Kompendium der Grundlagen der Meßtechnik:
Gespeichert in:
| Späterer Titel: | Profos, Paul Grundlagen der Meßtechnik |
|---|---|
| Weitere Verfasser: | |
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Essen
Vulkan-Verl.
1988
|
| Ausgabe: | 2. Aufl. |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Literaturangaben |
| Beschreibung: | XII, 310 S. graph. Darst. |
| ISBN: | 3802721438 |
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TEIL 1: THEORETISCHE GRUNDLAGEN
1.1. GRUNDLEGENDE BEGRIFFE UND DEFINITIONEN
1.1.1. WESEN DES MESSENS; FUNDAMENTAL-VORAUSSETZUNGEN 3
1.1.2. NORMALE UND DEREN EINHEITEN 3
1.1.2.1. LAENGE 3
1.1.2.2. MASSE 4
1.1.2.3. ZEIT 4
1.1.2.4. TEMPERATUR 4
1.1.2.5. ELEKTRISCHE STROMSTAERKE 6
1.1.2.6. LICHTSTAERKE 6
1.1.2.7. STOFFMENGE 6
1.1.3. IDEALISIERTES BLOCKSCHEMA 6
1.1.4. MESSVERFAHREN 8
1.1.4.1. DIREKTE UND INDIREKTE MESSVERFAHREN 8
1.1.4.2. ANALOGE UND DIGITALE VERFAHREN 9
1.1.4.3. ZEITLICH KONTINUIERLICHE UND DISKONTINUIERLICHE VERFAHREN 10
1.1.4.4. AUSSCHLAGS-UND KOMPENSATIONSVERFAHREN 11
1.2. MESSFEHLER UND FEHLERURSACHEN
1.2.1. REPRAESENTATIVITAET, REPRAESENTATIVITAETSFEHLER 13
1.2.2. ALLGEMEINES BLOCKSCHEMA DES FEHLERBEHAFTETEN MESSSYSTEMS 13
1.2.2.1. FEHLER, KORREKTION 14
1.2.2.2. RUECKWIRKUNG DES MESSVORGANGES AUF DIE MESSGROESSE: BUERDE 14
1.2.2.3. SUPERPONIERENDE AEUSSERE STOERUNGEN 15
1.2.2.4. DEFORMIERENDE AEUSSERE STOERUNGEN 15
1.2.2.5. INNERE STOERUNGEN 15
1.2.3. FEHLER IM ZUSAMMENHANG MIT DEM MESSVORGANG 16
1.2.3.1. EINFLUSS DER EINSATZBEDINGUNGEN DER MESSEINRICHTUNG 16
1.2.3.2. SYSTEMATISCHE UND ZUFAELLIGE FEHLER 16
1.2.3.3. STATISCHE UND DYNAMISCHE FEHLER 17
1.2.4. FEHLER IM ZUSAMMENHANG MIT DER AUSWERTUNG VON MESSWERTEN .... 18
1.2.4.1. QUANTISIERUNG DER MESSWERTE, ABLESEFEHLER 18
1.2.4.2. ZEITLICHE DISKRETISIERUNG DURCH DIE AUSWERTUNG 18
1.2.4.3. FEHLER BEDINGT DURCH DIE AUSWERTEHYPOTHESEN 19
1.2.4.4. FEHLERFORTPFLANZUNG DURCH DIE AUSWERTUNG 19
1.2.5. FEHLERCHARAKTERISTIKEN VON MESSGERAETEN 20
1.2.5.1. NULLPUNKTUNEMPFINDLICHKEIT, ANSPRECHWERT, ANLAUFWERT 20
1.2.5.2. UMKEHRSPANNE, HYSTERESE, ELASTISCHE NACHWIRKUNG 20
1.2.5.3. AUFLOESUNG 21
1.2.5.4. NULLPUNKTSSTABILITAET 21
1.2.5.5. MESSUNSICHERHEIT, FEHLERGRENZEN 22
