Sensoren, Neigungssensor, Neigungssensoren, Inklinometer,
Wegaufnehmer, Seilzug, LVDT, Messtaster,
Drehmomentaufnehmer, Sensoren, Kraftaufnehmer,
Beschleunigungsaufnehmer, Druckaufnehmer, Messdosen,
Verstärker, Signalverstärker, Kraftmeßdosen,
Prüfstände, Crashversuche, Fahrversuche, Verbrennungsmotor,
Rennsport, Drehmoment, Vibration, Kraftmessung, Beschleunigung, Weg,
Neigung, Druck, Wägen, Materialprüfung, Forschung,
Entwicklung, Raumfahrt, Textilindustrie, Biomechanik,
Dehnungsmeßstreifen, Folien- Folien-DMS, Halbleiter- Halbleiter-DMS,
Piezoresistiv, Resistiv
0-20mA Stromkreis
1-Massen-Schwinger
2-Leiter-Schaltung
3-Leiter-Schaltung
4-20mA Stromkreis
4-Leiter-Schaltung
6-Leiter-Schaltung
Abschirmung
Absolutdruck
Absolutencoder
Absolute Wegaufnehmer
Abtastrate
AC-Coupling, DC-Coupling
A/D-Wandlung
Aktoren
Aliasingeffekt
Ampere
Amperemeter
Amplitudenhistogramm
Analogoszilloskop
Analog-Digital-Oszilloskop
Anode
Anstiegszeit
Antwortfunktion
aperiodischer Grenzfall
Applizierung
Arbeitstemperaturbereich
ASIC
ATEX
Auflösung
Ausgangsvorspannung
Ausgang, normierter
Ausgang mit Trennstufe, gepufferter Ausgang
Aussteuerungsbereich
Autokorrelationsfunktion
Autoleistungsdichte (Autoleistungsspektrum)
Badewannen-Kurve
Bandbreite
Bandpass Filter
Bandsperre Filter
Basisgrößen
und Einheiten des SI-Systems
Bel
Berstdruck
Beschleunigung
Beschleunigung-Winkel-Beziehung
Beschleunigungsaufnehmer
Beschleunigungsaufnehmer, induktiv
Beschleunigungsaufnehmer, kapazitiv
Beschleunigungsaufnehmer, MEMS
Beschleunigungsaufnehmer, piezoelektrisch
Beschleunigungsaufnehmer, piezoresistiv
Beschleunigungsaufnehmer, Servo
Beschleunigungsaufnehmer, MEMS-Servo
Betriebsdruck
Betriebsfestigkeit
Betriebsschwingformanalyse
Betriebstemperaturbereich
bewegte Masse
bipolare Speisung
Bit-Rauschen
Bonden, Bonddrähte
Braunsche Röhre
Bruchlast
Brücke
Brückenschaltungen
Brückenverstärker
BSL
BSLTZ
Buffered Output, Buffer Amplifier
Bürde
Coupling, AC/DC
cardanische Aufhängung
Gerolamo Cardano
Chip
Compression-Mode (Kompressionsbetrieb)
Coriolisbeschleunigung, Corioliskraft
Curie, Jacques und Pierre
Dämpfung
Datenerfassungskarte
Datenlogger
DC-Coupling, AC-Coupling
Dehngrenze
Dehnung
Dehnungsempfindlichkeit
Dezibel (dB)
Dickschichttechnik
Dichtung
differentielle Spannungsmessung
Differenzdruck
Digitalanzeige
Digitalisierung
Digitaloszilloskop
Direkte Kopplung oder Gleichspannungskopplung
DKD - Der Deutsche Kalibrierdienst
DMS
DMS-Simulator
Doppler-Effekt
Dotieren
Drehmoment
Drehmomentaufnehmer
Druck
Druckaufnehmer
Druckaufnehmer, frontbündig
Druckaufnehmer, piezoelektrische
Druckaufnehmer, piezoresistive
Druckaufnehmer, mit zurückgezogener Membran
Druckausführung, absolut
Druckausführung, gekapselt
Druckausführung, relativ
Druckkanal
Druckmessgerät
Druckport
Druckstoß
DTC - Discharge Time Contant (Entladezeitkonstante)
Dünnschichttechnik
Durchbiegung
Durchgangsprüfer
DVM
DVRT
Dye
dynamische Drehmomentaufnehmer
Eichen
Eigenfrequenz
Eigenmasse
Eigenmoden
Einschwingzeit
Eigenvektoren
Eigenwerte
elastischer Bereich
Elastizitätsgrenze
Elastizitätsmodul
elektrische Felder
elektrischer Widerstand
elektrischer Widerstands Standard
elektrolytischer Neigungssensor
Elektrostriktion
Empfindlichkeit
Encoder
Encoder, Absolut
Encoder, Inkremental
Encoder, Vierflankenauswertung, Richtungserkennung
Entladezeitkonstante (DTC)
erdfrei
Erwartungswert
ESS (Environmental Stress Screening)
faradaysches Induktionsgesetz
Feder-Masse-System
Fehler
Fehlersuche
Fehlersuche, DMS-Sensoren (mit integriertem Verstärker)
Fehlersuche, DMS-Sensoren (ohne integrierten Verstärker)
Fehlersuche, Messverstärker
Fehlersuche, potentiometrische Sensoren
Fehlerquellen
FEM (Finite Elemente Methode)
FET (Field Effect Transistor)
Feuchte, relative
FFT
FFT, invers
FFT-Analysator
FFT-Autokorrelationsfunktion
FFT-Autoleistungsdichte (Autoleistungsspektrum)
FFT-Blackman-Harris-Fenster
FFT-Farbspektrogramm
FFT-Fensterfunktion
FFT-Hanningfenster
FFT-Hammingfenster
FFT-Lagerüberwachung
FFT-Rechteckfenster
FFT-Kohärenzfunktion
FFT-Kreuzkorrelationsfunktion
FFT-Kreuzleistungsdichte (Kreuzleistungsspektrum)
FFT-Übertragungsfunktion
FFT-Wasserfalldarstellung
Kohärenzfunktion
Filter
Filter, analoge
Filter, Bandpass
Filter, Bandsperre
Filter, Grenzfrequenz
Filter, digitale
Filter, digitale, FIR
Filter, digitale, IIR
Filter, Hochpass
Filter, mechanisch
Filter, Mittenfrequenz
Filter, Tiefpass
Finite Elemente Methode (FEM)
Flachprofil - Kraftaufnehmer
Biegebauform (Flexular Mode)
Folien-DMS
Fourierkoeffizienten
Fourierreihe
FRF Frequency Response Function
Frequenzgang
Frequenzspektrum
frequenzoptimiert
frontbündiger Druckaufnehmer
Gekapselte Druckausführung
gepufferter Ausgang, Ausgang mit Trennstufe
Geräteklassen
Genauigkeit
Genauigkeitsklassen
Gesamtgenauigkeit
Gewinde
Gewinde, Amerikanisch
Gewinde, kegelig
Gewinde, metrisch
Gewinde, Spitz
Gewinde, Witworth
Gewinde, Zoll
Gewinde, zylindrisch
Gieren
Gleichdruckeffekt
Gleichspannungskopplung oder Direkte Kopplung
Grenzfrequenz
Gyrokompass
Gyroskop
Gyroskop, MEMS
Gyroskopischer Effekt
HBT, Half Bridge Transducer
Halbbrücke
Halbleiter-DMS
Hall-Effekt
Hall-Sensor
Hall-Spannung
HALT-HASS Lebensdauer und Belastungsprüfung
HALT (Highly Accelerated Life Testing)
Hammerkit
Hammeranregung
HASS (Highly Accelerated Stress Screen)
Häufigkeitsfunktion
Hammeranregung, mehrfach
Hammerschlag, mehrfach
harmonische Schwingung
harmonische Schwingung, komplex
Hüllkurven-Demodulation
Hochpass Filter
Hookesches Gesetz
HUMS
Hybrid-Elektronik
Hybrid-Verstärker, integriert
Hysterese
IC
IEPE: Integrated Electronics Piezo-Electric
IP-Schutzarten
Impulshammer
In-Line Verstärker
Inbetriebnahme
Induktionsgesetz
Induktionsprinzip
Integrierter Verstärker
induktiver Beschleunigungsaufnehmer
inelastischer Bereich
Inklinometer
Inklinometer, elektrolytisches
Inklinometer, kapazitives
Inklinometer, magnetoresistives
Inkrementalencoder
inkrementale Wegaufnehmer
Influenz
Interface
Ionenimplantation
Isolierungswiderstand
bei Aufnehmern
Isolatorausführung
Istdruck
JFET
Joukowski-Stoß
Joule
Justierung
k-Wert
Kalibrierdatenblatt
Kalibriernormal
Kalibrierschein
Kalibrierung
Kalibrierung, n-Punkte
Kalibrierung bei 50% vom Nennbereich
Kalibrierung, rückführbare
Kalibrierung, Werks
Kalibrierzertifikat
Kalibrierzeugnis
kapazitive Kopplung oder Wechselspannungskopplung
kapazitiver Beschleunigungsaufnehmer
Kathode
Kennlinie
Klassenhäufigkeit
Klassifizierung dynamische signale
Klassifizierung, aperiodisch
Klassifizierung, deterministisch
Klassifizierung, ergodisch.
Klassifizierung, harmonisch
Klassifizierung, nicht ergodisch.
Klassifizierung, instationär
Klassifizierung, komplex harmonisch
Klassifizierung, oszillierend (fast-periodisch)
Klassifizierung, periodisch
Klassifizierung, stationär
Klassifizierung, transient (relaxierend)
Klassifizierung, stochastisch
Kohärenzfunktion
kompensierter Temperaturbereich
Körperschall
Kraft
Kraftaufnehmer
Kraftaufnehmer, DMS
Kraftaufnehmer, piezoelektrisch
Krafteinleitung
Kraftkompensierung
Kreisel
Kreiselinstrument
Kreiselkompass
Kreuzkorrelationsfunktion
Kreuzleistungsdichte (Kreuzleistungsspektrum)
kritische Dämpfung
Labornetzteil
Ladungsausgang
Ladungsbetrieb
Ladungsverstärker
Lagertemperaturbereich
Lagerüberwachung
Laserwegaufnehmer
Lastwiderstand
Leitfaden
Leistungsdichte
linearer potentiometrischer Wegaufnehmer
Linearität
Linearisierung
Liniendruck
logarithmische Rechenregeln
Lorentz-Kraft
LSB, Least Significant Bit
Luftdämpfung
LVDT, Linear Variable Differential Transformer
LVIT, Linear Variable Inductance Transducer
MAC-Matrix (Modal Assurance Critereon)
magnetoresistiver Effekt
Magnetostriktion
Magnetostriktive Wegaufnehmer
Manometer
Masseschleifen
Masse, seismische
Materialprüfung
Materialprüfung, Lagerüberwachung
mechanische Filter
Medientemperatur
Mehr-Punkte-Kalibrierung
MEMS
Messbereich
Messbrücke
Messtaster
Messwertaufnehmer
Messwertübertragung
MicrofusedTM
Mikroelektronik
Mikromechanik
mikromechanisch gefertigter (MEMS) Beschleunigungsaufnehmer
Miniaturaufnehmer
Mittelrauhwert
Mittenfrequenz Filter
Modalanalyse
Modalanalyse, analytische (AMA, Analytic Modal Analysis)
Modalanalyse, experimentelle (EMA, Experimental Modal Analysis)
Modalanalyse aus Betriebsdaten(OMA, Operational Modal Analysis)
Modal-Abgestimmt
Modal Assurance Critereon (MAC-Matrix)
modale Größen
modale Parameter
Moden
monopolare Speisung
Montage
Montagesockel
MOSFET
MST
Multikomponentenkraftmessung
Multimeter
Näherungsschalter
Neigungssensor
Neigung-Beschleunigung-Beziehung
Neigungssensor, elektrolytischer
Neigungssensor, kapazitiver
Neigungssensor, magnetoresistiver
NEMA-Klassifikation
Nenndruck
Netzteil
Nichtlinearität
Nicken
Niederfrequenzverhalten
NIST
Normdruck
normierter Ausgang
normierte Empfindlichkeit
normierte Sensitivität
Nullpunkt-Offset
NVH
Nyquist-Shannon Theorem
ODS, Operating Deflection Shapes Analysis
ODS, Spektral
ODS, Zeit
Offset
Offsetabgleich, Tara
Ohmmeter
Öldämpfung
Oszilloskop
Oszilloskop-Simulator
Oszilloskop, analog
Oszilloskop, analog-digital
Oszilloskop, digital
Oszilloskop, PC-gestützt
Pascal
Peltiereffekt
piezoelektrischer Effekt, direkter
Piezoelektrischer Effekt, inverser
piezoelektrizität
Piezolautsprecher
Piezopositionierer
piezoelektrische Beschleunigungsaufnehmer
Piezokeramik
piezoresistiver Beschleunigungsaufnehmer
piezoresistiver Effekt
Polarisation
Pole
potentiometrischer Wegaufnehmer
Präzession
Produktmängel, Design
Produktmängel, Fertigung
proportionaler Übertragungsfaktor
Proportionalitätsgrenze
Prüfdruck
PSI
PTB - Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt
Quanten-Hall-Effekt
Quantisierungsfehler
Quarz
Quasistatisch
Quell-Impedanz
Querbeschleunigungsempfindlichkeit
Querkraftempfindlichkeit
Ratiometrischer Ausgang
Rauhtiefe
Rauschen
Relativdruck
Reproduzierbarkeit
resistiver Wegaufnehmer
Resonanzfrequenz
Rheostat
Richtungserkennung, Vierflankenauswertung
Riss-Erkennung
RS-232
RS-422
SanShiftTM
Schiffsbewegungen
Schleifring
Schock
Schockaufnehmer
Schraubbefestigung
Schütteltisch
Schwinggeschwindigkeit
Schwingung
Schwingung, klassifizierung
Schwingungsaufnehmer
Schwingungsanalyse
Schwingungsanalyse, Lagerüberwachung
Schwingungsmessung
Schwingungsmoden
Schwingweg
Schwoien
Seismik-Aufnehmer
Seilzugwegaufnehmer
Selbstinduktion
Selbstzentrierender Dichtring
Sense
Sensitivität
Sensitivität, Definitionstandards
Sensitivität, normierte
Sensoren
Sensor-Array
Sensormontage
Sensormontage, Beschleunigungsaufnehmer
Sensormontage, Beschleunigungsaufnehmer mit Montagesockel
Sensormontage, Druckaufnehmer
Servo
Shaker
Shear Mode (Scherbauform)
Angular Shear Mode (Azimut-Scherbauform)
Shunt-Widerstand
SI-Basisgrößen und Einheiten
Signal- zu Rauschverhältnis
Signalaufbereitung
Signalverarbeitung
Signalverlauf, klassifizierung
single ended (SE) Spannungsmessung
SMD
Sockel
Sockeldehnung
Solldruck
Sondermessbereiche
Spannungs-Dehnungs-Kurve
Spannungsbetrieb
Spannungsmessung
Spannungsmessung, single ended (SE)
Spannungsmessung, differentiell (diff.)
Spannungsteiler
Speisespannung
Spektrum, Frequenz
SPS
Stabilisierungsdiagramm
statisch
Steifigkeit, k
Steigung
statische Drehmomentaufnehmer
Steuerdruck
Streckgrenze
Stromstoß
Strukturanalyse
Strukturanalyse, Lagerüberwachung
Stufenfunktion
Sublimation
Summenhäufigkeit
Summierschaltung
Systemdruck
Systempole
Tara, Offsetabgleich
Tauchen
Technisches Datenblatt
technische Elastizitätsgrenze
TEDS (Transducer Electronic Data Sheet)
TEDS, Virtuller
Telemetrie
Telemetrie per Funk
Telemetrie per Infrarotlicht
Telemetrie per induktiver Übertragung
Temperaturbeiwerte
Temperaturbereiche
Temperaturkoeffizient
Temperaturkompensation
Temperaturschock
Temperaturtransient
thermische Nullpunktverschiebung
thermische Sensitivitätsdrift
thermisches Verhalten
Thermistor
Thermoelement
Thermocouple
Thermopaar
Tiefpass Filter
Tot-Volumen
Tourmaline
Trägerfrequenz, Trägerfrequenzverstärker
Transferfunktion
Transientenanalyse
Transmitter
Trennverstärker, Ausgang mit Trennstufe
Triangulation
Triaxialaufnehmer
Überdehnung
Überdruck
Überlastbarkeit
Überlastbarkeit ohne Zerstörung
Überlastschutz
Überlast-Erholzeit
Überlastung
Überschwingen
Übersprechen
Übersteuerung
Übertragungsbereich
Übertragungsfunktion
Übertragungsfaktor
Übertragungskoeffizient
Ultraschallwegaufnehmer
Umlaufdruck
Umweltsimulation
Unterdruck
v.B.
v.E.
v.M.
Vakuum
Verdichtungsdruck
Verlauf, dynamischer
Verlauf, quasi-statischer
Verlauf, statischer
Verlauf, transienter
Verteilungsdichte
Verteilungsfunktion
Vibration
Vibrator
Vierflankenauswertung, Richtungserkennung
Viertelbrücke
Villary-Effekt
Vollbrücke
Voltmeter
volumetrische Empfindlichkeit
von-Klitzing-Konstante
Vorlast
Wafer
Wahrscheinlichkeitsdichte
Wahrscheinlichkeitsverteilung
Wägezelle
Wanken
Wechselspannungskopplung oder kapazitive Kopplung
Wellenform, klassifizierung
Winkel-Beschleunigung-Beziehung
Wasserhammer
Wasserschlag
Widerstand, elektrischer
Widerstands Standard, elektrischer
Wiederholbarkeit
Wiedemann-Effekt
Winkelaufnehmer
Wirbelstromwegaufnehmer
Wegaufnehmer
Wheatstonesche Messbrücke
Wogen
Young's Modulus
Zugfestigkeit
Zulässiger Druck
3-Leiter-Schaltung
Eine 3-Leiter-Brückenschaltung ist wie die 4-Leiter-Schaltung
aufgebaut, wobei die Versorgungs- und Signalübertragungsmassen kurzgeschlossen sind.
Diese Schaltung findet man bei DMS-Sensoren mit integriertem Spannungsverstärker vor.

