Beschreibung von Umdrehungen zählenden Winkelsensoren | 253 |
3.2.3.2 Getriebebasierende Umdrehungszählverfahren | 254 |
3.2.3.3 Umdrehungszählverfahren auf induktiver Basis | 255 |
3.2.3.4 Batteriepufferung der Umdrehungsinformation | 257 |
3.2.3.5 Neuartiges GMR-System zur Detektion und Speicherung von Umdrehungsinformation | 257 |
3.2.4 Kapazitive Drehgeber | 262 |
3.2.5 Variable Transformatoren, Resolver | 265 |
3.2.5.1 Allgemeines Funktionsprinzip des VT | 266 |
3.2.5.2 Signifikante Varianten von VT | 267 |
3.2.5.3 Resolver, eine repräsentative Variante von VT | 267 |
3.2.6 1Vpp oder sin/cos-Schnittstelle | 272 |
3.2.7 Inkrementelle Geber | 274 |
3.3 Neigung | 276 |
3.3.1 Magnetoresistive Neigungssensoren | 277 |
3.3.2 Kompass-Sensoren | 278 |
3.3.3 Elektrolytische Sensoren | 279 |
3.3.4 Piezoresistive Neigungssensoren/DMS-Biegebalkensensoren | 280 |
3.3.5 MEMS | 280 |
3.3.6 Servoinclinometer | 281 |
3.3.7 Übersicht und Auswahl von Neigungssensoren | 282 |
3.4 Sensoren zur Objekterfassung | 283 |
3.4.1 Näherungsschalter | 283 |
3.4.2 Objekterkennung und Abstandsmessung mit Ultraschall | 293 |
3.4.3 Objekterkennung mit Radar | 295 |
3.4.4 Pyroelektrische Sensoren für die Bewegungs und Praesenzdetektion | 296 |
3.4.5 Objekterkennung mit Laserscanner | 299 |
3.4.6 Sensoren zur automatischen Identifikation (Auto-Ident) | 300 |
3.4.6.1 Übersicht | 300 |
3.4.6.2 Barcodescanner | 300 |
3.4.6.3 Auto-Ident-Kameras | 307 |
3.4.6.4 RFID-Systeme und Lesegeräte | 311 |
3.5 Dreidimensionale Messmethoden (3D-Messung) | 316 |
3.5.1 Tastende 3D-Messmethoden | 317 |
3.5.2 Optisch tastende 3D-Messmethoden | 319 |
3.5.3 Bildgebende 3D-Messmethoden | 323 |
3.5.4 Übersicht zu 3D-Messmethoden | 327 |
Weiterführende Literatur | 328 |
4 Mechanische Messgrößen | 331 |
4.1 Masse | 331 |
4.1.1 Definition | 331 |
4.1.2 Anwendungen | 332 |
4.2 Kraft | 333 |
4.2.1 Definition | 333 |
4.2.2 Effekte für die Anwendungen | 334 |
4.2.3 Anwendungsbereiche | 338 |
4.3 Dehnung | 341 |
4.3.1 Definition | 341 |
4.3.2 Messung der Dehnung | 342 |
4.4 Druck | 344 |
4.4.1 Definition | 344 |
4.4.2 Messprinzipien | 346 |
4.4.3 Messanordnungen | 347 |
4.5 Drehmoment | 350 |
4.5.1 Definition | 350 |
4.5.2 Messprinzipien | 350 |
4.5.3 Anwendungsbereiche | 351 |
4.6 Härte | 352 |
4.6.1 Definition | 352 |
4.6.2 Makroskopische Härtebestimmung | 353 |
4.6.3 Härtebestimmung durch Nanoindentation | 353 |
4.6.4 Sensoren für die Nano-Härtemessung | 354 |
4.6.5 Modell und Auswertung | 355 |
4.6.6 Anwendungen | 356 |
Weiterführende Literatur | 357 |
5 Zeitbasierte Messgrößen | 358 |
5.1 Zeit | 358 |
5.2 Frequenz | 358 |
5.3 Pulsbreite | 364 |
5.4 Phase, Laufzeit und Lichtlaufzeit | 366 |
5.5 Visuelle Darstellung von Messgrößen | 371 |
5.6 Drehzahl und Drehwinkel | 380 |
5.7 Geschwindigkeit | 383 |
5.8 Beschleunigung | 386 |
5.9 Durchfluss (Masse und Volumen) | 391 |
Weiterführende Literatur | 395 |
6 Temperaturmesstechnik | 396 |
6.1 Temperatur als physikalische Zustandsgröße | 396 |
6.2 Messprinzipien und Messbereiche | 397 |
6.3 Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes | 399 |
6.3.1 Metalle | 399 |
6.3.2 Metalle mit definierten Zusätzen (Legierungen) oder Gitterfehlern | 402 |
