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Über dieses Buch

Dieses Lehrbuch für Studierende der Ingenieurwissenschaften und der Informatik überzeugt durch sein didaktisches Konzept. Es behandelt die systemtheoretischen Grundlagen der Messtechnik. Dabei werden die allen Messsystemen gemeinsamen Verfahren in den Vordergrund gestellt. Der Inhalt des Buches umfasst

- die Beschreibung des physikalischen Verhaltens von Messsystemen durch ein mathematisches Modell,

- die Verbesserung der statischen und dynamischen Eigenschaften von Messsystemen,

- die Messung stochastischer Größen,

- die rechnergestützte Messdatenerfassung und -verarbeitung sowie

- die Erfassung frequenzanaloger Signale.

Die 8. Auflage wurde gründlich überarbeitet, inhaltlich ergänzt und aktualisiert. Es wurden Schreibweisen vereinheitlicht und der Inhalt didaktisch verbessert. Der Bezug zur Praxis wird durch zusätzliche Beispiele unterstützt.

Zusätzlich werden Matlab-gestützte Übungen angeboten. Dozenten können für ihre Vorlesungen Folien herunterladen.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Kapitel 1. Messsysteme und Messfehler

Zusammenfassung
Die Grundaufgabe der Messtechnik besteht in der Erfassung physikalischer Größen mit einer vorgegebenen Genauigkeit. Da prinzipiell jedes Messverfahren fehlerbehaftet ist, müssen die damit verbundenen Fehler abgeschätzt werden, um Aussagen über die Messgenauigkeit treffen zu können. Ziel ist es, die entstehenden Messfehler möglichst klein zu halten, wofür gegebenenfalls vorhandene Störeinflüsse kompensiert werden müssen. Dazu bedarf es allerdings in der Regel einer Systembeschreibung des Messvorgangs mit möglichst all seinen Eigenschaften und Einflussgrößen. Liegt diese Beschreibung vor, so können mit systemtheoretischen Untersuchungen die Fehlereinflüsse modelliert und durch Systemoptimierung deren Einfluss minimiert werden.
Fernando Puente León, Uwe Kiencke

Kapitel 2. Kurvenanpassung

Zusammenfassung
Die analytische Darstellung einer Messkennlinie erfordert eine Modellbildung des Systems. Da das zugrundeliegende Modell in der Praxis oft unbekannt ist, liegt die stationare Messkennlinie haufig nicht in analytischer Form, sondern nur als Menge von n Messpunkten \((uk,yk),\,k \in \{ 0, \ldots ,n - 1\}\), vor. Gesucht wird nun eine analytische Darstellung der Kennlinie, welche die gemessenen Punkte in geeigneter Weise nachbildet. Dadurch konnen fur beliebige Zwischenwerte u die zugehorigenWerte y angegeben werden. DesWeiteren kann die auf diese Weise ermittelte Messkennlinie mit den in Kapitel 3 besprochenen Methoden genauer untersucht und verbessert werden.
Fernando Puente León, Uwe Kiencke

Kapitel 3. Stationäres Verhalten von Messsystemen

Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird das stationäre Verhalten von Messsystemen untersucht. Im stationären Fall sind alle Einschwingvorgänge des Messsystems abgeklungen und es stellt sich eine stabile Anzeige am Messsystem ein. Das Verhalten des Messsystems wird nun alleine durch die stationäre Messkennlinie bestimmt.
Fernando Puente León, Uwe Kiencke

Kapitel 4. Zufällige Messfehler

Zusammenfassung
Messfehler lassen sich aufgrund von Versuchen in systematische und zufällige Fehler einteilen. Erhält man bei wiederholten Versuchen das gleiche Ergebnis, spricht man von systematischen, bei voneinander im Betrag und Vorzeichen abweichenden Ergebnissen dagegen von zufälligen Fehlern. Die Fehler einer Messreihe können abhängig vom Standpunkt des Beobachters oder von den Versuchsbedingungen zu den zufälligen oder zu den systematischen Fehlern zählen. Dies macht man sich am besten an einem Beispiel klar.
Fernando Puente León, Uwe Kiencke

Kapitel 5. Dynamisches Verhalten von Messsystemen

Zusammenfassung
Unter einem System versteht man eine Menge zusammenhängender Komponenten, die der Erfüllung eines bestimmten Zweckes dienen. In der Messtechnik ist dieser Zweck meist die Umformung einer zeitabhängigen Messgröße u(t) zu einer Ausgangsgröße y(t).
Fernando Puente León, Uwe Kiencke

Kapitel 6. Messung stochastischer Signale

Zusammenfassung
Bisher wurden zufällige Messfehler behandelt, die einzelne Messwerte stationärer Messgrößen verfälschen. Will man hingegen Funktionsverläufe u(t) messen, so erwartet man auch hier für jeden Zeitpunkt t einen zufälligen Messfehler. Dieser wird gewöhnlich als Rauschen interpretiert. Für Signale wie Rauschen oder chaotische Schwingungen ist die Angabe eines Funktionsverlaufes unmöglich. Herkömmliche Analysemethoden gehen davon aus, dass die Signale durch mathematische Funktionen beschreibbar sind (z. B. durch eine Interpolationsfunktion). Damit kann man mit den Werten der Signalverläufe rechnen, Signale addieren und subtrahieren, verzögern oder Ableitungen und Integrale bilden. Speziell für Fourier-, Laplace- oder Faltungsintegrale ist nicht sichergestellt, ob diese für zufällige Zeitsignale überhaupt existieren.
Fernando Puente León, Uwe Kiencke

Kapitel 7. Erfassung analoger Signale

Zusammenfassung
In der modernen Messtechnik werden Signale meist rechnergestützt ausgewertet. Dazu müssen die zeitkontinuierlichen Signale eines analogen Messwertaufnehmers in eine für den Rechner geeignete Form überführt werden. Bei diesem Prozess der sogenannten digitalen Messdatenerfassung werden die Signale implizit einer Signalverarbeitung unterzogen. Der mit einer Messdatenerfassung zwangsläufig verbundenen Signalverarbeitung ist sich der Ingenieur zumeist weniger bewusst, obwohl gerade die Bereitstellung der Messdaten das gesamte Informationsverarbeitungssystem in entscheidenderWeise beeinflusst.
Fernando Puente León, Uwe Kiencke

Kapitel 8. Erfassung frequenzanaloger Signale

Zusammenfassung
In der bisherigen Betrachtung diente meist die Amplitude eines Signals u(t) als Informationsträger. Man spricht daher auch von amplitudenanalogen Signalen (Abschn. 1.3.4). Zur digitalen Signalverarbeitung wurde daher auch der Amplitudenverlauf des Signals abgetastet und in diskrete, digitale Werte umgesetzt. In der Messtechnik spielt aber noch eine andere Klasse von Signalen eine Rolle: die der frequenzanalogen Signale. Hier dient die Frequenz der Signale als Informationsparameter, den es zu erfassen oder zu verarbeiten gilt.
Fernando Puente León, Uwe Kiencke

Erratum

Ohne Zusammenfassung
Fernando Puente León, Uwe Kiencke

Backmatter

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