0-20mA Stromkreise sind auch auf 3 Leitern aufgebaut.
-> Brückenschaltungen
-> Hybrid-Verstärker, integriert
-> Transmitterbetrieb
-> Vollbrücke
-> Wheatstonesche Messbrücke
4-20mA Stromkreis
4/20mA- Stromkreise werden häufig für industrielle Anwendungen eingesetzt, bei denen das Sensorsignal über lange Strecken (über 100m) übermittelt werden muss und starken Störsignalen ausgesetzt ist. Sie besteht aus
- einem Sensor
- einem Spannung-Strom-Konverter und Signalverarbeitungsmodul
- einer Stromversorgung (meistens 24V) und
- einem Messgerät
Messwertaufnehmer, dessen Ausgangssignal ein Stromsignal ist (z.B. 4 bis 20 mA), aber auch die Signalverarbeitungsmodule in einem Stromkreis werden als Transmitter bezeichnet.
Mit dem Strom von mindestens 4 mA kann der Sensor versorgt werden. Das Spannungssignal des Sensors wird in ein Stromsignal umgewandelt (20mA max.) und am Messgerät wieder in Spannung zurückgewandelt. Da für die Versorgung und Signalübertragung nur zwei Leitungen benötigt werden nennt man solche Schaltung auch 2-Leiter-Schaltungunen (-> Brückenverstärker). Ein weitere positiver nebeneffekt ist, dass sich ein Kabelbruch festestellen lässt, falls der Strom unter 4 mA sinkt.

Es ist auch möglich mit einem Drei-Leitersystem die Spannungsversorgung des Sensors vom Stromkreis zu trennen.
Ein 0-20mA Stromkreise ist in diesem Fall auch möglich, da hier die 4mA für die Versorgung des Sensors nicht mehr benötigt wird.

Spannungssignale werden bei langen Kabelstrecken verfälscht da die Spannung aufgrund des Kabelwiderstands abfällt. Durch möglichst hochohmige Eingänge und abgeschirmte Kabeln lässt sich der Messfehler minimieren. Aufgrund des hochohmigen Aufbaus bleibt aber eine große Empfindlichkeit gegenüber Störungen kapazitiver und induktiver Art, da die Kabel häufig in der Nähe von elektrisch rauschenden Systemverdrahtungen verlaufen.
Bei der Stromübertragung sind Fehler auf Grund des Kabelwiderstands ausgeschlossen, denn obwohl Spannungsabfälle entstehen ('loop drops' genannt) —
bleibt das 4-20mA Signal erhalten, da die Elektronen im Stromkreis nicht 'verloren gehen' können. Störströme sind hierbei klein im Vergleich zu den Sensorströmen. Durch den Einsatz von verdrillten Kabeln lassen sich induktive Störungen minimieren.
-> Brückenverstärker
-> Brückenschaltungen
4-Leiter-Schaltung
Bei Sensoren, die über eine
4-Leiter-Schaltung verfügen, erfolgt die Versorgung und
Signalübertragung jeweils über zwei Leitungen.


-> Brückenschaltungen
-> Vollbrücke
-> Wheatstonesche Messbrücke
-> Transmitterbetrieb
-> Brückenverstärker
6-Leiter-Schaltung
Ist die Zuleitung von Sensoren auf DMS-Basis zu lang, führt ein Spannungsabfall durch den
Kabelwiderstand zu einer Verfälschung des Ausgangssignals.
Um dies zu vermeiden, wird eine Fühlerleitung
am Speisungsanschluss des Sensors hinzugefügt (auch Sense
genannt), die es ermöglicht, diesen Spannungsabfall zu messen und zu
korrigieren.

-> Brückenschaltungen
-> Wheatstonesche Messbrücke
-> Brückenverstärker
Abschirmung
Das Vorhandensein elektrischer Spannung führt zu einem elektrischen Feld.
Dieses Feld wiederum ist in der Lage, elektrische Ladungen zu beeinflussen (Influenz).
Daher müssen Messeinrichtungen durch geeignete Abschirmung vor elektrischen Feldern geschützt werden,
damit es dort nicht zu Fehlerspannungen kommt, die das Messergebnis verfälschen.
Absolutdruck
Der Absolutdruck ist der Druck, der relativ zum absoluten
Vakuum (festgelegt auf 0 bar) gemessen wird.
-> Druck
-> Relativdruck
-> Gekapselte Druckausführung
Absolute Wegaufnehmer
Absolute Wegaufnehmer messen die aktuelle Position und liefern
ein dem Weg proportionales Signal.
-> Inkrementale Wegaufnehmer
-> Wegaufnehmer
Abtastrate
Die Abtastrate ist die Frequenz, mit der analoge Signale bei der A/D-Wandlung
abgetastet werden.
Laut dem Nyquist Theorem sollte die Abtastrate höher als 2 mal so hoch sein, wie die
höchste zu messende Frequenz, um Aliasingeffekte zu vermeiden. Dies ist für die Ermittlung der Frequenz zwar richtig, nicht jedoch für die Wiedergabe der Amplitude. Ist die Abtastrate genau 2 mal so hoch, dann kann es im schlimmsten Fall dazu führen, dass zwar die Frequenz stimmt, aber die Amplitude Null ist.

Dies wird im obigen Beispiel verdeutlicht, wobei dort die Abtastrate etwas höher ist als zweifach, um das Prinzip zu verdeutlichen. Bei einer Phasenverschiebung von 90° würde man allerdings wieder die richtige Amplitude erhalten. Wo die einzelnen Abtastpunkte liegen, kann man zwar bei einer reinen Sinus-Welle mit einem analogen Trigger beeinflussen, bei komplexeren Signalen ist dies aber dem Zufall überlassen.

Schon ab einem Faktor drei erhält man allerdings eine ziemlich genaue Wiedergabe des Signals.