6.3.3 Ionenleitwerkstoffe für hohe Temperaturen | 403 |
6.3.4 Thermistoren | 403 |
6.3.5 Engewiderstand-Temperatur-Sensoren (Spreading Resistor) | 404 |
6.3.6 Dioden | 406 |
6.4 Thermoelektrizität (Seebeck-Effekt) | 407 |
6.5 Wärmeausdehnung | 411 |
6.5.1 Wärmeausdehnung fester Körper | 411 |
6.5.2 Wärmeausdehnung von Flüssigkeiten | 414 |
6.5.3 Wärmeausdehnung von Gasen | 415 |
6.6 Temperatur und Frequenz | 415 |
6.7 Thermochromie | 416 |
6.8 Segerkegel | 416 |
6.9 Berührungslose optische Temperaturmessung | 417 |
6.9.1 Strahlungsthermometer (Pyrometer) | 417 |
6.9.2 Faseroptische Anwendungen | 420 |
6.9.2.1 Intrinsische Sensoren, DTS (Distributed Temperature Sensing) | 420 |
6.9.2.2 Extrinsische Sensoren | 421 |
Weiterführende Literatur | 422 |
7 Elektrische und magnetische Messgrößen | 423 |
7.1 Spannung | 423 |
7.1.1 Definition | 423 |
7.1.2 Messanordnungen | 427 |
7.2 Stromstärke | 431 |
7.2.1 Definition | 431 |
7.2.2 Messanordnungen | 432 |
7.3 Elektrische Ladung und Kapazität | 434 |
7.3.1 Definition | 434 |
7.3.2 Messanordnungen | 437 |
7.4 Elektrische Leitfähigkeit und spezifischer elektrischer Widerstand | 440 |
7.4.1 Definition | 440 |
7.4.2 Messanordnungen | 441 |
7.5 Elektrische Feldstärke | 444 |
7.5.1 Definition | 444 |
7.5.2 Messprinzipien für die elektrische Feldstärke | 444 |
7.6 Elektrische Energie und Leistung | 446 |
7.6.1 Definitionen | 446 |
7.6.2 Formen von Leistung | 446 |
7.6.3 Messprinzipien | 448 |
7.7 Induktivität | 452 |
7.7.1 Definition | 452 |
7.7.2 Messprinzipien | 452 |
7.8 Magnetische Feldstärke | 453 |
7.8.1 Definition | 453 |
7.8.2 Messprinzipien magnetischer Größen | 454 |
7.8.3 Messanordnungen | 455 |
7.8.4 Mehrdimensionale Messungen mit dem Hall-Effekt | 456 |
Weiterführende Literatur | 458 |
8 Radiound fotometrische Größen | 459 |
8.1 Radiometrie | 459 |
8.1.1 Radiometrische Größen | 459 |
8.1.2 Messung elektromagnetischer Strahlung | 463 |
8.2 Fotometrie | 463 |
8.2.1 Fotometrische Größen | 464 |
8.2.2 Messung fotometrischer Größen | 468 |
8.3 Anwendung von Helligkeitssensoren | 469 |
8.4 Farbe | 470 |
8.4.1 Farbempfinden | 470 |
8.4.2 Farbmodelle | 473 |
8.4.3 Farbsysteme | 474 |
8.4.4 Farbfilter für Sensoren | 474 |
8.4.5 Farbsensoren | 477 |
Weiterführende Literatur | 478 |
9 Akustische Messgrößen | 479 |
9.1 Definition wichtiger akustischer Größen | 479 |
9.2 Menschliche Wahrnehmung | 480 |
9.2.1 Pegel | 480 |
9.2.2 Lautstärke | 482 |
9.2.3 Lautheit | 483 |
9.3 Schallwandler | 483 |
9.4 Anwendungsfelder | 486 |
Weiterführende Literatur | 488 |
10 Klimatische und meteorologische Messgrößen | 489 |
10.1 Feuchtigkeit in Gasen | 489 |
10.1.1 Definitionen und Gleichungen | 489 |
10.1.2 Feuchtemessungen in Gasen | 493 |
10.1.2.1 Psychrometer, Aufbau und Funktionsweise | 493 |
10.1.2.2 Taupunktspiegel | 496 |
10.1.2.3 Kapazitive Feuchtemessung | 498 |
10.1.2.4 Integrierte kapazitive Feuchtesensoren mit Bus-Ausgang | 499 |
10.2 Feuchtebestimmung in festen und flüssigen Stoffen | 500 |
10.2.1 Direkte Verfahren zur Bestimmung der Materialfeuchte | 501 |
10.2.1.1 Prozentualer Wassergehalt einer Materialprobe | 501 |
10.2.1.2 Wasseraktivität einer Materialprobe | 502 |
10.2.1.3 Karl-Fischer-Titration | 503 |
