Sensoren in Wissenschaft und Technik: Funktionsweise und Einsatzgebiete
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| Format: | Buch |
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| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Wiesbaden
Spriger Vieweg
[2018]
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| Ausgabe: | 2., überarbeitete und aktualisierte Auflage |
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| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XVIII, 693 Seiten Illustrationen, Diagramme 24 cm |
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Inhaltsverzeichnis
Vorwort V
Herausgeber und Autoren VII
1 Sensorsysteme 1
1 1 Definition und Wirkungsweise 1
1 2 Einteilung 2
2 Physikalische Effekte zur Sensornutzung 3
2 1 Piezoelektrischer Effekt 3
211 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung 3
212 Materialien 5
213 Anwendungen 6
2 2 Resistiver und piezoresistiver Effekt 6
221 Funktionsprinzipien und physikalische Beschreibung 6
222 Resistiver Effekt und dessen Anwendung
durch Dehnmess-Streifen (DMS) 8
223 Piezoresistiver Effekt und dessen Anwendung
durch Silicium-Halbleiter-Elemente 10
2 3 Magnetoresistiver Effekt 12
231 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung 12
232 Vorteile der XMR-Technologie 17
233 Anwendungen der XMR-Technologie 18
2 4 Magnetostriktiver Effekt 21
241 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung 21
242 Vorteile der magnetostriktiven Sensor-Technologie 22
243 Anwendungen der magnetostriktiven Sensor-Technologie 23
2 5 Effekte der Induktion 25
251 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung 25
252 Vorteile der induktiven Sensor-Technologie 30
253 Anwendungen der induktiven Sensor-Technologie 30
2 6 Effekte der Kapazität 32
261 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung 32
2611 Kondensator und Kapazität 32
2612 Kapazität im Wechselstromkreis 36
262 Vorteile der kapazitiven Sensor-Technologie 41
263 Anwendungen der kapazitiven Sensor-Technologie 42
2 7 Gauß-Effekt 43
271 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung 43
272 Anwendung des Gauß-Effektes t 45
2 8 Hall-Effekt 47
281 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung 47
282 Anwendung des Hall-Effektes 49
2 9 Wirbelstrom-Effekt 52
291 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung 52
292 Anwendung des Wirbelstrom-Effektes 53
2 10 Thermoelektrischer Effekt 56
X
Inhaltsverzeichnis
2 11 Thermowiderstands-Effekt 60
2 11 1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung 60
2 11 2 Vorteile der Sensorik mit dem Thermowiderstands-Effekt 62
2 11 3 Einsatzgebiete 63
2 12 Temperatureffekte bei Halbleitern 64
2 12 1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung 64
2 12 2 Kaltleiter (PTC-Widerstände) 65
2 12 3 Heißleiter (NTC-Widerstände) 67
2 13 Pyroelektrischer Effekt 69
2 13 1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung 69
2 13 2 Materialien 71
2 13 3 Anwendungen 72
2 14 Fotoelektrischer Effekt 75
2 14 1 Funktionsprinzipien und physikalische Beschreibung 75
2 14 2 Fotoelektrische Sensorelemente 79
2 14 3 Fotoelektrische Sensorelemente 80
2 15 Elektrooptischer Effekt 87
2 15 1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung 87
2 15 2 Materialien 88
2 15 3 Anwendungen 90
2 16 Elektrochemische Effekte 92
2 16 1 Funktionsprinzip und Klassifizierung 92
2 16 2 Potenziometrische Sensoren 92
2 16 3 Amperometrische Sensoren 96
2 16 4 Konduktometrische und impedimetrische Sensoren 97
2 16 5 Anwendungsbereiche 97
2 17 Chemische Effekte 99
2 17 1 Physikalisch-chemische Wechselwirkungen von Gasen mit Oberflächen 99
2 17 2 Gaslöslichkeit (Absorption) 100
2 17 3 Gastransport zur Festkörperoberfläche 102
2 17 4 Adsorption und Chemisorption 103
2 17 5 Reaktionen mit adsorbierten Spezies 104
2 17 6 Reaktion des Gases mit dem Festkörper 104
2 17 7 Die Mischphasenfehlordnung 106
2 18 Akustische Effekte 108
2 18 1 Definition und Einteilung des Schalls 108
2 18 2 Charakterisierung akustischer Wellen 108
2 18 3 Schallgeschwindigkeit in idealen Gasen 109
2 18 4 Intensität oder Schallstärke 110
2 18 5 Absorption von Schall in Luft 110
2 18 6 Reflektion und Transmission 111
2 19 Optische Effekte 112
2 19 1 Physikalische Effekte 112
