Grundlagen Der Elektrischen Meßtechnik

ISBN-13: 9783322940261 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 547 str.

Heinrich Frohne; Erwin Ueckert

Opis

Die Metechnik ist fur alle Bereiche der Naturwissenschaft und Technik von groer Bedeutung. Dementsprechend existieren viele gute und lesenswerte Fachbucher, die den unterschiedlichen AufgabensteIlungen und Losungsmog- lichkeiten der verschiedenen Anwendungsgebiete gewidmet sind. Naturgema treten in solchen - meist nach Megroen und Meverfahren bzw. Megeraten gegliederten - fachspezifischen Darstellungen die allen praktischen Anwen- dungen gemeinsamen theoretischen Grundlagen etwas in den Hintergrund. Spezielle Literatur, in der diese Grundlagen geschlossen behandelt werden, gibt es bisher kaum, abgesehen vielleicht von der Theorie der Masysteme und der Mefehler. Dieses Lehrbuch soll dazu beitragen, die Lucke zu schlieen. Es soll das Verstandnis fur das Wesen der Metechnik vertiefen und die Uber- tragung spezieller Erkenntnisse einzelner Fachgebiete auf andere erleichtern. Das Buch wendet sich an Leser, die Grundkenntnisse uber metechnische Vor- gange und Gerate etwa in dem Umfang besitzen, wie sie zur Teilnahme an den elektrotechnischen und metechnischen Grundlagenlaboratorien der Hoch- schulen vor dem Vorexamen erforderlich sind. Soweit diese Kenntnisse nicht bereits aus den naturwissenschaftlichen und technischen Unterrichtsveranstal- tungen und Praktika der Schulen mitgebracht werden, konnen sie ohne groe Muhe parallel zum Studium dieses Buches erarbeitet werden, z. B. anhand des im gleichen Verlag erschienenen Buches "Elektrische Metechnik" von Stockl/Winterling. Neben diesem mehr praxisorientierten Wissen werden sy- stemtheoretische Grundlagenkenntnisse vorausgesetzt, wie sie beispielsweise die ebenfalls im Teubner-Verlag erschienene "Einfuhrung in die Systemdyna- mik" von Profos vermittelt.