Bei einer 5 mal höheren Abtastrate beträgt die Amplitude ca. 95% des Originalsignals.
Möchte man also eine genaue Wiedergabe des ursprünglichen Signals erhalten, sollte man mindestens 3 mal höher abtasten.
-> Nyquist Theorem
-> Aliasingeffekt
AC Coupling, DC-Coupling
Sensoren liefern häufig ein Signal, das aus einer Wechselspannung (Schwingung) überlagert mit einer Gleichspannung (Offset, Bias) besteht.
Um das Messen sowohl des unverfälschten Signals als auch nur des Wechselspannungsanteils des Signals zu ermöglichen, bieten viele Messgeräte - wie Oszilloskope - zwei verschiedene Arten der Ankopplung des Sensorsignals, wie hier am Beispiel eines typischen IEPE-Signals dargestellt:

AC Coupling (kapazitive oder Wechselspannungs-Kopplung):
Hier wird ein Kondensator in Reihe mit dem Signal angeschlossen. Dadurch wird der DC-Anteil entfernt und nur eine Wechselspannung um 0V dargestellt.
Der Kondensator wird zwischen +Signal des Sensors und +Eingang des Messgerätes angeschlossen.
Das -Signal wird direkt mit dem -Eingang verbunden.
Vorteil: höhere Auflösung
Nachteil: Verlust der Information über DC-Anteile
DC Coupling (Direkte Kopplung oder Gleichspannungskopplung):
Hier wird das tatsächliche Signal unverfälscht dargestellt, also bei einem Signal mit DC- und AC-Anteil wird beides gemessen.
Vorteil: Erhalt der Information über DC-Anteil
Nachteil: niedrigere Auflösung
A/D-Wandlung
Ist die Umwandlung analoger Signale in digitale Signale.
Dazu wird in regelmäßigen Intervallen
(-> Abtastrate)
die aktuelle Amplitude des analogen Signals in digitaler Form gespeichert.
Die mögliche Genauigkeit, mit der die Amplitudenwerte erfasst werden können,
hängt dabei von der Anzahl der verwendeten Bits (z.B. 12Bit) ab (-> Auflösung).
Aktoren
Ein Aktor ist ein Gerät, das ein Signal (meistens ein elektrisches
Signal) in eine mechanische, physikalische oder chemische
Größe
umwandelt.
-> Sensoren
Aliasingeffekt
Bei der Digitalisierung eines analogen Signals muss die dazu verwendete
Abtastrate mindestens doppelt so hoch sein, wie die höchste im
Signal vorkommende Frequenz. Dies kann mit einem analogen Filter
mit einer Grenzfrequenz von < f/2 gewährleistet werden.
Nur so ist sichergestellt, dass die Frequenzinformation des ursprünglichen Signals
auch digital unverfälscht erhalten bleibt.
Ansonsten kommt es zur Signalverfälschung durch Faltungseffekte.

-> Abtastrate
-> A/D-Wandlung
-> Nyquist Theorem
Ampere
Das Ampere (A) ist die Einheit der Stromstärke.
-> SI-System
Amperemeter
Ein Amperemeter ist ein Messgerät zur Messung des elektrischen Stroms.
Neben dem analogen Amperemeter, das ein Drehspulinstrument zur Anzeige benutzt, gibt es auch digitale Amperemeter, die eine
LED- oder LCD-Anzeige benutzen.
-> Multimeter
Anstiegszeit
Ändert sich das Eingangssignal eines Messwertaufnehmers
sprunghaft, so folgt das Ausgangssignal stets mit einer bestimmten zeitlichen Verzögerung.
Die Zeit, die vergeht bis das Ausgangssignal 90% seines endgültigen Wertes erreicht, wird als Anstiegszeit bezeichnet.
Antwortfunktion, FRF Frequency Response Function
Die Antwortfunktion ist die Fourier-tranformierte des Antwortsignals
-> Übertragungsfunktion
aperiodischer Grenzfall
-> Kritische Dämpfung
Applizierung
Applizierung bezeichnet das Aufkleben von Dehnungsmessstreifen (DMS)
auf Körpern, um damit Verformungen durch Belastung und somit auch
die dafür verantwortlichen physikalischen Größen wie Kraft,
Drehmoment, Druck oder Beschleunigung
messen zu können.
Arbeitstemperaturbereich
-> kompensierter
Temperaturereich
ASIC
Abkürzung für: Application Specific Integrated Circuit
(Kundenspezifische Integrierte Schaltung)
ATEX
ATEX steht für das französische
"ATmosphere EXplosible" und ist eine Leitlinie zur Anwendung der Richtlinie
94/9/EG für Geräte zur
Verwendung in explosionsgefährdeten Bereichen.
Die Richtline ist verbindlich seit dem 1. Juli 2003.
Auflösung
- Als Auflösung bezeichnet man im Allgemeinen die kleinstmögliche Änderung einer Größe, die noch zuverlässig gemessen werden kann.
Sie hängt von dem Messverfahren und eventuell vorhandenem Rauschen ab.
- Die Auflösung hängt bei der Digitalisierung analoger Signale von der Anzahl der verwendeten Bits ab.
Kann ein A/D-Wandler beispielsweise einen Spannungsbereich von 0-10V mit 12Bit digitalisieren,
so liegt die kleinste detektierbare Spannungsänderung (LSB) bei 10V / 2^12 = 2,4mV
.
(LSB=Least Significant Bit )
Kleinstes auflösbares Signal am Beispiel eines 10 V Signaleingangsbereiches:
Auflösung(n) Stufen(2^n) LSB-Spannung dB
2-bit 4 2,5 V -12
4-bit 16 625,0 mV -24
6-bit 64 156,0 mV -36
8-bit 256 39,1 mV -48
10-bit 1.024 9,8 mV -60
12-bit 4.096 2,4 mV -72
14-bit 16.384 610,0 µV -84
16-bit 65.536 153,0 µV -96
18-bit 262.144 38,0 µV -108
20-bit 1.048.576 9,5 µV -120
22-bit 4.194.304 2,4 µV -132
24-bit 16.777.216 596,0 nV -144
(-> Bit-Rauschen)
Ausgangsvorspannung
Als Ausgangsvorspannung bezeichnet man den Offset von IEPE-Messwertaufnehmern.
Dieser Offset kann nicht durch Tarieren,
sondern lediglich durch Zwischenschalten eines Kondensators eleminiert werden.
Ausgang mit Trennstufe, Buffered Output
Um sicherzustellen, dass ein Sensor an beliebige Messgeräte angeschlossen werden kann, ohne das Signal des Sensors zu beeinflussen, wird ein Trennverstäker zwischen Sensorausgang und Meßgeräteingang geschaltet. Der Trennverstärker dient dazu das Sensorsignal zu reproduzieren, ohne die Quelle zu belasten und schützt das Signal gegenüber impedanzbedingten Verfälschungen.

Idealerweise sollte die Ausgangsimpedanz eines Sensors fast null und die Eingangimpedanz des Messgeräts unendlich hoch sein, damit solche Verfäschungen nicht vorkommen.
Schließt man hingegen einen Sensor mit einer hohen Ausgangsimpedanz an ein Messinstrument mit niedriger Eingangsimpedanz an, so misst dies nur einen Bruchteil des Sensorsignals. Beispielsweise ist bei einer Ausgangsimpedanz des Sensors von 100 kOhm und einer Eingangsimpedanz des Messgeräts von 500 Ohm das resultierende Signal = 500/(100.000+500) = nur ca. 0.5% des eigentlichen Signals!
In so einem Fall ist es sinnvoll einen Trennverstärker mit hohem Eingangs- und niedrigem Ausgangswiderstand zwischen Sensor und Messgerät zu schalten.
Aussteuerungsbereich
-> Übertragungsbereich
Autokorrelationsfunktion
Die Autokorrelationsfunktion ist definiert als Erwartungswert des Produktes aus einer Funktion x(t) mit dem Wert der zeitverschobenen Funktion x(t+t1).
Die Autokorrelationsfunktion gibt also den inneren Zusammenhang des Signals an, wenn man es um die Zeit t1 verschiebt. Sie beinhaltet keine Phaseninformation.
Die Autokorrelationsfunktion kann durch die inverse FFT des Autoleistungspektrums ermittelt werden.
Autoleistungsdichte (Autoleistungsspektrum)
Die Autoleistungsdichte eines Signals x(t) gibt an, wie die Leistung eines Signals auf die einzelnen Frequenzen verteilt ist, und wird als Mittelwert der Betragsquadrate der bezogenen Fourier Transformierten aller Einzelversuche ermittelt. Üblicherweise wird zwischen 8 und 64 Einzelversuche gemittelt.
Die Autoleistungsdichte ist eine reelle Funktion, die stets positiv ist und beinhaltet keine Phaseninformation.
Die Autoleistungsdichte kann durch die FFT der Autokorrelationsfunktion ermittelt werden.
-> Kreuzkorrelationsfunktion
-> Kreuzleistungsdichte (Autoleistungsspektrum)
-> Erwartungswert
-> Verteilungsdichte
-> Verteilungsfunktion
Bandbreite
Die Bandbreite ist der Frequenzbereich, in dem elektrische
Signale mit einem definierten Amplitudenabfall übertragen werden.
Typische Werte für diesen Amplitudenabfall sind 3 dB und 5 % (0,5
dB).
Manchmal wird der empfohlene dynamische Bereich eines ungedämpften Sensors
(10 bis 30 % von der Resonanzfrequenz)
auch Bandbreite genannt.
-> Frequenzgang
-> Kennlinie
Basisgrößen
und Einheiten des SI-Systems
Kürzel Basiseinheit Basisgröße
m Meter Länge
kg Kilogramm Masse
s Sekunde Zeit
A Ampere elektr. Stromstärke
K Kelvin thermodyn. Temperatur
mol Mol Stoffmenge
cd Candela Lichtstärke
Berstdruck
Der Berstdruck ist der Druck, bei dem es zur Zerstörung des Messwertaufnehmerns
(vor allem bei Druckaufnehmern) kommen kann.
Daher darf dieser Druck keinesfalls überschritten werden.
Allerdings kann es bereits bei Drücken unterhalb des Berstdrucks zu
dauerhaften Änderungen der Spezifikationen kommen.
-> Überlastbarkeit
-> Überlastbarkeit ohne Zerstörung
-> Prüfdruck
Beschleunigung
Beschleunigung ist definiert als Änderung der Geschwindigkeit pro Zeiteinheit (a = dv/dt).
-> Schock
-> Schwingung
-> Vibration
Beschleunigung-Winkel-Beziehung
Beschleunigungsaufnehmer mit niedrigen Messbereichen (±1 bis ±3g) können auch als
Neigungssensoren
eingesetzt werden.
Die Neigung errechnet sich aus dem Arkussinus der Beschleunigung (siehe untere Abbildung).
Da das Ausgangssignal eines Beschleunigungsaufnehmers proportional zur Beschleunigung (und nicht zum Winkel) ist:
=> Beschleunigung (g) = m*V,
wobei V die um den nullpunkt korrigiertes Ausgangsspannung (Vaus-Voffset), und m= 1/Sensitivität ist,
-> Beschleunigung (g) = (Vaus-Voffset)/Sensitivität
-> Gyroskopischer Effekt
Daraus ergibt sich für Neigungssensoren:
Neigung(°) = arcsin((Vaus-Voff)/Sensitivität)