10.2.1.4 Calciumcarbid-Methode | 503 |
10.2.1.5 Calciumhydrid-Methode | 504 |
10.2.2 Indirekte Messverfahren zur Bestimmung der Materialfeuchte | 504 |
10.2.2.1 Messung der elektrischen Eigenschaften | 504 |
10.2.2.2 Erfassen der optischen Eigenschaften von Wasser und Wasserdampf | 505 |
10.2.2.3 Messung des Saugdruckes in feuchten Materialien (Tensiometrie) | 506 |
10.2.2.4 Messung der atomaren Eigenschaften | 507 |
10.2.2.5 Nuklear-Magnetisches-Resonanz-Verfahren (NMR) | 507 |
10.2.2.6 Messung der Wärmeleitfähigkeit | 508 |
10.3 Messung von Niederschlägen im Außenklima | 509 |
10.4 Feuchtemessung in geschlossenen Räumen | 511 |
10.4.1 Messung des Klimas in Wohnungen und am Arbeitsplatz | 511 |
10.4.2 Klima in Museen und Ausstellungsräumen | 512 |
10.4.3 Klima in elektrischen Anlagen | 514 |
10.4.4 Beeinflussen des Raumklimas | 514 |
10.5 Luftdruck | 516 |
10.6 Windund Luftströmung | 517 |
10.6.1 Definition | 517 |
10.6.1 Methoden zur Windmessung | 517 |
10.7 Wasserströmung | 521 |
10.7.1 Definition | 521 |
10.7.2 Direkte und indirekte Durchflussmessung | 521 |
Weiterführende Literatur | 526 |
11 Ausgewählte chemische Messgrößen | 527 |
11.1 Redoxpotenzial | 527 |
11.1.1 Allgemeines | 527 |
11.1.2 Edelmetallische Redoxelektroden | 529 |
11.1.3 Redoxglaselektroden | 531 |
11.1.4 Bezugselektroden | 533 |
11.2 Ionen einschließlich Hydroniumionen | 536 |
11.2.1 Allgemeines | 536 |
11.2.2 pH-Messung | 536 |
11.2.3 Weitere Ionen | 541 |
11.3 Gase | 545 |
11.3.1 Allgemeines | 545 |
11.3.2 Gase im physikalisch gelösten Zustand bzw. bei Normaltemperatur | 545 |
11.3.2.1 Festelektrolytsensoren | 547 |
11.3.2.2 Elektrochemische Zellen mit festen Elektrolyten | 548 |
11.3.3 Halbleiter-Gassensoren – Metalloxidhalbleitersensoren (MOS) | 557 |
11.3.4 Pellistoren | 558 |
11.4 Elektrolytische Leitfähigkeit | 559 |
11.4.1 Allgemeines | 559 |
11.4.2 Kohlrausch-Messzellen | 559 |
11.4.3 Mehrelektroden-Messzellen | 560 |
11.4.4 Elektrodenlose Leitfähigkeitsmesszellen | 561 |
11.4.5 Beispiele zur Anwendung von Leitfähigkeitssensoren | 562 |
Weiterführende Literatur | 564 |
12 Biologische und medizinische Sensoren | 565 |
12.1 Biologische Sensorik | 565 |
12.1.1 Biosensorik | 565 |
12.1.2 Echte biologische Sensoren | 567 |
12.2 Funktionsprinzipien der Biosensoren | 568 |
12.2.1 Kalorimetrische Sensoren | 570 |
12.2.2 Mikrogravimetrische Sensoren | 570 |
12.2.3 Optische Sensoren | 572 |
12.2.4 Elektrochemische Sensoren | 574 |
12.2.5 Immobilisierungsmethoden | 576 |
12.3 Physikalische und chemische Sensoren in der Medizin | 577 |
12.3.1 Physikalisch-chemische Blutanalysen | 578 |
12.3.2 Klinisch-chemische Blutanalysen | 581 |
12.4 Enzymatische Methoden – Enzymsensoren | 582 |
12.4.1 Enzymbasierter Analytnachweis | 584 |
12.4.2 Bestimmung der Enzymaktivität | 585 |
12.4.3 Anwendungsfelder enzymatischer Tests | 586 |
12.5 Immunologische Methoden – Immunosensoren | 587 |
12.5.1 Direkte Immunosensoren | 590 |
12.5.2 Indirekte Immunosensoren | 590 |
12.5.3 Anwendungsfelder von Immunosensoren | 592 |
12.6 DNA-basierte Sensoren | 593 |
12.6.1 Hybridisierungsdiagnostik | 594 |
12.6.2 Anwendung und Einsatz von DNA-Sensoren | 595 |
12.7 Zellbasierte Sensorik | 597 |