Spis treści

1 Allgemeine Grundlagen.- 1.1 Aufgaben und Lösungswege in der Meßtechnik.- 1.2 Elementare Begriffe und Normen.- 1.3 Wesen und Vorgang des Messens.- 1.3.1 Meßgrößen als physikalische Größen.- 1.3.2 Einheiten und Normale.- 1.3.2.1 SI-Einheiten. 1.3.2.2 Normale für SI-Einheiten.- 1.3.3 Meßvorgang.- 1.4 Meßprinzip und Meßverfahren.- 1.4.1 Meßprinzip.- 1.4.2 Meßverfahren.- 1.4.2.1 Direkte und indirekte Verfahren. 1.4.2.2 Zeitkontinuierliche und zeitdiskrete Verfahren. 1.4.2.3 Wertkontinuierliche und wertdiskrete Verfahren. 1.4.2.4 Vergleichsverfahren. 1.4.2.5 Meßgrößen und Vergleichsverfahren.- 1.5 Kenngrößen für Meßeinrichtungen.- 1.5.1 Betriebseigenschaften.- 1.5.1.1 Bereich und Grenzen für Meßgrößen. 1.5.1.2 Bereich und Grenzen für Einflußgrößen.- 1.5.2 Meßeigenschaften.- 1.5.2.1 Meßeigenschaften im Beharrungszustand (statische Meßeigenschaften). 1.5.2.2 Dynamische Meßeigenschaften (Zeitverhalten).- 1.6 Gesetzliche Grundlagen der Meßtechnik.- 1.6.1 Gesetze und Verordnungen über Einheiten.- 1.6.2 Gesetze und Verordnungen über das Meß- und Eichwesen.- 2 Fehler- und Ausgleichsrechnung.- 2.1 Allgemeine Definition von Meßfehler und Abweichung.- 2.1.1 Fehler von Einzelwerten.- 2.1.1.1 Relative Fehler. 2.1.1.2 Korrektion.- 2.1.2 Fehlergrenzen.- 2.2 Fehlerarten und Fehlerquellen.- 2.2.1 Fehlerarten.- 2.2.2 Fehlerquellen.- 2.2.3 Auswirkungen der Fehlerquellen.- 2.3 Zufallsgrößen.- 2.3.1 Zufallsbeeinflußte Vorgänge und Zufallsgrößen.- 2.3.1.1 Meßwerte als Zufallsgrößen. 2.3.1.2 Wahrscheinlichkeit.- 2.3.2 Beschreibung von Zufallsvariablen.- 2.3.2.1 Bestimmung der nichtzufälligen Komponente. 2.3.2.2 Verteilung von Zufallsvariablen. 2.3.2.3 Kenngrößen für die Verteilung von Zufallsvariablen. 2.3.2.4 Vertrauensgrenzen, Vertrauensbereich.- 2.3.3 Normalverteilte Zufallsgrößen.- 2.3.3.1 Bestimmung der Kenngrößen für Normalverteilung 2.3.3.2 Prüfung auf Normalverteilung. 2.3.3.3 Vertrauensgrenzen bei Normalverteilung.- 2.4 Praktische Meßaufgaben aus statistischer Sicht.- 2.4.1 Messung von Einzelgrößen.- 2.4.2 Messung von Zufallsvariablen.- 2.5 Fehlerfortpflanzung.- 2.5.1 Fehlerfortpflanzung systematischer Fehler.- 2.5.2 Fehlerfortpflanzung zufälliger Fehler.- 2.5.2.1 Fehlerfortpflanzung der Einzelwerte zufälliger Fehler 2.5.2.2 Bestimmung der Verteilung von Ergebnisfehlern aus den Verteilungen direkter Meßgrößen. 2.5.2.3 Fehlerfortpflanzung von Kenngrößen zufälliger Fehler.- 2.5.3 Fehlerfortpflanzung von sicheren Fehlergrenzen.- 2.5.3.1 Sichere oder maximale Ergebnisfehlergrenzen. 2.5.3.2 Statistische Ergebnisfehlergrenzen.- 2.6 Ausgleichsverfahren.- 2.6.1 Allgemeines Ausgleichsprinzip.- 2.6.2 Ausgleich direkter Meßwerte.- 2.6.2.1 Einfacher linearer Mittelwert. 2.6.2.2 Standardabweichung (mittlerer Fehler) einfacher linearer Mittelwerte. 2.6.2.3 Fehler von Mittelwerten. 2.6.2.4 Gewichtung von Meßwerten ungleicher Genauigkeit. 2.6.2.5 Allgemeiner linearer Mittelwert. 2.6.2.6 Standardabweichung (mittlerer Fehler) allgemeiner linearer Mittelwerte.- 2.6.3 Ausgleich funktionaler Zusammenhänge (Ausgleichskurven).- 2.6.3.1 Graphische Bestimmung von Ausgleichskurven. 2.6.3.2 Analytische Bestimmung von Ausgleichskurven.- 3 Statische und dynamische Eigenschaften von Meßeinrichtungen.- 3.1 Beschreibungsmethoden.- 3.1.1 Meßeinrichtungen als informationsverarbeitende Systeme.- 3.1.1.1 Meßsignale. 3.1.1.2 Meßsysteme. 3.1.1.3 Fehlerdefinitionen für Meßsignale.- 3.1.2 Kennzeichnung der Meßglieder.- 3.1.2.1 Meßtechnische Funktion der Teilsysteme. 3.1.2.2 Übertragungseigenschaften.- 3.2 Statische Meßeigenschaften.- 3.2.1 Empfindlichkeit mehrgliedriger Systeme mit Ausgleich.- 3.2.1.1 Kettenstruktur. 3.2.1.2 Parallelstruktur. 3.2.1.3 Kreisstruktur.- 3.2.2 Statische Meßfehler.- 3.2.2.1 Fehler infolge nichtidealer Kennlinie unter Referenzbedingungen. 