Das rote Rechteck repräsentiert den Beschleunigungsaufnehmer.
Beispiel:
Nehmen wir einen 2g Sensor der mit 5 V gespeist wird, ein Offset von 2,5V hat und ein Ausgangsspanne von ±1,1V
1,1V enstpricht also 2 g, sodass wir eine Sensitivität von 0,55V/g haben
Ist der gemessene Ausgang 2,775V erhalten wir:
Neigung= Arcsin((2,775-2,5)/0,55) = 30°.
WICHTIG: Wird ein Beschleunigungsaufnehmer als Neigungssensor eingesetzt ist folgendes zu beachten:
Beschleunigungssensoren können nicht zwischen Ursachen einer Beschleunigung unterscheiden.
Der Einfluss von Stößen und Vibrationen kann durch einen Tiefpass Filter weitgehend eliminiert werden. Alle Beschleuniungen die aber unter der Grenzfrequenz des Tiefpass Filters liegen, werden auch gemessen.
Es ist also phyikalisch nicht möglich langsame Beschleunigungen (Beschleunigung/Bremsen eines Fahrzeugs, Fahren in eine Kurve, etc.) von Neigung zu unterscheiden.
Eine Neigung verursacht Beschleunigungen von maximal ±1g. Es ist trotzdem nicht sinnvoll, Signale die außerhalb von ±1g liegen zu vernachlässigen, denn es könnte sich um eine Signlalüberlagerung handeln, verursacht durch Neigung und Bewegungsdynamik.
Zusammenfassend kann man sagen, dass es sinnvoll ist Neigungssensoren grundsätzlich mit einem Tiefpass Filter mit niedriger Grenzfrequenz zu versehen.
Wie der folgenden Abbildung entnommen werden kann, ist der Zusammenhang zwischen Beschleunigung und Winkel im Bereich ±30° nahezu linear.
Ab 60° wäre eine Korrektur der Nichtlinearität notwendig, ab 75° kann ein Beschleunigungsaufnehmer auch mit einer Korrektur der Nichtlinearität nicht sinnvoll eingesetzt werden.
Um über 75° zu messen, braucht man zwei Sensoren (bzw. einen biachsialen Sensor), mit zwei Messachsen, die um 90° zueinander verkippt sind.
Das Signal kann so miteianader verrechnet werden, sodass ein kontinuierlisches Signal von 0 bis 360° entsteht.
Beschleunigungsaufnehmer
Ein Beschleunigungsaufnehmer ist ein Messwertaufnehmer zur Messung von
Beschleunigungen. Wird er beschleunigt, so wirkt auf die in ihm montierte seismische Masse
eine Kraft, die proportional zur Beschleunigung ist (F=m*a).
Die Messung dieser Kraft (z.B. mit Dehnungsmessstreifen (DMS))
liefert ein zur Beschleunigung proportionales Signal.
-> Feder-Masse-System
-> Sensormontage, Beschleunigungsaufnehmer
Beschleunigungsaufnehmer, induktiv
Induktive Beschleunigungsaufnehmer werden nur noch selten benutzt und
zunehmend durch kapazitive Beschleunigungsaufnehmer und
piezoresistive Beschleunigungsaufnehmer ersetzt.
Beschleunigungsaufnehmer, kapazitiv
Kapazitive Beschleunigungsaufnehmer bestehen aus zwei festen Kondensatorplatten und
einer seismischen Masse als bewegliche Kondensatorplatte, die sich zwischen den festen
Kondensatorplatten bewegen kann.
Beschleunigungsaufnehmer, MEMS
Bedingt durch Fortschritte in der Mikromechanik und die damit verbundene Kostenoptimierung,
werden viele kapazitive und
piezoresistive Beschleunigungsaufnehmer mikromechanisch gefertigt.
Hierbei werden die mechanischen Strukturen bestehend aus einer seismischen Masse, die von ein, zwei oder vier
Biegebalken getragen wird, und die Schutzkappen mikromechanisch geätzt.

Die oberen und unteren Siliziumschichten dienen als mechanische Anschläge und schützen den
Sensor vor starken Überlastungen. Das dünne Luftpolster zwischen seismischer Masse und Schutzkappe
wirkt als mechanisches Tiefpassfilter, und verhindert dass die seismische Masse im Resonanzbereich schwingt.

Bei den piezoresistiven Beschleunigungsaufnehmern werden die
piezoresistiven Widerstände direkt durch
Ionenimplantation in die Biegebalken integriert.
Die Widerstände werden als Vollbrücke geschaltet.
Bei kapazitiven Beschleunigungsaufnehmern führt eine auftretende Beschleunigunung
zu einer Änderung der Position der seismischen Masse und somit zu einer Änderung
der Kapazitäten der beiden Kondensatoren.
Diese Kondensatoren (C1 und C2) bilden zusammen mit zwei festen Kondensatoren eine Brückenschaltung.
Die Brückenschaltung wird von einer konstanten Wechselspannung gespeist. Eine Änderung der Kapazitäten
führt zu einer Verstimmung der Brücke und es entsteht eine amplitudenmodulierte Wechselspannung.
Dieses Signal wird gleichgerichtet und verstärkt und man erhält ein zur Beschleunigung
proportionales Ausgangssignal.
-> Beschleunigungsaufnehmer, MEMS-Servo
Beschleunigungsaufnehmer, piezoelektrisch
Piezoelektrische Beschleunigungsaufnehmer basiern auf dem piezoelektrischen Effekt..
Die seismische Masse wird auf einem piezoelektrischen Quarz montiert.
Eine Beschleunigung bewirkt eine Belastung des Quarzes und erzeugt so ein Ladungsverteilung, die durch geeignete Elektronik (IEPE-Schaltkreis) in ein zur Beschleunigung proportionales Spannungssignal gewandelt wird.
Der Messbereich eines piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmers kann mit Hilfe der seismischen Masse oder mit Hilfe der Elektronik eingestellt werden.
Es gibt mehrere Bauarten piezoelektrischer Beschleunigungsaufnehmer:
Kompressionsbauform (Compression-Mode)

Hierbei ist der Quarz direkt zwischen Montageplatte und seismischer Masse montiert.
Er wird mit Druck belastet (longitudinaler piezoelektrischer Effekt).
Scherbauform (Shear Mode)
Hierbei ist der Quarz nicht direkt zwischen Montageplatte und seismischer Masse montiert, sondern wird auf
Scherung beansprucht (transversaler piezoelektrischer Effekt).
Bei Temperaturänderungen oder Biegebeanspruchung der Grundplatte sind kleinere Meßfehler als bei der Bauform
"Compression-Mode" zu erwarten.
Azimut-Scherbauform (Angular Shear Mode)

Hierbei werden die Sensorelemente wie seismische Masse, Piezokristall und Elektroden einfach zusammengelegt (statt zusammengeschraubt) und dann im Ofen mittels eines äußeren Rings fixiert, der bei Hitze zusammenschrumpft.
Biegebauform (Flexular Mode)

Hierbei wird der Quarz auf ein Biegebalken montiert und auf Biegung beansprucht.
Diese Bauform ist unempfindlich gegen Querbeschleunigungen und wird meistens für seismische Anwendungen eingesetzt.
Die Bandbreite ist niedriger als bei Sensoren mit Kompressionsbauform und Scherbauform.
Piezoelektrische Beschleunigungsaufnehmer sind nicht für statische Anwendungen geeignet. Bei dynamischen Anwendungen liegt die obere Grenzfrequenz
je nach Bauform zwischen 5kHz und 30kHz.
Die untere Grenze wird durch die Entladezeitkonstante bestimmt.
Die obere Grenze wird durch die Resonanzfrequenz bestimmt.
Beschleunigungsaufnehmer, piezoresistiv
Piezoresistive Beschleunigungsaufnehmer basieren prinzipiell
auf den unter "Beschleunigungsaufnehmer" beschriebenen Prinzip.

Eine auftretende Beschleunigung bewegt die seismische Masse
und die folgende Krümmung der Biegebalken
führt zu einer Änderung der Widerstände der Dehnungsmessstreifen, und somit zu einer Verstimmung der
Wheatstoneschen Messbrücke. Die Brückenschaltung liefert ein
zur Beschleunigung proportionales Signal.
Piezoresistive Beschleunigungsaufnehmer sind geeignet für Anwendungen zwischen 0 Hz (statische Beschleunigung) und 2 kHz.
Wobei die obere Grenzfrequenz abhängig vom Messbereich ist.
Um zu verhindern, dass diese Beschleunigungsaufnehmer im Resonanzbereich schwingen,
können sie mit Öl gefüllt werden, um sie kritisch zu dämpfen
(-> Öldämpfung).
Beschleunigungsaufnehmer, Servo
Servobeschleunigungsaufnehmer, auch Krafkompensierte Beschleunigungsaufnehmer genannt,
erkennen die Bewegung der seismischen Masse, und erzeugen durch ein Signal eine Rückstellungskraft,
um die Masse im ursprünglichen neutralen Zustand zu halten.

Traditionell wird die Rückstellungskraft durch Schwingspulen erzeugt. Der Strom der durch die Spulen fließt, ist proportional zur Beschleunigung.
Bei den moderneren kapazitiven MEMS Sensoren, wird das Rückkopplungsignal elektrostatisch erzeugt.
Durch die Kraftkompensierung kann eine deutlich höhere Auflösung und Genauigkeit erreicht werden; daher werden die Sensoren für
seismische Datenüberwachung eingesetzt, beispielsweise für Erdbebenerkennung und Bewegungserkennung und -Identifizierung.
Servo-Beschleunigungsaufnehmer, MEMS
Hier wird ein mikromechanisch gefertigter kapazitiver Beschleunigungsaufnehmer eingesetzt.
Eine Beschleunigung der seismischen Masse führt zu einer Kapazitätsänderung durch die Bewegung der Masse zwischen den Abdeckkappen.
Diese Änderung wird durch einen eingebauten ASIC in eine Spannung umgerechnet, und wird an den Abdeckkappen angelegt um
die seismische Masse in neutraler Position zu halten. Die elektostatisch erzeugte Rückkopplungsspannung ist proportional
zur Rückstellungskraft und somit zur Beschleunigung.
MEMS-Servobeschleunigungsaufnehmer haben viele Vorteile: Sie sind preiswerter, sie sind viel robuster als magnetische Servobeschleunigungsaufnehmer
da die Aufhängung nicht so empfindlich ist, Magnete und Spulen werden nicht benötigt und elektromagnetische Störungen können fast eliminiert werden.
Betriebsdruck
-> Druck
Betriebsfestigkeit
Die Betriebsfestigkeit beschreibt die Lebensdauer eines Gegenstands während seiner Verwendung.
Dazu werden Tests mit definierten wirklichkeitsnahen Belastungen durchgeführt, um
eine ausreichende Sicherheit während der geforderten Nutzungszeit zu gewährleisten und dabei eine wirtschaftliche Konstruktion zu ermöglichen.
Die Belastungen können beispielsweise Kräfte, Drehmomenten, Strömen, Spannungen, und die Behandlung mit chemischen Substanzen sein.
Die Ergebnisse unterliegen meist großen Unsicherheiten.
-> Modalanalyse
Betriebsschwingformanalyse (ODS Operating Deflection Shapes Analysis)
Bei der ODS werden die Schwingungsmuster eines Prüflings ermittelt, die während des Betriebs auftreten. Dabei werden Messungen (Weg, Beschleunigung, Geschwindigkeit) an einer Vielzahl von Punkten durchgeführt
und die Bewegung der Struktur beispielsweise als animiertes Modell dargestellt.
In der Betriebsschwingformanalyse wird nur das Antwortsignal analysiert und nicht das Verhältnis der Antwort- und Erregersignale wie in der Modalanalyse.
Sie erfolgt in der in der Entwicklungsphase vor einer detaillierten Modalanalyse
um diese gezielter durchführen zu können.
Man unterscheidet zwischen
Zeit-ODS in der alle Frequenzen und
Spektral-ODS in der nur bestimmte Frequenzen berücksichtigt werden.
-> Antwortfunktion
Betriebstemperaturbereich
Der Betriebstemperaturbereich ist die Temperaturspanne,
in der ein Messwertaufnehmer
in Betrieb genommen werden kann, ohne bleibende
Änderung der technischen Spezifikationen. Wird der Messwertaufnehmer jedoch
außerhalb des kompensierten
Temperaturereichs betrieben, werden die Spezifikationen
unter Umständen während dessen nicht eingehalten.
-> kompensierter
Temperaturbereich
-> Temperaturkoeffizient
bewegte Masse
Die bewegte Masse ist die Masse eines Systems, in dem ein Kraftaufnehmer integriert ist, die sich bei
Krafteinleitung
bewegt. Zusammen mit der Steifigkeit wird sie benötigt,
um die Resonanzfrequenz des Systems und somit die
Bandbreite der erhaltene Messsignale zu ermitteln.
Ist der Sensor nicht in einem System integriert, spricht man von der Eigenmasse.
Bitrauschen
Liegt ein Bereich eines Analogsignals unterhalb der niedrigsten auflösbaren Spannung (->LSB, Least Significant Bit) bei der A/D-Wandlung, so erzeugt der A/D-Wandler ein trapezförmiges Rauschsignal,
dessen Amplituden-Stufen einem Bit, bzw. der kleinsten detektierbaren Spannung entsprechen.

Die obige Abbildung zeigt ein typisches "Bit-Rauschen"-Signal. Man erkennt es durch den zackigen Kurvenverlauf, der an keiner Stelle eine kontinuierliche Kurve ist.
Bit-Rauschen wird verursacht durch:
a) eine zu niedrige Auflösung (z.B. Einsatz eines 12-Bit statt 16-Bit AD Wandler)
b) eine zu niedrige Verstärkung des Analogsignals
und nicht durch den Sensor!