12.7.1 Metabolischer Zellchip | 597 |
12.7.2 Neuro-Chip | 598 |
Weiterführende Literatur | 599 |
13 Messgrößen für ionisierende Strahlung | 601 |
13.1 Einführung und physikalische Größen | 601 |
13.2 Wechselwirkung von ionisierender Strahlung mit Materie | 605 |
13.3 Einteilung der Sensoren | 609 |
13.4 Gasgefüllte Strahlungssensoren | 612 |
13.5 Strahlungssensoren nach dem Anregungsprinzip | 616 |
13.6 Halbleitersensoren | 618 |
Weiterführende Literatur | 626 |
14 Fotoelektrische Sensoren | 627 |
14.1 Strahlung | 627 |
14.2 Szintillatoren | 628 |
14.3 Äußerer Fotoeffekt | 629 |
14.3.1 Fotomultiplier | 629 |
14.3.2 Channel-Fotomultiplier | 630 |
14.3.3 Bildaufnahmeröhren | 631 |
14.4 Innerer Fotoeffekt | 631 |
14.4.1 Fotoleiter | 632 |
14.4.2 Fotodioden | 633 |
14.4.3 Fototransistor, Fotothyristor und Foto-FET | 635 |
14.4.4 CMOS-Bildsensoren | 636 |
14.4.5 Hochdynamische CMOS-Bildsensoren | 636 |
14.5 CCD-Sensoren | 638 |
14.5.1 Zeilensensoren | 638 |
14.5.2 CCD-Matrixsensoren | 640 |
14.6 Quantum Well Infrared Photodetector QWIP | 641 |
14.7 Thermische optische Detektoren | 642 |
14.7.1 Thermosäulen | 643 |
14.7.2 Pyroelektrische Detektoren | 645 |
14.7.3 Bolometer | 646 |
15 Signalaufbereitung und Kalibrierung | 647 |
15.1 Signalaufbereitung | 647 |
15.1.1 Analoge (diskrete) Signalaufbereitung | 647 |
15.1.2 Signalaufbereitung mit Systemschaltkreisen | 648 |
15.1.3 Signalaufbereitung mit ASICs | 649 |
15.1.4 Signalaufbereitung mit Mikrocontrollern | 649 |
15.2 Sensorkalibrierung | 650 |
15.2.1 Passive Kompensation | 651 |
15.2.2 Justage mit analoger Signalverarbeitung | 651 |
15.2.3 Justage mit digitaler Signalverarbeitung | 652 |
15.3 Energiemanagement bei Sensoren | 654 |
Weiterführende Literatur | 656 |
16 Interface | 657 |
16.1 Analoge Interfaces | 657 |
16.1.1 Spannungsausgang | 658 |
16.1.2 Ratiometrischer Spannungsausgang | 658 |
16.1.3 Stromausgang | 658 |
16.1.4 Frequenzausgang und Pulsweitenmodulation | 660 |
16.1.5 4-/6-Draht-Interface | 661 |
16.2 Digitale Interfaces | 662 |
16.2.1 CAN-Gruppe | 664 |
16.2.2 LON | 665 |
16.2.3 HART | 666 |
16.2.4 RS485 | 666 |
16.2.5 IO-Link | 667 |
16.2.6 Profibus | 669 |
16.2.7 I2C | 669 |
16.2.8 SPI | 670 |
16.2.9 IEEE 1451 | 671 |
Weiterführende Literatur | 674 |
17 Sicherheitsaspekte bei Sensoren | 675 |
17.1 Eigenschaften zur Funktionsüberwachung | 675 |
17.2 Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) | 678 |
17.3 Funktionale Sicherheit (SIL) | 681 |
17.4 Sensoren in explosiver Umgebung (ATEX) | 683 |
17.4.1 Grundlagen des ATEX | 683 |
17.4.2 Zündschutzart Eigensicherheit | 685 |
17.4.3 Zündschutzart druckfeste Kapselung | 687 |
Weiterführende Literatur | 687 |
18 Messfehler, Messgenauigkeit und Messparameter | 688 |
18.1 Einteilung der Messfehler nach ihrer Ursache | 688 |
18.2 Darstellung von Messfehlern | 689 |
18.2.1 Arithmetischer Mittelwert, Fehlersumme und Standardabweichung | 689 |
18.2.2 Absoluter Fehler | 690 |
18.2.3 Relativer Fehler | 691 |
18.3 Messparameter | 693 |
18.3.1 Streuung von Messwerten | 693 |
18.3.2 Auflösung von Messwerten | 694 |
18.3.3 Signal-Rausch-Abstand und Dynamik von Messwerten | 695 |
Weiterführende Literatur | 695 |
Sachwortverzeichnis | 696 |