1.2.5.6. LINEARITAET, TOLERANZBAENDER 22
1.2.5.7. GUETEKLASSEN 23
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VIII INHALTSVERZEICHNIS
1.3. STATISCHE MESSFEHLER
1.3.1. FEHLERARTEN 24
1.3.2. FEHLERERFASSUNG 24
1.3.2.1. ZUFAELLIGE FEHLER DER EINZELMESSUNG 24
1.3.2.2. ZUFAELLIGE FEHLER VON MITTELWERTEN 30
1.3.2.3. SYSTEMATISCHE FEHLER; EICHUNG 31
1.3.3. FEHLERFORTPFLANZUNG 32
1.3.3.1. SYSTEMATISCHE FEHLER 32
1.3.3.2. ZUFAELLIGE FEHLER 33
1.3.3.3. FEHLERGRENZEN 34
1.3.4. AUSWERTEVERFAHREN IM ZUSAMMENHANG MIT STATISTISCHEN FEHLERN ...
34
1.3.4.1. PRUEFUNG DER HYPOTHESE DER GAUSS-VERTEILUNG 34
1.3.4.2. AUSREISSER 36
1.3.4.3. UNTERSCHIEDE VON MITTELWERTEN ... 37
1.3.4.4. LINEARE REGRESSION 38
1.3.4.5. LINEARE KORRELATION 42
1.3.5. MOEGLICHKEITEN DER AUTOMATISCHEN FEHLERKORREKTUR 44
1.3.5.1. PRINZIP DER STOERGROESSENABSCHIRMUNG 44
1.3.5.2. PRINZIP DER FEHLERKOMPENSATION 45
1.3.5.3. PRINZIP DER RUECKFUEHRUNG 46
1.4. D YNAMISCHE MESSFEHLER
1.4.1. MESSEN ALS SIGNALUEBERTRAGUNGSPROZESS 48
1.4.2. SIGNALE UND IHRE MATHEMATISCHE BESCHREIBUNG 48
1.4.2.1. KLASSIERUNG VON SIGNALEN 48
1.4.2.2. BESCHREIBUNG DETERMINISTISCHER SIGNALE IM ZEITBEREICH 49
1.4.2.3. BESCHREIBUNG STOCHASTISCHER SIGNALE IM ZEITBEREICH 51
1.4.2.4. BESCHREIBUNG PERIODISCHER SIGNALE IM FREQUENZBEREICH 53
1.4.2.5. BESCHREIBUNG APERIODISCHER SIGNALE IM FREQUENZBEREICH 56
1.4.2.6. BESCHREIBUNG STOCHASTISCHER SIGNALE IM FREQUENZBEREICH 59
1.4.2.7. BESCHREIBUNG VON SIGNALEN DURCH IMPULSREIHEN 61
1.4.3. UEBERTRAGUNGSVERHALTEN DES MESSSYSTEMS UND SEINE MATHEMATISCHE
BESCHREIBUNG 64
1.4.3.1. BESCHREIBUNG DES UEBERTRAGUNGSVERHALTENS DURCH DIE
DIFFERENTIALGLEICHUNG 64
1.4.3.2. BESCHREIBUNG DES UEBERTRAGUNGSVERHALTENS DURCH ANTWORT
FUNKTIONEN 65
1.4.3.3. BESCHREIBUNG DES UEBERTRAGUNGSVERHALTENS DURCH DIE UEBERTRAGUNGS
FUNKTION BZW. DEN FREQUENZGANG 66
1.4.3.4. ZUSAMMENHANG DER BESCHREIBUNGSMITTEL DES UEBERTRAGUNGS
VERHALTENS .. 70
1.4.4. DYNAMISCHE EIGENSCHAFTEN FUNDAMENTALER MESSSYSTEME 71
1.4.4.1. MESSSYSTEM 1. ORDNUNG 71
1.4.4.2. MESSSYSTEM 2. ORDNUNG 74
1.4.4.3. MESSSYSTEM MIT TOTZEIT 80
1.4.5. DYNAMISCHE MESSFEHLER 81
1.4.5.1. DEFINITION DES DYNAMISCHEN MESSFEHLERS 81
