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Rainer Felderhoff
Elektrische und elektronische Messtechnik
Grundlagen, Verfahren, Geräte und Systeme
Vorwort des Herausgebers
6
Was können Sie mit diesem Buch lernen?
6
Wer kann mit diesem Buch lernen?
6
Wie können Sie mit diesem Buch lernen?
7
Vorworte des Verfassers
9
Vorwort zur 7. Auflage
9
Vorwort zur 8. Auflage
9
Inhalt
10
1 Messtechnische Grundlagen
16
1.1 Aufgabenstellung der Messtechnik
16
1.1.0 Kompetenzen
16
1.1.1 Grundbegriffe
16
1.1.2 Funktionsweise
17
1.2 Messgrößenerfassung
19
1.2.0 Kompetenzen
19
1.2.1 Erfassung elektrischer Messgrößen
20
1.2.2 Erfassung nichtelektrischer Messgrößen
22
1.3 Messwertearten
22
1.3.0 Kompetenzen
22
1.3.1 Zeitfunktionen und Frequenzfunktionen
22
1.3.2 Gleichgrößen und Wechselgrößen
27
1.4 Messwertdarstellung
32
1.4.0 Kompetenzen
32
1.4.1 Analoge Darstellung
32
1.4.2 Digitale Anzeige
34
1.4.3 Anzeige und Speicherung
35
1.5 Messaufbau
37
1.5.0 Kompetenzen
37
1.5.1 Strukturen
37
1.5.2 Schnittstellen und Anpassung
39
1.5.3 Messwertübertragung
43
1.6 Empfindlichkeit
45
1.6.0 Kompetenzen
45
1.6.1 Begriffsbestimmungen
45
1.6.2 Empfindlichkeit analoger Messeinrichtungen
46
1.6.3 Empfindlichkeit digitaler Messeinrichtungen
47
1.7 Messfehler und Messunsicherheit
48
1.7.0 Kompetenzen
48
1.7.1 Begriffsbestimmungen
48
1.7.2 Fehlerquellen
49
1.7.3 Fehlerarten
51
1.7.4 Fehlerfortpflanzung
55
1.7.5 Messunsicherheit
56
1.8 Pegel
60
1.8.0 Kompetenzen
60
1.8.1 Begriffsbestimmungen
60
1.8.2 Pegelarten
69
1.8.3 Pegelrechnung
73
1.9 Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)
77
1.9.0 Kompetenzen
77
1.9.1 Begriffsbestimmungen
77
1.9.2 Effekte durch galvanische Kopplung
79
1.9.3 Effekte durch kapazitive Kopplung
79
1.9.4 Effekte durch induktive Kopplung
80
1.9.5 Effekte durch Strahlungskopplung
81
2 Messung elektrischer Größen
85
2.1 Spannungsmessung
85
2.1.0 Kompetenzen
85
2.1.1 Aufgabenstellung
85
2.1.2 Gleichspannungsmessung
88
2.1.3 Wechselspannungsmessung bei Netzfrequenz
97
2.1.4 Wechselspannungsmessung bei Niederfrequenz
100
2.1.5 Wechselspannungsmessung bei Hochfrequenz
103
2.2 Strommessung
107
2.2.0 Kompetenzen
107
2.2.1 Aufgabenstellung
107
2.2.2 Gleichstrommessung
109
2.2.3 Wechselstrommessung
110
2.3 Leistungsmessung
112
2.3.0 Kompetenzen
112
2.3.1 Aufgabenstellung
112
2.3.2 Leistungsmessung bei Gleichspannung
114
2.3.3 Leistungsmessung bei Wechselspannung mit Netzfrequenz
119
2.3.4 Leistungsmessung bei Wechselspannung im Niederfrequenzbereich
127
2.3.5 Leistungsmessung bei Wechselspannung im Hochfrequenzbereich
129
2.4 Arbeitsmessung
133
2.4.0 Kompetenzen
133
2.4.1 Aufgabenstellung
133
2.4.2 Arbeitsmessung bei Gleichspannung
134
2.4.3 Arbeitsmessung bei Wechselspannung
134
2.5 Leistungsfaktor- und Phasenwinkelmessung
139
2.5.0 Kompetenzen
139
2.5.1 Aufgabenstellung
139
2.5.2 Leistungsfaktormessung bei Netzfrequenz
140
2.5.3 Phasenwinkelmessung bei Niederfrequenz
142
2.5.4 Phasenwinkelmessung bei Hochfrequenz
144
2.6 Frequenz- und Zeitmessung
145
2.6.0 Kompetenzen
145
2.6.1 Aufgabenstellung
145
2.6.2 Frequenz- und Zeitmessung bei Netzfrequenz
148
2.6.3 Frequenz- und Zeitmessung bei Niederfrequenz
149
2.6.4 Frequenz- und Zeitmessung bei Hochfrequenz
150
2.7 Wirkwiderstandsmessung
151
2.7.0 Kompetenzen
151
2.7.1 Messkonzepte
151
2.7.2 Messung sehr kleiner Wirkwiderstände
158
2.7.3 Messung sehr großer Wirkwiderstände
160
2.8 Schein- und Blindwiderstandsmessung
161
2.8.0 Kompetenzen
161
2.8.1 Aufgabenstellung
161
2.8.2 Messung kapazitiver Blindwiderstände
167
2.8.3 Messung induktiver Blindwiderstände
171
2.9 Verstärkungs- und Dämpfungsmessung
173
2.9.0 Kompetenzen
173
2.9.1 Aufgabenstellung
173
2.9.2 Verstärkungsmessung
175
2.9.3 Dämpfungsmessung
176
2.10 Rauschsignalmessung
178