Hier erkennt man, dass das Sensorsignal nicht verrauscht ist. Der Signalverlauf wurde jedoch mit einem
Digitaloszilloskop aufgenommen.
Digitaloszilloskope besitzen meistens eine Auflösung von 8 Bit.
Dies bedeutet, dass der gesamte Bereich in 28, also 256, Teile aufgeteilt wird.
Die Mitte ist Bit 128 und entspricht einer Amplitude von 0.
Der in der Abbildung dargestellte Abschnitt des Signals verläuft zwischen Bit 127 und 129.
Da die kleinste darstellbare Einheit eines AD-Wandlers 1 Bit ist,
muss das Oszilloskop an jeder abgetasteten Stelle des Signals entscheiden,
welchem Bit die Amplitude zugeordnet wird. In diesem Beispiel den Bits 127, 128 oder 129.
Dadurch entsteht das typische Bit-Rauschen-Muster.
Analogoszilloskope haben den Vorteil,
dass man den tatsächlichen Signal-Verlauf sieht.
Würde man also das Signal mit einem Analogoszilloskop darstellen,
erhielte man auch kein verrauschtes Signal.
Kombinierte Analog-Digital Oszilloskope sind daher vorteilhaft.
Hier kann man entweder die Signalverläufe digital aufzeichnen und auswerten oder das Bit-Rauschen vermeiden,
in dem man den Signalverlauf analog darstellt.
Bonden, Bonddrähte
Das Bonden (Englisch: Bonding) ist das Verfahren mit der Bonddrähte (sehr dünne Drähte aus Gold oder Aluminium, 10 bis 25 Mikrometer dick) und/oder die Anschlußflächen von mikroelektronischen Bauelementen wie Chips mit Leiterbahnen einer Leiterplatine verbunden werden.
Bruchlast
Die Bruchlast stellt die Sicherheitsgrenze bei Messwertaufnehmern
(vor allem bei Kraftaufnehmern) dar. Bei
Überschreitung der Bruchlast kann es zur Zerstörung des
Aufnehmers kommen.
-> Überlastung
-> Überlastbarkeit
Brücke
-> Wheatstonesche Messbrücke
Brückenschaltungen

-> Wheatstonesche Messbrücke
Brückenverstärker

-> Wheatstonesche Messbrücke
BSL (Best Straight Line)
Bezeichnung für die beste approximierte Gerade, die durch die Punkte einer
nichtlinearen Kennlinie gelegt werden kann.

BSLTZ (Best Straight Line Through Zero)
Bezeichnung für die beste approximierte Gerade, die durch die Punkte einer
nichtlinearen Kennlinie und den Nullpunkt des Koordinatensystems gelegt werden kann.
Bürde
Die Bürde gibt den Wert des gesamten Widerstandes an, mit dem ein Ausgang eines Gerätes belastet wird.
Wichtige Angaben sind beim Spannungsbetrieb die minimale Bürde und beim Strombetrieb die maximale Bürde.
Chip
-> IC
Coriolisbeschleunigung, Corioliskraft
Damit eine Masse m sich auf ein rotierendes Objekt (blau) relativ zur Erde (hellgrau)
gradlinig von der Mitte bis zum Rand bewegen kann, muss die tangentiale Geschwindigkeit zunehmen.
Die tangentiale Geschwindigkeitsänderung ist die Coriolis-Beschleunigung und verursacht die Corioliskraft (benannt nach dem französichen Mathematiker Gaspard G. de Coriolis).
-> Gyroskop, MEMS
Datenerfassungskarte
Mit Hilfe einer Datenerfassungskarte können elektrische Signale so digitalisiert werden,
dass sie mit einem PC weiterverarbeitet werden können.
Sie gibt es als Bauform für PCI-Steckplätze und auch als PCMCIA-Karten zum Einsatz in Notebooks.
Wichtige technische Merkmale einer Datenerfassungskarte sind:
Aus dem Eingangsspannungsbereich und der Auflösung der Datenerfassungskarte
ergibt sich eine kleinste messbare Spannung. Signale, deren Spannung geringer ist, können nicht erfasst werden;
Es kommt in diesem Fall zum sogenannten Bit-Rauschen.
Die mögliche Abtastrate ist entscheident für die Erfüllung
des Nyquist Theorems.
Es muss beachtet werden, ob die Abtastrate für jeden Kanal oder als Summenabtastrate angegeben ist.
Ist letzteres der Fall, ergibt sich die Abtastrate eines Kanals, indem man die Summenabtastrate durch die Anzahl der Kanäle
dividiert.
Wird auf die zeitgleiche Erfassung mehrerer Kanäle Wert gelegt, muss dies bei der Auswahl der Messwerterfassungskarte
berücksichtigt werden. Die meisten (preisgünstigeren) Messwerterfassungskarten besitzen lediglich einen
A/D-Wandler und schalten zwischen den verschiedenen zu digitalisierenden Kanälen um.
Dieses "Multiplexen" genannte Verfahren ist jedoch offensichtlich für die exakt zeitgleiche
Erfassung mehrerer Kanäle nicht geeignet.
Dazu sind zwingend mehrere A/D-Wandler auf einer Messwerterfassungkarte notwendig.
Datenlogger
Datenlogger arbeiten im Prinzip wie Datenerfassungskarten und es gelten auch
die dort erwähnten technischen Zusammenhänge.
Allerdings werden Datenlogger als externe Geräte konzipiert und bieten die Möglichkeit, die anfallenden digitalen Daten
zu speichern. Dazu ist kein PC notwendig, da die notwendige Elektronik im Datenlogger integriert ist.
So können Signale zunächst mit einer hohen Abtastrate erfasst und später dann relativ langsam
in einen PC übertragen werden. Die Datenübertragung geschieht häufig über eine IEEE-Schnittstelle,
aber auch RS-232- oder USB-Anschlüsse sind möglich.
Dehngrenze (Rp)
Falls es keinen ausgeprägten Übergang vom elastischen in den
plastischen Bereich gibt, spricht man
von einer Dehngrenze, ansonsten spricht man von der Streckgrenze.
Sie ist die Spannung, bei der die erste bleibende Verformung auftritt.
Dehngrenze Rp0,2: 0,2 % bleibende Verformung
-> Durchbiegung
-> Elastizitätsgrenze
-> Hookesches Gesetz
-> inelastischer Bereich
-> Streckgrenze
-> technische Elastizitätsgrenze
Dehnung
Die Dehnung ist die relative Längenänderung (d=dL/L) eines Körpers.
-> Dehngrenze
-> Durchbiegung
-> Elastizitätsgrenze
-> Hookesches Gesetz
-> inelastischer Bereich
-> Steifigkeit, k
-> Streckgrenze
-> technische Elastizitätsgrenze
Dehnungsempfindlichkeit
Die Dehnungsempfindlichkeit gibt bei
Beschleunigungsaufnehmern an,
um welchen Wert sich der Messwert bereits durch Verformungen des
Montagesockels ändert, ohne das tatsächlich eine Beschleunigung vorliegt.
Die Dehnungsempfindlichkeit wird typischerweise in g/nm/mm angegeben.
Dezibel (dB)
1 dezi-Bel = 1/10 Bel (Dezi=1/10)
Das Bel ist definiert als der dekadische Logarithmus des Verhältnisses zweier Leistungen P1 und P2: lg(P1/P2)
1Bel = 10 dB = ergibt sich wenn P1 / P2 = 10 ist.
=> Leistungsvergleich L in dB = 10*lg(P1/P2)
________________________
P1/P2 dB
------------------------
10000 (10e+4)| 40
100 (10e+2)| 20
10 (10e+1)| 10
1 (10e 0)| 0
0,1 (10e-1)| -10
0,01 (10e-2)| -20
0,0001 (10e-4)| -40
Werden aber Spannungen statt Leistungen betrachtet - wie beispielsweise bei
Frequenzspektren mit der Angabe ±3dB - so ergibt sich, da P=U2/R:
10*lg(P1/P2) =10*lg(U12/U22 * R2/R1)
Da folgende logarithmische Rechenregeln gelten:
lg(U2) =2*lg(U)
lg(U*R) = lg(U) + lg(R)
lg(R2/R1)=-1*lg(R1/R2)
=> 10*lg(U12/U22*R2/R1)= 20*lg(U1/U2) - 10*lg(R1/R2)
= 20*lg(U1/U2), da R1=R2, (Bezugswiderstände der Leistungen sind meistens gleich)
=> Spannungsvergleich S in dB = 20*lg(U1/U2)
Wird der Spannungsvergleich prozentual betrachtet
=> Prozentualer Spannungsvergleich x% in dB = 20*lg(x/100)
da für x% von einer Spannung => U1/U2 = x/100
Will man aber jetzt eine Zu- oder Abnahme von x% eines Wertes berechnen, also
U1 = U2+x%*U2 =U2(1+x/100) => U1/U2 = (1+x/100)
=> Prozentuale Spannungsveränderung x% in dB = 20*lg(1+x/100),
wobei x negativ ist wenn die Ausgangsspannung kleiner als die Eingangsspannung ist.
Beispiele: +5% Abweichung: 20*lg(1+0,05) = 0,424 dB
-5% Abweichung: 20*lg(1-0,05) = -0,446 dB
_________________
%Abweichung dB
-----------------
+5 | 0,4
+10 | 0,8
+15 | 1,2
+41,3 | 3
+100 | 6
+900 | 20

Zusammenfassend:
Leistungsvergleich L: 10*lg(P1/P2) dB
Spannungsvergleich S: 20*lg(U1/U2) dB
Spannungsvergleich x%: 20*lg(x/100) dB
Spannungsabweichung x%: 20*lg(1+x/100)dB
Dickschichttechnik
Die Dickschichttechnik ist ein Verfahren der Mikroelektronik,
um kleine passive Bauelemente zu produzieren. Dabei werden die
gewünschten Formen auf das Grundmaterial gedruckt und eingebrannt.
Auch Sensorelemente für Drucksensoren lassen sich so realisieren.
Die Produktion noch kleinerer Strukturen ist mit Hilfe der
Dünnschichttechnik möglich.
Differenzdruck
Der Differenzdruck ist die allgemeine Bezeichnung für
den Unterschied zwischen zwei Drücken.
-> Systemdruck
-> Gleichdruckeffekt
Digitalanzeige
Digitalanzeigen sind prinzipiell Geräte, die einen elektrischen Spannungswert als Zahl auf einem Display darstellen.
In der Signalverarbeitung bezeichnet dieser Begriff das zu einem
Sensor gehörenden Anzeigegerät.
Dazu beinhaltet die Digitalanzeige neben dem eigentlichen Display sowohl eine Spannunsgversorgung
für den Sensor als auch einen Messverstärker. Dieser wird so an den Sensor angepasst, dass der auf dem Display angezeigte Wert
nicht der gemessenen Ausgangsspannung des Sensors, sondern dem tatsächlichen Wert der Messgröße entspricht.
Bestimmte Arten von Digitalanzeigen gestatten es, den Messwert zusätzlich auch über eine
RS-232-Schnittstelle auszulesen.
Zu beachten ist in diesem Zusammenhang jedoch, dass die Messwertanzeige und -ausgabe lediglich mit wenigen Hz erfolgt.
Daher kann es hierbei leicht zu Aliasingeffekten kommen.
Digitalisierung
-> A/D-Wandlung
DKD - Der Deutsche Kalibrierdienst
Der Deutsche Kalibrierdienst (DKD) akkreditiert und kontrolliert Kalibrierlaboratorien in Industrieunternehmen, Forschungsinstituten, technischen Behörden, Überwachungs- und Prüfinstitutionen und wurde 1977 zur Entlastung der Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) gegründet, mit der er unter dem Dach des www.bmwi.de kooperiert.
-> Homepage der DKD
-> Kalibrierung
-> Gesamtgenauigkeit
-> Nichtlinearität
-> Kalibrierung bei 50% vom Nennbereich
-> Wiederholbarkeit
-> Hysterese
-> thermisches Verhalten
-> thermische Nullpunktverschiebung
-> thermische Sensitivitätsdrift
DMS, Dehnungsmessstreifen

Dehnungsmessstreifen (DMS) sind
Widerstände, deren Wert sich mit Dehnung ändert. DMS werden
auf dem Messobjekt so appliziert, dass sie von ihm elektrisch isoliert
sind, sich aber bei einer Belastung mitdehnen. DMS werden als
Wheatstonesche Brücke
geschaltet, sodass die Dehnung des DMS zu einer Verstimmung der Brücke führt und man so ein der
Belastung proportionales Ausgangssignal erhält. DMS-Brücken bilden die
Basis für viele Druck-, Kraft-,
und Beschleunigungsaufnehmer.
Die durch die Dehnung hervorgerufene Widerstandsänderung basiert dabei auf zwei verschiedenen Effekten.
Zum einen auf der Änderung der Geometrie des Leiters (Widerstand, elektrischer) und zum anderen
auf Effekten auf atomarer Ebene (piezoresistiver Effekt).
Bei Folien-DMS überwiegt der erstgenannte Effekt, bei Halbleiter-DMS der zweite.
-> Folien-DMS
-> Halbleiter-DMS
-> Wheatstonesche Messbrücke
-> k-Wert
DMS-Simulator
Ein sogenannter DMS-Simulator ist eine elektronische Schaltung,
die das Ausgangssignal von Sensoren, die auf Dehnungsmessstreifen (DMS) basieren, simulieren kann.
Dieses Signal in der Größenordnung weniger Millivolt kann dann im Rahmen der Fehlersuche der
Signalverarbeitung an Stelle des Sensorsignals angeboten werden.