1.4.5.2. BERECHNUNG DES DYNAMISCHEN MESSFEHLERS 82
1.4.5.3. DYNAMISCHE KENNGROESSEN VON MESSSYSTEMEN 85
1.4.5.4. KORREKTUR DYNAMISCHER MESSFEHLER 87
1.4.6. DYNAMISCHE STOERWIRKUNGEN 88
1.4.6.1. BERECHNUNG DER DURCH DYNAMISCHE STOERWIRKUNGEN HERVORGERUFENEN
FEHLER 89
1.4.6.2. BEKAEMPFUNG DER DYNAMISCHEN STOERWIRKUNGEN 90
INHALTSVERZEICHNIS
IX
1.5. GESETZLICHE GRUNDLAGEN DES MESSWESENS
1.5.1. EINLEITUNG 93
1.5.2. DAS INTERNATIONALE EINHEITENSYSTEM (SI) 93
1.5.2.1. BASISEINHEITEN 93
1.5.2.2. ABGELEITETE SI-EINHEITEN 94
1.5.3. GESETZLICHE VORSCHRIFTEN UEBER EINHEITEN IM MESSWESEN 96
1.5.3.1. GESETZLICHE SI-EINHEITEN 98
1.5.3.2. WEITERE GESETZLICHE EINHEITEN 99
1.5.3.3. GESETZLICHE EINHEITEN MIT EINGESCHRAENKTEM ANWENDUNGSBEREICH ...
100
1.5.3.4. TAFEL HAEUFIG VERWENDETER EINHEITEN 100
1.5.4. GESETZLICHE VORSCHRIFTEN DES MESS- UND EICHWESENS 107
TEIL 2: ALLGEMEINES ZUR GERAETETECHNIK
2.1. FUNDAMENTALE FUNKTIONEN EINES MESSSYSTEMS
2.1.1. BEGRIFF DES FUNKTIONSBLOCKES 113
2.1.2. WICHTIGE FUNKTIONSBLOECKE EINES MESSSYSTEMS 113
2.1.2.1. MESSGROESSENERFASSUNG 114
2.1.2.2. MESSGROESSENUMFORMUNG UND VERSTAERKUNG 114
2.1.2.3. RECHENOPERATIONEN 114
2.1.2.4. MESSWERTVERARBEITUNG 114
2.1.2.5. MESSWERTAUSGABE 114
2.1.3. RUECKWIRKUNGEN ZWISCHEN FUNKTIONSBLOECKEN 115
2.2. MESSGROESSENERFASSUNG
2.2.1. BEGRIFF DER MESSGROESSENERFASSUNG 118
2.2.1.1. ERFASSUNG EINER REPRAESENTATIVEN MESSGROESSE 118
2.2.1.2. MOEGLICHST FEHLERFREIE ERFASSUNG DIESER MESSGROESSE 118
2.2.1.3. PRIMAERE UMWANDLUNG DER MESSGROESSE 119
2.2.2. ARTEN DER MESSWERTERFASSUNG 120
2.2.3. PRIMAERE UMWANDLUNGSEFFEKTE UND MESSGROESSENAUFNEHMER 120
2.2.3.1. AUFNEHMER MIT MECHANISCHEM AUSGANG 120
2.2.3.2. AUFNEHMER MIT PNEUMATISCHEM AUSGANG 120
2.2.3.3. SENSOREN MIT ELEKTRONISCHEM ANALOGAUSGANG 121
2.2.3.3.1. AKTIVE SENSOREN 121
2.2.3.3.1.1. PIEZOELEKTRISCHE SENSOREN 121
2.2.3.3.1.2. ELEKTRODYNAMISCHE SENSOREN 123
2.2.3.3.1.3. WIEPAND-SENSOREN - 123
2.2.3.3.1.4. THERMOELEMENTE 125
2.2.3.3.1.5. FOTOELEMENTE 126
2.2.3.3.2. PASSIVE SENSOREN 126
2.2.3.3.2.1. SENSOREN MIT OHMSCHEN WIDERSTAENDEN 126
2.2.3.3.2.2. SENSOREN NACH INDUKTIVEM PRINZIP 135
2.2.3.3.2.3. SENSOREN NACH KAPAZITIVEM PRINZIP 138
2.2.3.4. SENSOREN MIT INTEGRIERTER SIGNALELEKTRONIK UND DIGITALAUSGANG