2.10.0 Kompetenzen
178
2.10.1 Aufgabenstellung
178
2.10.2 Messkonzepte
182
2.11 Bitfehlerraten- und Jittermessung
184
2.11.0 Kompetenzen
184
2.11.1 Aufgabenstellung
184
2.11.2 Bitfehlerratenmessung
186
2.11.3 Jittermessung
187
2.12 Feldstärkemessung
188
2.12.0 Kompetenzen
188
2.12.1 Aufgabenstellung
188
2.12.2 Messung der elektrischen Feldstärke
192
2.12.3 Messung der magnetischen Feldstärke
194
3 Multimeter
196
3.0 Kompetenzen
196
3.1 Aufgabenstellung
196
3.2 Funktionskonzept
197
3.3 Arten und Kenngrößen
200
3.3.1 Analoge Multimeter
200
3.3.2 Digitale Multimeter
202
4 Oszilloskope
207
4.0 Kompetenzen
207
4.1 Aufgabenstellung
207
4.2 Funktionskonzept
208
4.3 Arten und Kenngrößen
218
4.3.1 Einstrahl-Einkanaloszilloskop
218
4.3.2 Einstrahl-Zweikanaloszilloskop
218
4.3.3 Zweistrahloszilloskop
220
4.3.4 Analog-Speicheroszilloskop
221
4.3.5 Digital-Speicheroszilloskop
222
5 Analysatoren
225
5.0 Kompetenzen
225
5.1 Aufgabenstellung
225
5.2 Funktionskonzept
225
5.3 Arten und Kenngrößen
228
5.3.1 Spektrumanalysator
228
5.3.2 Logikanalysator
234
6 Signalgeneratoren
239
6.0 Kompetenzen
239
6.1 Aufgabenstellung
239
6.2 Funktionskonzept
240
6.3 Arten und Kenngrößen
244
6.3.1 Sinusgenerator
244
6.3.2 Funktionsgenerator
250
7 Zähler
252
7.0 Kompetenzen
252
7.1 Aufgabenstellung
252
7.2 Funktionskonzept
252
7.3 Arten und Kenngrößen
255
8 Messverstärker
260
8.0 Kompetenzen
260
8.1 Aufgabenstellung
260
8.2 Funktionskonzept
261
8.3 Arten und Kenngrößen
261
9 Stromversorgungseinheiten
264
9.0 Kompetenzen
264
9.1 Aufgabenstellung
264
9.2 Funktionskonzept
264
9.3 Arten und Kenngrößen
266
10 Umsetzer und Wandler
269
10.0 Kompetenzen
269
10.1 Aufgabenstellung
269
10.2 Analog-Digital-Umsetzer (ADU)
270
10.3 Digital-Analog-Umsetzer (DAU)
274
10.4 Spannungs-Frequenz-Wandler
276
10.5 Frequenz-Spannungs-Wandler
277
10.6 Spannungswandler
278
10.7 Stromwandler
279
11 Messungen an Komponenten und Bauelementen
280
11.0 Kompetenzen
280
11.1 Aufgabenstellung
280
11.2 Messungen an Widerständen, Kondensatoren und Spulen
281
11.3 Messungen an Dioden
282
11.4 Messungen an aktiven Bauelementen
283
11.5 Messungen an Leitungen/Kabeln
285
11.6 Messungen an Werkstoffen
287
12 Messungen an Geräten und Baugruppen
289
12.0 Kompetenzen
289
12.1 Aufgabenstellung
289
12.2 Messungen an Zweipolen
289
12.3 Messungen an Vierpolen
290
12.4 Messungen an Verstärkern
294
12.5 Messungen an Signalquellen
296
12.6 Messungen an Sendern
298
12.7 Messungen an Empfängern
301
13 Messungen an Übertragungsstrecken
308
13.0 Kompetenzen
308
13.1 Aufgabenstellung
308
13.2 Messungen an Kabelstrecken
309
13.2.1 Messung des Wellenwiderstandes
309
13.2.2 Messung des Dämpfungsfaktors
309
13.2.3 Messung der Übertragungsbandbreite
310
13.2.4 Messung des Reflexionsfaktors
311
13.3 Messungen an Funkstrecken
313
13.3.1 Messung der Strahlungsleistung
313
13.3.2 Messung des Strahlungsdiagramms
314
13.3.3 Messung der Empfangsfeldstärke
315
14 Messung nichtelektrischer Größen
316
14.0 Kompetenzen
316
14.1 Aufgabenstellung
316
14.2 Drehzahlmessung
316
14.3 Wegmessung
319
14.4 Geschwindigkeitsmessung
324
14.5 Temperaturmessung
325
15 Rechnergestützte Mess-Systeme
329
15.0 Kompetenzen
329
15.1 Aufgabenstellung
329
15.2 OSI-Schichtenmodell
332
15.3 Konzept
338
15.4 Hardware für Mess-Systeme
347
15.4.1 Messgrößenaufnehmer
347
15.4.2 Rechner
353
15.4.3 Schnittstellen
355
15.5 Software für Mess-Systeme
357
15.5.1 Betriebssystem
357
15.5.2 Treiber
358
15.5.3 Anwendungen
358
15.5.4 Virtuelle Messgeräte
360
15.6 Bussysteme
360
15.6.0 Einführung
360
15.6.1 IEC-Bus
361
15.6.2 Feldbus
369
15.7 Anwendungen
371
15.7.1 Laboreinsätze
371
15.7.2 Fertigungsprozesse
373
Lösungen
376
Literaturverzeichnis
405
Sachwortverzeichnis
406
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