Beispielsweise lässt sich ein ein DMS-Simulator gemäß obiger Abbildung aus vier gleichen Widerständen,
die als wheatstonesche Messbrücke geschaltet sind, aufbauen.
Zu einem Teil der Brücke ist ein Potentiometer parallel geschaltet, mit dem sich die Brücke verstimmen lässt.
Die maximal mögliche Ausgangsspannung wird dabei durch den Widerstand RT begrenzt.
Doppler-Effekt
Bewegt sich der Beobachter auf die (ruhende) Quelle einer Schallwelle zu, dann
nimmt der Beobachter nicht die Frequenz war, mit der die Schallwelle ausgesandt wurde, sondern eine
(leicht) höhere Frequenz. Bewegt sich der Beobachter jedoch von der (ruhenden) Quelle weg,
so nimmt er eine (leicht) niedrigere Frequenz war.
Dieser Effekt wird als Doppler-Effekt bezeichnet und tritt prinzipiell bei allen Arten von Wellen,
also nicht nur bei Schallwellen, sondern auch bei Lichtwellen auf.
Trifft nun ein monochromatischer Lichtstrahl (z.B. Laserlicht) auf eine bewegte Oberfläche, verändert sich die
Frequenz des von der Oberfläche zurückgestreuten Lichtes. Die
Veränderung der Frequenz (Lichtwellenlänge) ist proportional
zur Geschwindigkeit der Materialoberfläche.
-> Laserwegaufnehmer
-> Ultraschallwegaufnehmer
Dotieren
Die gezielte Verunreinigung von chemisch reinen Elementen (meistens Silizium oder Germanium)
nennt man Dotieren.
Dabei werden die Verunreinigungsstoffe (Dotierstoffe oder Dotanten) ionisiert
und elektrisch so stark in Richtung Substrat beschleunigt, dass sie in das Substrat eindringen
(Ionenimplantation).
Die Dotanten besitzen entweder ein Außenelektron zuviel (Donatoren), oder
ein Außenelektron zuwenig (Akzeptoren).
Legt man ein elektrisches Feld an, so können sich diese Elektronen bzw. "Löcher",
die nicht an ihren Atomkern gebunden sind, frei bewegen.
Die dabei enstehenden Halbleiter nennt man (je nach Art der Dotierung) N- oder P-Halbleiter.
Aus Ihnen lassen sich Widerstände, Dioden und Transistoren herstellen.
-> IC
-> Mikromechanik
-> Beschleunigungsaufnehmer, MEMS
Drehmoment
Das Drehmoment einer Kraft bezüglich einer Drehachse ist definiert
als das Produkt aus dem Betrag der Kraft und dem Abstand vom Drehpunkt
zur Wirkungslinie der Kraft.
Ein reines Drehmoment ist aber erst möglich, wenn ein Kräftepaar wirkt,
ansonsten ist keine reine Drehbewegung möglich.
Drehmomentaufnehmer
Drehmomentaufnehmer sind
Messwertaufnehmer zur Erfassung
von Drehmomenten.
Die Übertragung der Messwerte des rotierenden Sensorelements geschieht dabei entweder über
Schleifringe oder per Telemetrie.
- statische
Drehmomentaufnehmer
Die Welle dreht sich nicht mehr als 180 °. Das Gehäuse und der
Kabelausgang drehen sich mit dem Sensor.
- dynamische
Drehmomentaufnehmer
Die Welle dreht sich mehrfach. Das Gehäuse und der Kabelausgang
drehen sich nicht
mit dem Sensor. Die Signale und Speisung werden entweder über Schleifringe,
berührungslos per Funk bzw. Infrarot oder induktiv übertragen.
Druck
Druck ist definiert als Kraft pro Fläche. p=F/A
Maßeinheit: Pascal, Abk. Pa
1Pa = 1 N/m^2 = 10^-5 bar
100 Pa = 1 hPa = 1 bar
1 bar = 14,5039 PSI
-> Betriebsdruck
-> Druckausführung, absolut
-> Druckausführung, gekapselt
-> Druckausführung, relativ
-> Druckstoß
-> Istdruck
-> Liniendruck
-> Nenndruck
-> Normdruck
-> Prüfdruck
-> Solldruck
-> Steuerdruck
-> Systemdruck
-> Überdruck
-> Unterdruck
-> Umlaufdruck
-> Vakuum
-> Verdichtungsdruck
-> Zulässiger Druck
Druckaufnehmer
Ein Druckaufnehmer ist ein Sensor zur Messung von Drücken in Gase und Flüssigkeiten.
-> Sensormontage, Druckaufnehmer
Druckaufnehmer, frontbündig
Ein frontbündiger Druckaufnehmer ist ein Messwertaufnehmer,
dessen messsensitive Elemente direkt auf der Rückseite der frontbündigen Membran angebracht
sind. Dadurch sind hohe Bandbreiten (auch bei DMS-basierenden
Sensoren) möglich.
Durch die frontbündige Membran werden Tot-Volumen reduziert und Messfehler vermieden.

Druckaufnehmer, piezoelektrische
Ein piezoelektrischer Druckaufnehmer ist ein
Messwertaufnehmer, der zur Messung
von quasistatischen und dynamischen Drücken geeignet ist. Das Sensormaterial ist aus
Quarz, Keramik oder Tourmaline.
Druckaufnehmer, piezoresistive
Ein piezoresistiver Druckaufnehmer ist ein
Messwertaufnehmer auf DMS-Basis.
Er ist zur Messung von statischen (0 Hz) und dynamischen Drücken geeignet.
Druckaufnehmer, mit zurückgezogener Membran
Im Gegensatz zu frontbündigen Druckaufnehmern
befindet sich bei dieser Bauform ein Verbindungsrohr zwischen Membran und Montagebohrung.
Dieses wird als Druckkanal bezeichnet. Das hierdurch entstehende
Tot-Volumen kann zu Messfehlern führen.
Druckaufnehmer mit zurückgezogener Membran sind in der Dynamik eingeschränkt, da durch den Druckkanal ein
akustisches System entsteht.
Sie sind jedoch preiswerter und unempfindlicher as frontbündige Druckaufnehmer.
Druckkanal
Als Druckkanal wird bei
Druckaufnehmern mit zurückgezogener Membran
das Verbindungsrohr zwischen Membran und Montagebohrung bezeichnet.
Dadurch entsteht ein Tot-Volumen, das Messfehler verursachen kann.
Druckmessgerät
Ein Druckmessgerät ist ein Aufbau zur Messung des Drucks.
Es besteht (mindestens) aus
Sensor (ggf. mit Signalaufbereitung) und Anzeige.
Druckport
Ein Druckport ist die Öffnung an einem
Druckaufnehmer mit zurückgezogener Membran,
die dazu dient, ihn mit dem zu messendem Druck zu verbinden.
Druckstoß
(auch Wasserhammer, Wasserschlag,
Stromstoß oder Joukowski-Stoß genannt)
Wenn die Änderung der Strömungsgeschwindigkeit (dw) einer Flüssigkeit in einer Zeit (dt)
stattfindet, die unterhalb eines Grenzwertes (treflex), der Reflexionszeit, liegt,
spricht man von einem Druckstoß.
Nach Joukowski gilt für die Druckänderung:
dp = pF * aF * dw, wobei
dp = Druckänderung
pF = Dichte des Fluids
aF = Schallgeschwindigkeit im Fluid
dw = Geschwindigkeitsänderung
Ein Druckstoß kann in Systemen auftreten,
-
die vollständig mit einem Fluid gefüllt sind.
Hierbei geht die Strömung von einer stationären in eine
instationäre Strömung über.
-
in denen eine Flüßigkeit vor einer Störstelle (z.B. einem Ventil) mit "hohem" Druck
anliegt und nach der Störstelle Vakuum herrscht
oder Gas mit niedrigem Druck anliegt.
Hier findet ein Phasenwechsel an der Störstelle statt.
Ein typisches Beispiel für Druckstöse ist das Öffnen und Schließen von Ventilen in Wasser-Rohrleitungssystemen.
Man kann oft den dadurch verursachten Wasserhammer hören!
Bei der Auswahl des Messbereiches eines Druckaufnehmers
ist daher nicht nur der Systemdruck maßgebend. Viel mehr müssen auch evtl.
auftretende Druckstöße berücksichtigt werden.
Dünnschichttechnik
Die Dünnschichttechnik ist wie die Dickschichttechnik
ein Verfahren zur Herstellung kleiner passiver Bauelemente
(wie z.B. DMS).
Die benötigten Materialien werden zunächst auf ein Trägermaterial aufgedampft
und anschließend mit Elektronenstrahlen in die benötigten Formen geschnitten.
Die Dünnschichttechnik ist die übliche Methode, Sensorelemente für
Druck-,
Kraft- und
Beschleunigungsaufnehmer herzustellen.
Durchbiegung
Die Durchbiegung ist die Längenänderung (dL) eines
Körpers auf Grund von Krafteinwirkung.
-> Steifigkeit
-> Dehnung
DVRT
DVRT, (auch Halbbrücken-LVDT oder LVIT)
steht für Differential Variable Reluctance Tranducers
Dye
Aus einem Wafer können hunderte gleichartiger IC's bzw.
mikromechanischer Bauelemente gefertigt werden. Jedes einzelne dieser
Bauelemente nennt man dye.