141
2.3. MESSGROESSENUMFORMUNG UND MESSWERTVERSTAERKUNG
2.3.1. GRUNDLAGEN 142
2.3.1.1. ZIELSETZUNG UND BEDEUTUNG 142
2.3.1.2. BEGRIFFE 142
2.3.2. VERKNUEPFUNG VON EINGANGS- UND AUSGANGSGROESSE EINES MESSGROESSEN
UMFORMERS DURCH PHYSIKALISCHE UND PHYSIKALISCH-CHEMISCHE
EFFEKTE 143
X
INHALTSVERZEICHNIS
2.3.2.1. VERKNUEPFUNGSMATRIX 143
2.3.2.2. UMKEHR DER WANDELUNGSRICHTUNG 145
2.3.2.3. SPEZIELLE ANWENDUNGEN 147
2.3.3. UMFORMUNG NICHTELEKTRISCHER SIGNALE IN ELEKTRISCHE 148
2.3.3.1. MECHANISCHE GROESSEN 148
2.3.3.2. THERMISCHE GROESSEN 153
2.3.3.3. AKUSTISCHE GROESSEN 154
2.3.4. UMFORMUNG ELEKTRISCHER SIGNALE 156
2.3.4.1. UMFORMUNG DER GROESSENART ELEKTRISCHER SIGNALE 156
2.3.4.2. UMFORMUNG EINES ELEKTRISCHEN SIGNALS IN EINE ANDERE SIGNALART
.... 157
2.4. RECHENOPERATIONEN
2.4.1. ANALOGE RECHENVERFAHREN 160
2.4.1.1. ADDITION, SUBTRAKTION 160
2.4.1.1.1. ELEKTRONISCHE ADDITION UND SUBTRAKTION 160
2.4.1.1.2. PNEUMATISCHE VERFAHREN DER ADDITION UND SUBTRAKTION 162
2.4.1.2. MULTIPLIKATION, DIVISION 162
2.4.1.2.1. ELEKTRONISCHE VERFAHREN 162
2.4.1.2.2. PNEUMATISCHE VERFAHREN 163
2.4.1.3. POTENZIEREN, RADIZIEREN 165
2.4.1.3.1. ELEKTRONISCHE VERFAHREN 165
2.4.1.3.2. PNEUMATISCHE VERFAHREN 167
2.4.1.4. DIFFERENTIATION, INTEGRATION 168
2.4.1.4.1. ELEKTRONISCHE VERFAHREN 168
2.4.1.4.2. PNEUMATISCHE VERFAHREN 169
2.4.2. DIGITALE RECHENVERFAHREN 170
2.4.2.1. DIGITALE ADDITION UND SUBTRAKTION 171
2.4.2.1.1. ADDITION UND SUBTRAKTION NACH DEM ZAEHLVERFAHREN 171
2.4.2.1.2. ADDITION UND SUBTRAKTION MITTELS LOGISCHER
VERKNUEPFUNGSGLIEDER ... 171
2.4.2.1.3. MULTIPLIKATION UND DIVISION MITTELS ZAEHLVERFAHREN 175
2.4.2.1.4. MULTIPLIKATION UND DIVISION MITTELS LOGISCHER VERKNUEPFUNGEN
175
2.5. MESSSIGNALVERARBEITUNG
2.5.1. ALLGEMEINES 179
2.5.1.1. AUFGABEN UND BEDEUTUNG DER MESSSIGNALVERARBEITUNG 179
2.5.1.2. ENTWICKLUNGSTREND 180
2.5.1.3. SIGNALANPASSUNG 180
2.5.2. SIGNALVERARBEITUNG DURCH EINZWECKGERAETE 183
2.5.2.1. UEBERSICHT UEBER AUFGABEN UND LOESUNGSMOEGLICHKEITEN 183
2.5.2.2. GERAETE ZUR MESSUNG VON AMPLITUDENVERTEILUNGEN 184
2.5.2.2.1. ALLGEMEINES 184
2.5.2.2.2. ANWENDUNGEN 184
2.5.2.2.3. BEGRIFFE UND DEFINITIONEN . 184