2 19 2 Aufbau optischer Sensoren 116
2 19 3 Kategorien optischer Sensoren 118
2 19 4 Anwendungsfelder optischer Sensoren 119
2 20 Doppler-Effekt 120
2 20 1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung 120
2 20 2 Anwendungsbereiche 122
Weiterführende Literatur 125
Inhaltsverzeichnis
XI
3 Geometrische Größen 127
3 1 Weg-und Abstandsensoren 127
311 Induktive Abstands- und Wegsensoren 128
3111 Funktionsprinzip und morphologische Beschreibung
der Induktivsensoren 128
3112 Berührungslose induktive Abstandssensoren (INS) 130
3113 Berührungslose induktive Wegsensoren (IWS) 137
3114 Differenzialtransformatoren mit verschiebbarem
Kem(LVDT) 140
3115 Gepulster induktiver Linear-Positionssensor
(Micropulse^BIW) 145
3116 Signalverarbeitung durch Phasenmessung (Sagentia) 148
3117 PLCD-Wegsensoren (Permanent Linear Contactless
Displacement Sensor) 152
3118 Berührungslose magnetoinduktive Wegsensoren
(smartsens-BIL) 156
312 Optoelektronische Abstands-und Wegsensoren 162
3121 Übersicht 162
3122 Optoelektronische Bauteile 163
3123 Optische Grundlagen von Abstandssensoren 167
3124 Messprinzip: Triangulation 170
3125 Messprinzip: Pulslaufzeitverfahren 171
3126 Messprinzip: Phasen-oder Frequenzlaufzeitverfahren 171
3127 Messprinzip: Fotoelektrische Abtastung 174
3128 Messprinzip: Interferometrische Längenmessung 176
313 Ultraschallsensoren zur Abstandsmessung und Objekterkennung 177
3131 Funktionsprinzipien und Aufbau 177
3132 Aufbau des Ultraschallwandlers 178
3133 Erfassungsbereich eines Ultraschallsensors 179
3134 Umlenkung des Ultraschalls 181
3135 Objekt-und Umwelteinflüsse 181
3136 Anwendungen 182
314 Potenziometrische Weg-und Winkelsensoren 184
3141 Einleitung 184
3142 Funktionsprinzip und Kenngrößen von
potenziometrischen Sensoren 185
3143 Technologie und Aufbautechnik 188
3144 Produkte und Applikationen 193
315 Magnetostriktive Wegsensoren 194
3151 Wirkprinzip und Aufbau magnetostriktiver Wegsensoren 195
3152 Gehäusekonzepte und Anwendungen 198
316 Wegsensoren mit magnetisch codierter Maßverkörperung 204
3161 Messprinzip 204
3162 Aufbau und Funktionsweise inkrementeller und
absoluter Mess-Systeme 206
3163 Kennwerte 209
3164 Sensortypen im Vergleich 212
3165 Anwendungsbeispiele 213
3 2 Sensoren für Winkel und Drehbewegung 214
XII
Inhaltsverzeichnis
321 Optische Drehgeber 224
3211 Physikalische Prinzipien 224
3212 Aufbau optischer Drehgeber 227
3213 Besondere Eigenschaften optischer Drehgeber 231
322 Magnetisch codierter Drehgeber 232
323 Umdrehungszählende Winkelsensoren 237
3231 Allgemeines Funktionsprinzip und morphologische Be-
schreibung von Umdrehungen zählenden Winkelsensoren 237
3232 Getriebebasierende Umdrehungszählverfahren 238
3233 Umdrehungszählverfahren auf induktiver Basis 240
3234 Batteriepufferung der Umdrehungsinformation 242
3235 Neuartiges GMR-System zur Detektion und Speicherung
von Umdrehungsinformation 242
324 Kapazitive Drehgeber 247
325 Variable Transformatoren, Resolver 250
3251 Allgemeines Funktionsprinzip des VT 250
3252 Signifikante Varianten von VT 252
3253 Resolver, eine repräsentative Variante von VT 252
326 lVpp oder sin/cos-Schnittstelle 257
327 Inkrementelle Geber 259
3 3 Neigung 261
331 Magnetoresistive Neigungssensoren 262
332 Kompass-Sensoren 263
333 Elektrolytische Sensoren 264
334 Piezoresistive Neigungssensoren/DMS-Biegebalkensensoren 265
335 MEMS 265
336 Servoinclinometer 266
337 Übersicht und Auswahl von Neigungssensoren 267
3 4 Sensoren zur Objekterfassung 268
341 Näherungsschalter 268
342 Objekterkennung und Abstandsmessung mit Ultraschall 278
343 Objekterkennung mit Radar 280
344 Pyroelektrische Sensoren für die Bewegungs und Praesenzdetektion 281
345 Objekterkennung mit Laserscanner 284
346 Sensoren zur automatischen Identifikation (Auto-Ident) 285
3461 Übersicht 285
3462 Barcodescanner 285
3463 Auto-Ident-Kameras 292
3464 RFID-Systeme und Lesegeräte 296
3 5 Dreidimensionale Messmethoden (3D-Messung) 301
351 Tastende 3D-Messmethoden 302
352 Optisch tastende 3D-Messmethoden 304
353 Bildgebende 3D-Messmethoden 308
354 Übersicht zu 3D-Messmethoden 312
Weiterführende Literatur 313
4 Mechanische Messgrößen 316
4 1 Masse 316
411 Definition 316
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