3.2.2.2 Fehler infolge Abweichung von den Referenzbedingungen.- 3.2.3 Maßnahmen zur Verminderung statischer Meßfehler.- 3.2.3.1 Fehlerkompensation in Kettenstrukturen. 3.2.3.2 Fehlerkompensation in Parallelstrukturen. 3.2.3.3 Fehlerkompensation in Kreisstrukturen. 3.2.3.4 Korrekturrechnung.- 3.3 Meßeigenschaften linearer dynamischer Systeme.- 3.3.1 Übertragungsverhalten für zeitveränderliche Eingangssignale.- 3.3.1.1 Aufgabenstellung und Anforderungen. 3.3.1.2 Zusammenhang zwischen den Kenngrößen der Zeit- und Frequenzeigenschaften von Meßgliedern mit Ausgleich. 3.3.1.3 Zusammenhang zwischen den dynamischen und den statischen Meßeigenschaften von Meßgliedern mit Ausgleich. 3.3.1.4 Kennfunktionen und Kenngrößen elementarer Meßglieder mit Ausgleich. 3.3.1.5 Meßglieder ohne Ausgleich. 3.3.1.6 Spektrale dynamische Empfindlichkeit von Meßgliedern mit und ohne Ausgleich.- 3.3.2 Meßfehler dynamischer Systeme.- 3.3.2.1 Eigenfehler. 3.3.2.2 Superponierende Einflußeffekte 3.3.2.3 Parameterempfindlichkeit der Kenngrößen.- 3.3.3 Auswahl- und Optimierungskriterien für dynamische Meßglieder.- 3.3.3.1 Optimierung nach Zeiteigenschaften (Übergangsfunktion). 3.3.3.2 Optimierung nach Frequenzeigenschaften (Amplituden- und Phasengang). 3.3.3.3 Optimierung der Zeit- und Frequenzeigenschaften nach Standard-Übertragungsfunktionen. 3.3.3.4 Optimierung der Zeiteigenschaften nach der Fehlerübertragungsfunktion.- 3.3.4 Maßnahmen zur Verringerung dynamischer Eigenfehler.- 3.3.4.1 Verbesserung der dynamischen Systemeigenschaften durch Kompensationsglieder. 3.3.4.2 Grenzen dynamischer Kompensation.- 3.3.5 Dynamische Rückwirkungen und Ankopplungsprobleme.- 3.3.6 Korrektur dynamischer Meßfehler.- 3.4 Maßnahmen zur Verminderung superponierender Einflußeffekte.- 3.4.1 Einflußgrößen und Kopplungsarten.- 3.4.1.1 Nichtelektrische energetische Einflußgrößen. 3.4.1.2 Elektromagnetische Einflußgrößen. 3.4.1.3 Ankopplung benachbarter Systeme.- 3.4.2 Erdung und Potentialausgleich.- 3.4.2.1 Zweck der Erdung. 3.4.2.2 Meßtechnische Wirkung der Erdung. 3.4.2.3 Potentialausgleich.- 3.4.3 Schirmung.- 3.4.3.1 Verminderung galvanischer Kopplungen. 3.4.3.2 Elektrische Schirmung. 3.4.3.3 Magnetische Schirmung.- 3.4.4 Trennung des Nutzsignals von den Störsignalen in der Meßeinrichtung.- 3.5 Nutzung dynamischer Systemeigenschaften für Meßzwecke.- 4 Messung von Signal- und Systemeigenschaften.- 4.1 Signaleigenschaften.- 4.1.1 Zeiteigenschaften.- 4.1.1.1 Messung des Augenblickswertes über den Kurzzeitmittelwert. 4.1.1.2 Zeitdiskrete Erfassung kontinuierlicher Zeitfunktionen. 4.1.1.3 Zeit- und Frequenztransformation von Meßsignalen. 4.1.1.4 Mittelwerte als Signalkennwerte periodischer Signale.- 4.1.2 Frequenzeigenschaften.- 4.1.2.1 Aperiodische Signale. 4.1.2.2 Periodische Signale.- 4.2 Dynamische Übertragungseigenschaften linearer, zeitinvarianter Systeme mit konzentrierten Parametern.- 4.2.1 Testsignale.- 4.2.1.1 Impulsartige Testsignale. 4.2.1.2 Sprungartige Testsignale. 4.2.1.3 Sinusförmige Testsignale. 4.2.1.4 Nichtsinusförmige periodische Testsignale. 4.2.1.5 Stationäre stochastische Signale.- 4.2.2 Meßverfahren.- 4.2.2.1 Messung der Zeitkennfunktionen. 4.2.2.2 Messung des Frequenzganges. 4.2.2.3 Messung von Systemparametern.- 4.2.3 Bestimmung von Systemparametern aus gemessenen Kennfunktionen.- 4.2.3.1 Zurückführung bestimmter Systeme auf P-Tn-Glieder 4.2.3.2 Bestimmung der statischen Übertragungseigenschaften des P-Tn-Gliedes. 4.2.3.3 Parameterbestimmung für Proportionalglieder 1. und 2. Ordnung. 4.2.3.4 Parameterbestimmung für Glieder höherer als 2. Ordnung.- 1 Ergänzende Bücher und Zeitschriftenaufsätze.- 2 Richtlinien und Normen.- 3 Tafeln.- 4 Symbole und Schreibweisen.

O autorze

Prof. Dr.-Ing. Heinrich Frohne lehrte an der Universität Hannover.