2.5.2.2.4. GRAPHISCHE ERMITTLUNG EINER AMPLITUDENVERTEILUNG 185
2.5.2.2.5. MESSVERFAHREN 186
2.5.2.2.6. SPEZIELLE VERTEILUNGEN IM AMPLITUDENBEREICH 188
2.5.2.2.7. VERBUNDVERTEILUNGEN 189
2.5.2.2.8. FEHLER BEI DER BESTIMMUNG VON VERTEILUNGEN 190
2.5.2.3. GERAETE ZUR BESTIMMUNG VON MITTELWERTEN 191
2.5.2.3.1. ZEITMITTELWERTE 191
2.5.2.3.2. ENSEMBLEMITTELWERTE 198
2.5.2.3.3. VERBUNDMITTELWERTE 201
XI
201
205
205
206
206
207
207
208
209
210
210
210
211
214
216
216
217
218
219
220
220
221
222
227
227
229
231
233
233
234
234
235
235
236
237
237
240
244
246
246
247
247
248
249
249
249
250
250
252
252
MITTELWERTFUNKTIONEN (KORRELATIONSFUNKTIONEN)
FILTER
ALLGEMEINES
ANWENDUNGSBEREICHE, AUFGABEN UND EINSATZ
IDEALE, IDEALISIERTE UND REALE FILTERFUNKTIONEN
GRENZFREQUENZ UND BANDBREITE
FILTERKOMBINATIONEN
FILTERTYPEN
PASSIVE UND AKTIVE FILTER
FILTERREALISATIONEN
FREQUENZANALYSE
ALLGEMEINES
FILTERMETHODEN
RECHENMETHODEN (FFT)
MESSSIGNAL-VERARBEITUNG MIT PROZESSRECHNERN
UEBERSICHT
MESSSIGNAL-ANPASSUNG
SIGNALUEBERTRAGUNG
ABTASTUNG
OEFFNUNGSZEIT
MULTIPLEXER
QUANTISIERUNG
ANALOG/DIGITAL-WANDLER
ANTI-ALIASING-FILTER
PROZESSRECHNER-HARDWARE
RECHNERTYPEN
PERIPHERIEGERAETE
PROGRAMMIERUNG EINES PROZESSRECHNERS
PROGRAMMIERSPRACHEN
DAS BETRIEBSSYSTEM
ANWENDERPROGRAMME
BIBLIOTHEKSPROGRAMME / UTILITIES
MOEGLICHKEITEN DER SIGNALVERARBEITUNG MIT PROZESSRECHNERN . . .
VORAUSSETZUNGEN UND GRENZEN DES PROZESSRECHNER-EINSATZES . .
UEBERPRUEFUNG UND KORREKTUR VON MESSIGNALEN
SPEZIELLE MESSVERFAHREN UND MOEGLICHKEITEN BEIM PROZESSRECHNER
EINSATZ
SIGNALANALYSE, DIGITALE FILTERUNG, RECHENVERFAHREN
UEBERWACHUNG, STEUERUNG UND REGELUNG VON PROZESSEN
AUSGABEGERAETE
ANALOGE AUSGABEGERAETE
ANZEIGENDE GERAETE
FALLBUEGELSCHREIBER
MESSWERK-LINIENSCHREIBER
KOMPENSATIONSSCHREIBER
DIGITALE AUSGABEGERAETE
ZAHLENANZEIGER
MECHANISCHE ZAHLENANZEIGER
OPTISCHE ZAHLENANZEIGER
ELEKTRONISCHE ZAHLENANZEIGER
DIGITAL-ANALOG-UMSETZER (DAU)
DIGITAL-ANALOG-UMSETZER MIT GESTUFTEM SPANNUNGSTEILER
XII
INHALTSVERZEICHNIS
2.6.2.2.2. DIGITAL-ANALOG-UMSETZER MIT GESTUFTEN TEILSTROEMEN 252
2.6.2.2.3. DIGITAL-ANALOG-UMSETZER MIT WIDERSTANDSKETTENLEITER 253
2.6.2.3. MESSWERTDRUCKER 253
2.6.2.4. DATENSICHTGERAETE 255
2.7. AUTOMATISIERUNG VON MESSVORGAENGEN
