Elektrische Messtechnik: Grundlagen, Messverfahren, Anwendungen
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Wiesbaden
Springer Vieweg
[2017]
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| adam_text | Titel: Elektrische Messtechnik
Autor: Mühl, Thomas
Jahr: 2017
Inhaltsverzeichnis
1 Allgemeine Grundlagen................................. 1
1.1 Aufgaben der Messtechnik............................. 1
1.2 Normen und Begriffe................................ 2
1.2.1 Normen und Vorschriften......................... 2
1.2.2 Begriffsdefinitionen ............................ 4
1.2.3 Messtechnische Tätigkeiten........................ 5
1.2.4 Messmethoden ............................... 6
1.3 Einheiten und Normale............................... 7
1.3.1 Maßsysteme................................. 8
1.3.2 Das Einheitensystem SI.......................... 9
1.3.3 Darstellung der Einheiten......................... 11
1.3.4 Normale und Kalibrierkette........................ 15
2 Messabweichung und Messunsicherheit....................... 19
2.1 Arten von Messabweichungen .......................... 19
2.2 Systematische Messabweichungen........................ 21
2.2.1 Bekannte und unbekannte systematische Abweichungen...... 22
2.2.2 Fortpflanzung systematischer Messabweichungen.......... 22
2.3 Zufallige Messabweichungen........................... 24
2.3.1 Beschreibung statistischer Größen.................... 24
2.3.2 Stichprobe einer Messgröße ....................... 28
2.3.3 Fortpflanzung zufalliger Abweichungen................ 30
2.4 Messunsicherheit und vollständiges Messergebnis.............. 33
2.5 Aufgaben zur Toleranz, Messunsicherheit und Fehlerfortpflanzung .... 36
3 Eigenschaften elektrischer Messgeräte....................... 39
3.1 Statisches Verhalten................................. 40
3.2 Dynamisches Verhalten............................... 42
3.2.1 Beschreibung dynamischer Systeme.................. 43
3.2.2 Messsystem 1. Ordnung.......................... 46
3.2.3 Messsystem 2. Ordnung.......................... 50
3.2.4 Mehrgliedrige, lineare Systeme..................... 53
XIII
XIV Inhaltsverzeichnis
3.3 Angaben zur Genauigkeit elektrischer Messgeräte.............. 56
3.3.1 Fehlergrenze und Grenzwerte der Messabweichungen....... 57
3.3.2 Angabe der Fehlergrenzen ........................ 59
3.4 Aufgaben zu statischen und dynamischen Eigenschaften von Messgeräten 60
4 Elektromechanische und digitale Messgeräte................... 63
4.1 Elektromechanische Messgeräte......................... 63
4.1.1 Drehspulmesswerk............................. 64
4.1.2 Dreheisenmesswerk............................ 67
4.1.3 Elektrodynamisches Messwerk ..................... 69
4.1.4 Weitere elektromechanische Messwerke................ 71
4.1.5 Symbole für direkt wirkende, elektrische Messgeräte........ 72
4.2 Digitale Messgeräte................................. 73
4.2.1 Abtastung und Quantisierung....................... 73
4.2.2 Digitalvoltmeter und allgemeines digitales Messgerät........ 75
5 Messung von Strom und Spannung.......................... 79
5.1 Gleichstrom- und Gleichspannungsmessung.................. 79
5.1.1 Grundschaltungen ............................. 79
5.1.2 Messbereichserweiterung......................... 82
5.1.3 Überlastschutz................................ 87
5.2 Wechselstrom-und Wechselspannungsmessung................ 92
5.2.1 Beschreibung periodisch zeitabhängiger Größen........... 92
5.2.2 Messgleichrichter.............................. 94
5.2.3 Effektivwertmessung............................ 98
5.2.4 Messwandler................................. 103
5.3 Stromzangen..................................... 108
5.3.1 Übertragerstromzangen.......................... 108
5.3.2 Hallelement-Stromzangen......................... 110
5.4 Multimeter ...................................... 112
5.5 Aufgaben zu Strom-und Spannungsmessung................. 115
6 Messung von ohmschen Widerständen und Impedanzmessung ....... 119
6.1 Ohmsche Widerstandsmessung.......................... 119
6.1.1 Strom-und Spannungsmessung..................... 120
6.1.2 Verwendung einer Konstantstromquelle................ 123
6.1.3 Abgleich-Widerstandsmessbrücken................... 126
6.1.4 Ausschlag-Widerstandsmessbrücken.................. 129
6.2 Impedanzmessung.................................. 136
6.2.1 Beschreibung realer passiver Bauelemente .............. 136
6.2.2 Strom- und Spannungsmessung..................... 139
6.2.3 Messung von Strom, Spannung und Phasenwinkel.......... 141
Inhaltsverzeichnis XV
6.2.4 Wechselspannungs-Messbrücken.................... 146
6.2.5 Resonanzverfahren............................. 151
6.2.6 Messungen an Verbrauchern im Wechselstromnetz......... 154