Eichen
Ist ein Messgerät im öffentlichen Interesse besonders schützenswert (z.B. Waagen), dann ist eine
staatliche Kontrolle notwendig und man spricht vom Eichen und nicht vom Kalibrieren.
Die Dauer der Gültigkeit der Eichung wird auf einer Eichplakette gekennzeichnet und muss regelmäßig wiederholt werden.
-> Kalibrieren
Eigenfrequenz, f
Die Eigenfrequenz ist die Resonanzfrequenz
einer mechanischen Struktur. Bei Kraftaufnehmern ist es die Resonanzfrequenz im unmontierten Zustand.
Eigenmasse, M
Die Eigenmasse ist die Masse eines nicht montierten Kraftaufnehmers,
die sich bei einer Krafteinleitung bewegt. Für S-Profil
Kraftaufnehmer ist die Eigenmasse in etwa die halbe Masse des gesamten Kraftaufnehmers.
Einschwingzeit
Ändert sich eine Messgröße sprunghaft,
so folgt die elektrische Ausgangsgröße des Sensors nicht direkt,
sondern schwingt unter Umständen eine bestimmte Zeit um den endgültigen Wert.
Als Einschwingzeit wird die Zeitspanne bezeichnet, die vergeht,
bis das Ausgangssignal in bestimmten Grenzen (z.B. ±10%) mit seinem
endgültigen Wert übereinstimmt.
-> Anstiegszeit
elastischer Bereich
Unter dem Einfluss einer Kraft erfährt ein Körper eine Dehnung, die im elastischen Bereich der Kraft
proportional ist.
-> Hookesches Gesetz
Elastizitätsgrenze (Re)
Das Ende des elastischen Bereichs
wird als die Elastizitätsgrenze bezeichnet. Vor dieser Grenze bildet
sich eine Verformung vollständig zurück, wenn keine äußere Kraft mehr wirkt.
-> Proportionalitätsgrenze
-> Dehngrenze
-> Streckgrenze
-> Hookesches Gesetz
Elastizitätsmodul
Der E-Modul ist das Verhältnis von Spannung und Dehnung im
elastischen Bereich der Spannungs-Dehnungs-Kurve.
Graphisch gesehen stellt der E-Modul damit die Steigung der Kurve (Gerade)
im elastischen Bereich, also vor der Dehngrenze, dar. Der E-Modul ist
ein Maß für die "Steifigkeit" des Werkstoffes. Die Verformungen
sind in diesem Bereich elastisch.
-> Hookesches Gesetz
elektrischer Widerstands Standard
Der weltweite Standard für den elektrischen Widerstand ist die
aus dem Quanten-Hall-Effekt
resultiernde von-Klitzing-Konstante.
Da sie allerdings nicht mit der dafür notwendigen Genauigkeit bekannt ist,
wurde der Wert festgelegt auf:
RK-90 = 25812,807 Ohm
Elektrostriktion
Elektrostriktion beschreibt die Deformation eines dielektrischen Mediums in Abhängigkeit eines angelegten elektrischen Felds.
Die Deformation ist proportional zum Quadrat des Feldes im Unterscheid zur piezoelektrischen Effekt
bei der sie linear ist. Die Deformation ist auch unabhängig von der Richtung des angelegten Feldes.
-> Piezoelektrischer Effekt, inverser
Empfindlichkeit
-> Empfindlichkeit, normierte
-> Empfindlichkeit, volumetrische
-> Kennlinie
-> Sensitivität
-> Übertragungsfaktor
Encoder
Encoder werden in Weg- und Rotationsaufnehmern eingesetzt und geben dabei digital-kodierte Werte aus,
je nach Position und Verfahrweg. Beispielsweise wird auf einer Messstrecke ein Schwarz-Weiss-Muster angebracht,
das beim Verfahren optisch gescannt wird. Die Weginformationen werden dabei als Zählimpusle ausgegeben.
Die Anzahl der Impulse ist proportional zur zurückgelegten Strecke.
Die Anzahl der Impulse pro Messbereich definiert das Auflösungsvermögen des Encoders.
Encoder, absolut
Absolut-Encoder geben Informationen über ihre jeweilige, absolute Messposition kodiert aus.
Jedem Schritt ist ein eindeutiges, typspezifisches Codemuster zugeordnet.
Da jedem Muster eine eindeutige Position zugeordnet ist, ist kein Referenzlauf nötig.
Wird beispielsweise der Encoder im ausgeschalteten Zustand mechanisch verfahren, ist nach
Wiedereinschalten der Spannungsversorgung die aktuelle Position ablesbar.
Encoder, Inkremental
Inkremental-Encoder geben Informationen über die relative Messposition, jeweils von einem Bezugspunkt ausgehend,
als Zählimpulse aus.
Beim Einschalten der Spannungsversorgung wird die aktuelle Position als Nullstellung definiert,
die absolute Position ist damit nicht ablesbar. Es ist also ein Referenzlauf notwendig,
um die aktuelle absolute Position bzw. Nulllage festzulegen.
Encoder, Richtungserkennung, Vierflankenauswertung
Um die Richtung eines Rotationssensors mit Inkrementalencoder-Ausgang zu bestimmen, werden die Impulse des
Encoders mittels ausgewertet. Mit der Vierflankenauswertung ist eine vierfache Auflösung erreichbar:
Entladezeitkonstante (DTC)
Die Entladezeitkonstante (DTC = Discharge Time Constant) ist die Zeit, die ein Signal benötigt um auf 37% (1/e) seiner ursprünglichen Spannung abzufallen, wenn das Signal durch eine Stufenfunktion (Anstiegszeit gegen null) angeregt wird.
Die untere Grenzfrequenz (fug) des Frequenzgangs eines piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmers hängt wesentlich von der Entladezeitkonstante ab.
Je niedriger der Frequenzbereich ist, den man untersuchen will (quasistatische Anwendungen), desto größer muss die Entladezeitkonstante (DTC) sein.
fug -3dB = 0.16/DTC (DTC in Sekunden)
fug -5% = fug -3dB x 3 (ca.)
Die obere Grenzfrequenz des Frequenzgangs wird durch die Resonanzfrequenz bestimmt.
erdfrei
Als erdfrei werden Messwertaufnehmer bezeichnet,
deren Signalmasse nicht mit Erde verbunden ist. Auf diese Art und Weise lassen
sich Masseschleifen vermeiden.
-> Isolierungswiderstand bei
Aufnehmern
Erwartungswert
Der Erwartungswert ist der wahrscheinlichste Wert eines Ensembles von Funktionen. In erster Ordnung entspricht er dem arithmetischem Mittelwert.
Der Erwartungswert E(x) einer Funktion g(x) ist definiert als
E(x)= Integral g(x)·p(x) dx, wobei p(x) die Verteilungsdichte ist.
faradayschen Induktionsgesetz
Die Induktionsspannung ist proportional zur zeitlichen Änderung des Induktionsflusses
(Produkt aus Feldstärke und durchflossener Fläche).
-> LVDT, Linear Variable Differential Transformer
-> LVIT, Linear Variable Inductance Transducer
-> Magnetostriktive Wegaufnehmer
-> Wirbelstromwegaufnehmer
-> Induktionsprinzip
Fehler
In erster Näherung kann die Kennlinie eines Sensors
durch eine Geradengleichung beschrieben werden (BSL,BSLTZ).
In der Praxis weicht die reale Kennlinie eines Sensors
jedoch von dieser idealen Kennlinie ab.
Die Ursachen dafür können sein:
-> Nichtlinearität
-> Hysterese
-> Wiederholbarkeit
-> thermisches Verhalten
-> thermische Nullpunktverschiebung
-> thermische Sensitivitätsdrift
Diese Fehler können durch Kalibrierung
und Signalaufbereitung minimiert werden.
Fehler werden abhängig vom Fehlertyp im Kalibrierdatenblatt entweder
- in Prozent vom Messbereich (% v.B.) bzw. vom Endwert (% v.E.)
oder
- in Prozent vom Messwert (% v.M.)
angegeben.
Dabei ist zu beachten, dass die Fehler mit der Angabe "vom Messwert" für Messungen
im unteren Messbereich naturgemäß deutlich kleiner sind.
Der maximal zu erwartende Fehler kann durch die Wurzel der Summe der Quadrate der einzelnen
Fehler ermittelt werden.
In der Praxis ist der tatsächliche Gesamtfehler meistens kleiner, da er von der Anwendung abhängt.
Beispielsweise wie schnell sich die Last oder die Temperatur ändern, bzw. ob
tatsächlich der gesamte mögliche Mess-
und Temperaturbereich genutzt werden.
Fehlersuche
Arbeitet ein Sensor nicht zuverlässig bzw. fehlerhaft,
so sollte zunächst die mögliche Fehlerquelle so genau wie möglich lokalisiert werden.
Dies kann inbesondere dann hilfreich sein, wenn dem Sensor
noch Geräte zur Signalverarbeitung nachgeschaltet sind.
Als erstes sollte der Sensor vom Rest der Messkette getrennt und alleine überprüft werden.
Der Sensor sollte mit einfachsten Mittel wie Multimeter, Analogoszilloskop sowie Netzteil überprüft werden (längere Messketten und komplexe Auswertesysteme wie SPS, sind hierfür ungeeignet, da diese selbst wegen der vielen Einstellmöglichkeiten fehleranfällig sind). Stellt sich heraus, dass der Sensor funktionstüchtig ist, liegt der Fehler im Rest der Messkette.
Beispiel: Fehlersuche, DMS-Sensoren (ohne integrierten Verstärker)
Bei scheinbar fehlerhaften Messwerten sollten vor einer detaillierten Fehlersuche folgende
mögliche Fehlerquellen ggf. nochmals überprüft werden:
-> Fehlersuche, DMS-Sensoren (mit integriertem Verstärker)
-> Fehlersuche, DMS-Sensoren (ohne integrierten Verstärker)
-> Fehlersuche, potentiometrische Sensoren
Fehlersuche, DMS-Sensoren (ohne integrierten Verstärker)
Die Fehlersuche bei Sensoren,
die auf Dehnungsmessstreifen (DMS) basieren, kann im Wesentlichen anhand folgender
Stichpunkte durchgeführt werden.
Zuvor sollte jedoch sichergestellt sein, dass die unter "Fehlersuche" beschriebenen allgemeinen
Ursachen für ein scheinbares Fehlverhalten des Sensors überprüft wurden.
allg. Funktionstest eines DMS-Sensors:
- Sensor komplett von der Elektronik (z.Bsp. externen Messverstärker) trennen
- Widerstand der einzelnen Dehnungsmessstreifen (DMS) messen
(durch Widerstandsmessung zwischen je zwei der vier Ausgangslitzen,
vgl. Schaltbild der wheatstoneschen Messbrücke)
- Alle Ausgangskabel miteinander verbinden und Widerstand zwischen diesen und Sensorgehäuse messen
- Sensor mit konstanter Speisespannung
(z.Bsp. Batterie oder Labornetzteil) versorgen
- Ausgangssignal des Sensors (ohne Belastung) mit Multimeter (oder
mit Analogoszilloskop) messen
(Diese Messung muss unbedingt ohne zwischengeschaltete Elektronik,
also direkt am Ausgang des Sensors, durchgeführt werden!)
- Wenn möglich, Messung mit Sensor im belasteten Zustand wiederholen
- Falls Shunt-Widerstand vorhanden, Signal des unbelasteten Sensors mit Shuntwiderstand messen
=> gemessene Werte mit Datenblatt des Sensors vergleichen
Fehlersuche, DMS-Sensoren (mit integriertem Verstärker)
Die Fehlersuche bei Sensoren,
die auf Dehnungsmessstreifen (DMS) basieren und einen integrierten Verstärker besitzen,
kann im Wesentlichen anhand folgender Stichpunkte durchgeführt werden.
Zuvor sollte jedoch sichergestellt sein, dass die unter "Fehlersuche" beschriebenen allgemeinen
Ursachen für ein scheinbares Fehlverhalten des Sensors überprüft wurden.
allg. Funktionstest eines DMS-Sensors mit integriertem Verstärker:
- Sensor mit konstanter Speisespannung
(z.Bsp. Batterie oder Labornetzteil) versorgen
(Dabei ist unbedingt zu beachten, ob es sich um einen monoplaren oder bipolaren Verstärker handelt,
da sich daraus deutliche Unterschiede beim Anschluss ergeben.
Das jeweilige Anschlussschema ist unter monopolare Speisung
bzw. bipolare Speisung dargestellt.)
- Ausgangssignal des Sensors (ohne Belastung) mit Multimeter (oder
mit Analogoszilloskop) messen
(Diese Messung muss unbedingt ohne zusätzliche zwischengeschaltete Elektronik,
also direkt am Ausgang des Sensors, durchgeführt werden!)
- Wenn möglich, Messung mit Sensor im belasteten Zustand wiederholen
=> gemessene Werte mit Datenblatt des Sensors vergleichen
allg. Funktionstest eines externen Messverstärkers:
- Messverstärker mit Spannung versorgen
(Dabei ist unbedingt zu beachten, ob es sich um einen monoplaren oder bipolaren Verstärker handelt,
da sich daraus deutliche Unterschiede beim Anschluss ergeben.
Das jeweilige Anschlussschema ist unter monopolare Speisung
bzw. bipolare Speisung dargestellt.)
- Spannung, die der Messverstärker dem Sensor zur Verfügung stellt, mit Analogoszilloskop
(notfalls auch mit Digitaloszilloskop oder Multimeter) messen
- 4 gleiche (±1%) Widerstände als Wheatstonesche Messbrücke betreiben
oder DMS-Simulator verwenden und das so erzeugte mV-Signal auf den Messverstärker-Eingang geben
- Verstärker-Ausgangssignal messen (und wenn möglich mit mV-Signal vergleichen)
=> gemessene Werte mit technischen Daten des Messverstärkers vergleichen
mögl. Ursachen für Rauschen im Sensor-Ausgangssignal:
- Ist das Rauschen "echt" oder liegt Bit-Rauschen vor?
- Sensoranschlusskabel abgeschirmt?
- Masseschleife?
(Sensorgehäuse über Abschirmung mit Gehäusen
der übrigen Signalverarbeitung verbunden?)
- Bei Sensoren ohne integrierten Verstärker:
Evtl. Rauschen der Versorgungsspannung kann
Ausgangssignal beeinflussen
-> Sensor-Versorgungsspannung mit Oszilloskop prüfen
mögl. Ursachen für Driften des Sensorsignals und "falsche" Messwerte:
- Beeinflusst langes Messkabel das Ausgangssignal bzw. die Versorgungsspannung?
- Offset des unbelasteten Sensors (wenn möglich direkt am Sensor, z.Bsp. ohne externen Verstärker) messen
- Offset außerhalb der Spezifikationen?
- Offset konstant oder zeitlich veränderlich bei gleichen Umgebungsbedingungen?
- Wurde der Sensor überlastet? (Kann durch Überprüfung beim Hersteller festgestellt werden)
- Können Effekte durch Änderung der Umgebungstemperatur erklärt werden?
- Sensor gemäß Datenblatt montiert?
- Wird ein evtl. vorhandener Messverstärker (integriert oder extern) korrekt mit Spannung versorgt?
- monopolarer Verstärker:
- benötigte Anschlüsse der Spannungsquelle: "0V" und "+" (typ. +12V)
- Die Leitungen für Speisung und Signal dürfen an keiner Stelle verbunden sein!
-> monopolare Speisung
- bipolarer Verstärker:
- benötigte Anschlüsse der Spannungsquelle: "-" (typ. -15V) , "0V" , "+" (typ. +15V)
Der "0V" Ausgang wird dabei explizit benötigt und muss mit dem dafür vorgesehenen Eingang des
Messverstärkers verbunden werden.
- Die Leitung für "- Signal" muss mit "0V" der Spannungsversorgung verbunden sein!
-> bipolare Speisung
- Die maximale Ausgangsspannung eines Messverstärkers kann maximal 70% der Versorgungsspannung betragen.
Prinzipiell empfiehlt es sich daher, den Messverstärker mit genau der angegebenen Versorgungsspannung zu betreiben.
Fehlersuche, potentiometrische Sensoren
Die Fehlersuche bei Weg-Sensoren ohne integrierte Elektronik,
die auf Potentiometern
basieren, kann bei mechanisch intakten Sensoren im Wesentlichen anhand folgender Stichpunkte durchgeführt werden.
Zuvor sollte jedoch sichergestellt sein, dass die unter "Fehlersuche" beschriebenen allgemeinen
Ursachen für ein scheinbares Fehlverhalten des Sensors überprüft wurden.
allg. Funktionstest:
- Sensor komplett von der Elektronik (z.Bsp. Messwerterfassungskarte) trennen
- Gesamt-Widerstand des Spannungsteilers mit Multimeter messen
(bei Potentiometern zwischen "CW und CCW")
- Sensor mit konstanter Speisespannung (z.Bsp. Batterie) versorgen
- Sensor-Ausgangssignal mit Multimeter messen (ohne Weg)
(bei Potentiometern zwischen "S und CW bzw. CCW")
- Sensor-Ausgangssignal mit Multimeter messen (bei max. mögl. Messweg)
(bei Potentiometern zwischen "S und CW bzw. CCW")
=> gemessene Werte mit Datenblatt des Sensors vergleichen
mögl. Ursachen für Rauschen im Sensor-Ausgangssignal:
- Ist das Rauschen "echt" oder liegt Bit-Rauschen vor?
- Sensoranschlusskabel abgeschirmt?
- Masseschleife?
(Sensorgehäuse über Abschirmung mit Gehäusen
der übrigen Signalverarbeitung verbunden?)
- Evtl. Rauschen der Versorgungsspannung kann Ausgangssignal beeinflussen
-> Sensor-Versorgungsspannung mit Analogoszilloskop prüfen
FET (Field Effect Transistor)
Feldeffekttransistoren sind unipolare Transistoren, bei denen nur ein Ladungstyp am Stromtransport beteiligt ist.
-> JFET
-> MOSFET
Feuchte, relative
Die relative Feuchte gibt an, wieviel Feuchtigkeit ein Gas bereits aufgenommen hat.
Die Angabe erfolgt in Prozent, wobei 100% bedeutet, dass das Gas die
(bei dieser Temperatur) maximal mögliche Menge an Feuchtigkeit aufgenommen hat.
Berechnet wird die relative Feuchte als Verhältnis zwischem den vorhandenem
Partialdampfdruck und dem Sättigungsdampfdruck. Zu beachten ist dabei, dass der
Sättigungsdampfdruck (und damit auch die relative Feuchte) von der Temperatur des Gases abhängt.
PSI = Pd/Pds ; t = konst
FFT (Fast-Fourier Transformation)
Bei der FFT nimmt man an, dass komplexe Signalformen sich in einfache Sinus- und Kosinusfunktionen mit verschiedenen
Amplituden und Frequenzen zerlegen lassen (Fourierreihen).
Mit der FFT eines solchen komplexen Signals werden die Frequenz-, Amplituden- und Phasenanteile berechnet.
Man transformiert also Funktionen vom Zeitbereich x(t) ins Frequenzbereich X(f).
Die Darstellung der Frequenzen und deren Amplituden im Frequenzbereich, die in solchen Signalformen enthalten sind, nennt man Frequenzspektrum.