2.7.1. BEGRIFFSDEFINITIONEN 259
2.7.2. AUFGABEN UND ZIELE DER AUTOMATISIERUNG 259
2.7.3. MITTEL DER AUTOMATISIERUNG 260
2.7.3.1. UEBERSICHT 260
2.7.3.2. MECHANISIERUNG 260
2.7.3.3. MULTIPLEXER 262
2.7.3.4. AUTOMATISCHE MESSBEREICHSWAHL 262
2.7.3.5. ANALOG-DIGITAL-UND DIGITAL-ANALOG-UMSETZER 262
2.7.3.6. SIGNALVERLAUFSANALYSE 262
2.7.3.7. STEUERUNGEN 263
2.7.3.8. AUSSCHLUSS VON STOERGROESSEN
WIRKUNGEN
263
2.7.3.9. SELBSTKONTROLLE 263
2.7.3.10. RECHNERGESTUETZTE AUTOMATISIERUNG 264
2.7.3.10.1. MODELLGESTUETZTE MESSVERFAHREN, PROZESSIDENTIFIKATION 264
2.7.3.10.2. BEDIENUNGSUNTERSTUETZUNG 264
2.7.4. ANWENDUNGSBEISPIELE 265
2.7.4.1. VERFAHRENSMESSTECHNIK 265
2.7.4.1.1. MESSUMFORMER MIT MIKROPROZESSOR ZUR FUELLSTANDSMESSUNG 265
2.7.4.1.2. TEMPERATURFRONTMESSUNG MITTELS BEOBACHTER 267
2.7.4.2. PHYSIKALISCHE ANALYSENMESSTECHNIK 267
2.7.4.2.1. BETRIEBSANALYSATOR 268
2.7.4.2.2. BETRIEBSGASCHROMATOGRAPH 268
2.7.4.3. FERTIGUNGSMESSTECHNIK 268
2.7.4.4. FAHRZEUGTECHNIK 269
2.7.4.5. ROBOTIK 269
2.8. DIE ZUVERLAESSIGKEIT VON MESSSYSTEMEN
2.8.1. DIE WICHTIGSTEN GROESSEN DER ZUVERLAESSIGKEITSRECHNUNG UND IHRE
ZUSAMMENHAENGE 272
2.8.2. DIE ZUVERLAESSIGKEIT VON BAUELEMENTEN 275
2.8.2.1. DIE AUSFALLRATE 275
2.8.2.2. DIE EXPONENTIELLE VERTEILUNG DER UEBERLEBENSWAHRSCHEINLICHKEIT
.... 276
2.8.2.3. AUSFALLGLIEDERUNGEN 277
2.8.2.4. BEANSPRUCHUNGEN 279
2.8.2.5. ZUVERLAESSIGKEITSPRUEFUNGEN 280
2.8.3. EINIGE GRUNDLAGEN DER VERKNUEPFUNG VON WAHRSCHEINLICHKEITEN ....
280
2.8.4. ZUVERLAESSIGKEIT VON GERAETEN UND SYSTEMEN 281
2.8.4.1. DIE ZUVERLAESSIGKEIT EINFACHER SCHALTUNGEN 284
2.8.4.2. DIE ZUVERLAESSIGKEIT REDUNDANTER SCHALTUNGEN 284
2.8.4.3. REPARATUR UND INSPEKTION 286
2.8.4.4. METHODEN ZUR BERECHNUNG DER ZUVERLAESSIGKEIT VERNASCHTER
SYSTEME 287
2.8.5. ZUVERLAESSIGKEIT VON RECHNERN 289
2.8.5.1. ZUVERLAESSIGKEIT DER HARDWARE 289
2.8.5.2. ZUVERLAESSIGKEIT DER SOFTWARE 290
2.8.5.2.1. KONSTRUKTIVE MASSNAHMEN 291
2.8.5.2.2. ANALYTISCHE MASSNAHMEN 291
2.8.5.2.3. SOFTWAREZUVERLAESSIGKEITSMODELLE 292
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Inhaltsverzeichnis
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| Exemplar 1 | ausleihbar Verfügbar Bestellen |