6.3 Aufgaben zur Widerstands-und Impedanzmessung ............. 155
7 Leistungs- und Energiemessung............................ 159
7.1 Leistungsbegriffe und Dreiphasensystem.................... 159
7.1.1 Leistung im Gleichstromkreis...................... 159
7.1.2 Leistungen im allgemeinen Wechselstromkreis............ 160
7.1.3 Leistungen bei sinusförmiger Spannung und sinusförmigem Strom 161
7.1.4 Leistungen bei sinusförmiger Spannung und nichtsinusförmigem
Strom..................................... 162
7.1.5 Symmetrisches Dreiphasensystem.................... 166
7.2 Elektrodynamischer Leistungsmesser...................... 169
7.2.1 Leistungsmessung im Gleichstromkreis................ 170
7.2.2 Leistungsmessung im Wechselstromkreis............... 171
7.2.3 Leistungsmessung im Drehstromsystem................ 174
7.3 Digitale Leistungsmesser.............................. 179
7.3.1 Aufbau eines digitalen Leistungsmessers ............... 179
7.3.2 Messungen in Wechselstrom-und Drehstromsystemen....... 180
7.4 Elektronische Leistungsmesser.......................... 183
7.4.1 Analogmultiplizierende Leistungsmesser und TDM......... 183
7.4.2 Leistungsmesser mit Hall-Sensoren................... 185
7.5 Leistungsanalysatoren ............................... 186
7.6 Messung der elektrischen Energie........................ 188
7.6.1 Induktionszähler .............................. 189
7.6.2 Elektronische Elektrizitätszähler..................... 190
7.6.3 Smart Meter................................. 193
7.7 Aufgaben zur Leistungsmessung......................... 194
8 Oszilloskope......................................... 199
8.1 Analoges Elektronenstrahloszilloskop...................... 199
8.1.1 Elektronenstrahlröhre........................... 200
8.1.2 Baugruppen des Elektronenstrahloszilloskops ............ 202
8.1.3 Analoges Speicheroszilloskop und Sampling-Oszilloskop..... 207
8.2 Digitaloszilloskop.................................. 208
8.2.1 Aufbau und Funktion ........................... 209
8.2.2 Spezielle Betriebsarten von Digitaloszilloskopen .......... 213
8.3 Messanwendungen ................................. 215
8.4 Tastköpfe....................................... 218
8.4.1 Passiver Spannungs-Tastkopf....................... 220
8.4.2 Weitere Tastköpfe.............................. 225
XVI Inhaltsverzeichnis
9 Zeit- und Frequenzmessung .............................. 227
9.1 Gatter, Speicher und Zähler............................ 228
9.1.1 Logische Verknüpfungen und Gatter.................. 229
9.1.2 Speicherelemente.............................. 231
9.1.3 Zähler..................................... 235
9.2 Digitale Zeitmessung................................ 238
9.2.1 Messung eines Zeitintervalls....................... 238
9.2.2 Messung der Periodendauer ....................... 240
9.2.3 Der Zeitsignalsender DCF 77 ...................... 241
9.3 Digitale Frequenzmessung............................. 243
9.3.1 Direkte Zählung............................... 243
9.3.2 Umkehrverfahren.............................. 246
9.3.3 Verhältniszählverfahren.......................... 247
9.4 Universalzähler.................................... 249
9.5 Analoge Zeit- und Frequenzmessung...................... 250
9.6 Aufgaben zur Zeit- und Frequenzmessung................... 252
10 Spektrumanalyse..................................... 255
10.1 Grundlagen der Spektrumanalyse ........................ 255
10.1.1 Fourier-Reihe................................ 255
10.1.2 Fourier-Transformation.......................... 258
10.1.3 Darstellung des Spektrums........................ 260
10.2 Selektive Signalmessung.............................. 262
10.2.1 Festfrequenz-Analysatoren........................ 262
10.2.2 Analysatoren mit abstimmbarem Filter................. 264
10.3 Eigenschaften von Spektrumanalysatoren ................... 268
10.4 Netzwerkanalyse................................... 272
10.5 FFT-Analysatoren.................................. 274
10.6 Aufgaben zur Spektrumanalyse.......................... 281
11 Lösungen zu den Aufgaben............................... 283
11.1 Aufgaben zur Toleranz, Messunsicherheit und Fehlerfortpflanzung .... 283
11.2 Aufgaben zu statischen und dynamischen Eigenschaften von Messgeräten 284
11.3 Aufgaben zu Strom-und Spannungsmessung................. 286
11.4 Aufgaben zur Widerstands- und Impedanzmessung............. 288
11.5 Aufgaben zur Leistungsmessung......................... 291
11.6 Aufgaben zur Zeit- und Frequenzmessung................... 293
11.7 Aufgaben zur Spektrumanalyse.......................... 295
Literatur.............................................. 299
Sachverzeichnis.......................................... 301
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