-> Fourierreihen
-> Autokorrelationsfunktion
-> Autoleistungsdichte (Autoleistungsspektrum)
-> Erwartungswert
-> Kohärenzfunktion
-> Kreuzkorrelationsfunktion
-> Kreuzleistungsdichte (Autoleistungsspektrum)
-> Übertragungsfunktion
-> Verteilungsdichte
-> Verteilungsfunktion
-> FFT, invers
FFT-Fensterfunktion
Eine FFT liefert nur 'saubere' Ergebnisse wenn das Signal keine Sprünge hat,
die Amplituden am Anfang und Ende des betrachteten Zietbereichs gliech sind
und die Länge des Zeitbereichs genau 2n samples lang ist oder wenn das Signal transient ist und innerhalb des betrachteten Zeitbereichs liegt.
Da dies meistens nicht der Fall ist, wird das signal mit einem 'Fenster' punktweise multipliziert.
Da transiente Signale per Definition abklingen, benötigen sie kein Fenster (=> Rechteckfenster),
denn die Anfangs- und Endwerte sind gleich (=0). Die einzige Bedingung ist, dass das zu analysierende
Zeitabschnitt (bzw n, wobei Zeitabschnitt =2n Samples) so groß gewählt wird, dass das gesamte Signal innerhalb des Fensters liegt.

Es gibt mehrere Typen von Fenster. Einige sind:
Rechteck =kein Fenster
Hanning
Hamming
Blackman-Harris
FFT-Wasserfalldarstellung
Wird ein Zeitsignal betrachtet, der sehr lang ist und sich mit der Zeit verändert (Fledermaussignal), dann ist es sinnvoll dieses Signal in
mehrere Teilbereiche zu unterteilen, und die Ergebisse der FFT jeweils nacheinander darzustellen.

FFT-Farbspektrogramm
Das Farbspektrogramm ist eine andere Darstellungsform der Wasserfalldarstellung.
Dies ist ein Draufsicht des Wasserfalldiagramms, wobei die Amplituden mit verschiednen Farben dargestellt werden.
FFT, invers
Die invers-FFT ist die Umkehrung vom FFT wobei
Funktionen vom Frequenzbereich X(f) ins Zeitbereich x(t) transformiert werden.
FFT-Analysator
Ein FFT-Analysator ist ein Gerät zur Bestimmung der in einem
Signal enthaltenen Frequenzanteile. Dabei wird das Signal zunächst
digitalisiert und anschließend mit Hilfe der Fast-Fourier-Transformation (FFT)
ausgewertet.
Filter
Filter haben in der Messtechnik zwei grundsätzliche Aufgaben:
- Unterdrückung bestimmter Frequenzanteile eines Signals.
So lässt sich z.B. Rauschen reduziern.
- Begrenzung des Frequenzspektrums eines Signals.
Wichtig z.B. bei der Digitalisierung analoger Signale.
-> Aliasingeffekt
-> Filter, analoge
-> Filter, digitale
-> Filter, digitale, FIR
-> Filter, digitale, IIR
Filter, analoge
Analoge Filter dienen dazu, ein Signal zu filtern.
Es gibt prinzipiell zwei Möglichkeiten, analoge Filter zu realisieren.
- passive analoge Filter:
Sie bestehen aus einer geeigneten Schaltung von Spulen, Kondensatoren und ggf. Widerständen (RCL-Glied).
Allerdings sind niedrige Grenzfrequenzen nur schwierig zu realisieren und die Güte (Flankensteilheit) liegt typischerweise bei 6dB/Oktave.
- aktive analoge Filter:
Sie bestehen aus einem Operationsverstärker, der geeignet mit Spulen, Kondensatoren und Widerständen beschaltet ist.
Mit dieser Schaltung lassen sich nahezu beliebige Grenzfrequenzen, auch mit einer Güte (Flankensteilheit) größer als 6dB/Oktave, realisieren.
Eine höhere Güte lässt sich bei beiden Typen durch Serienschaltung mehrerer Filter erzeugen.
Filter, Bandpass
Ein Bandpassfilter benutzt man, um ein bestimmtes Frequenzband mit einer Bandbreite B = f2 - f1
durchzulassen und die übrigen Frequenzbereiche zu sperren.
Hierbei ist f1 die untere Grenzfrequenz und f2 die obere.
Die Band-Mittenfrequenz wird als f0 bezeichnet.
Filter, Bandsperre
Ein Bandsperrfilter benutzt man, um ein bestimmtes Frequenzband mit einer Bandbreite B = f2 - f1
zu sperren und die übrigen Frequenzbereiche durchzulassen.
Hierbei ist f1 die untere Grenzfrequenz und f2 die obere.
Die Band-Mittenfrequenz wird als f0 bezeichnet.
Filter, digitale
Digitale Filter basieren prinzipiell auf mathematischen Verfahren, die auf ein Signal angewendet werden.
Zur digitalen Filterung muss das analoge Signal also zunächst digitalisiert
(und ggf. voher analog gefiltert (-> Aliasingeffekt)) werden.
Der große Vorteil digitaler Filter gegenüber analogen Filtern ist, dass man während der
Aufnahme die gesamte Bandbreite an Signalen und somit auch die unerwünschten Signale dokumentiert.
Dadurch kann man, wie bei analogen Filtern, nicht nur die unerwünschten Signale
herausfiltern, sondern diese unerwünschten Signale auch untersuchen, beispielsweise um zu sehen, wie die Wirkung dieser Signale
ist. Bei analogen Filtern sind diese Signale nicht mehr existent.
Es gibt zwei Arten digitaler Filter:
Filter, digitale, FIR
FIR steht für "Finite Impulse Response"
und beschreibt die Tatsache, dass dieser Filtertyp eine endliche Impulsantwort besitzt.
Gibt man also einen Impuls auf den Eingang eines solchen FIR Filters,
so klingt das Ausgangssignal innerhalb endlicher Zeit wieder auf Null ab.
FIR Filter erzeugen weniger Fehler und haben ein sehr gutes Phasenverhalten.
Da sich die Phase linear mit der Frequenz ändert (ausgenommen die Faltungen bei +/- 180°) ist die
Verzögerung bei allen Frequenzen gleich.
FIR Filter haben keine Rückkopplungskomponenten und können deshalb nicht zu Schwingen anfangen,
im Gegensatz zu analogen und IIR Filtern.
Ein weiterer Vorteil von FIR Filtern ist die konstante Gruppenlaufzeit.
FIR Filter sind jedoch etwas kömplizierter in der Anwendung. Sie müssen erst erstellt werden und
erst dann angewandt werden. Wenn die Ergebnisse nicht gut genug sind, müssen sie erneut erstellt
werden. Dieses iterative Verfahren ist sehr umständlich.
Filter, digitale, IIR
IIR steht für "Infinite Impulse Response"
und beschreibt die Tatsache, dass dieser Filtertyp theoretisch keine endliche Impulsantwort besitzt.
Gibt man also einen Impuls auf den Eingang eines solchen IIR Filters,
so klingt das Ausgangssignal exponentiell ab und erreicht den Wert Null nur in unendlicher Zeit.
IIR Filter sind wesentlich einfacher in der Handhabung. Sie benötigen weniger Rechenleistung, um einen
vergleichbaren Filtereffekt zu erzeugen. Daher werden sie, trotz unterlegener technicher Eingenschaften,
meistens gegenüber FIR Filtern bervorzugt.
Filter, Hochpass
Ein Hochpassfilter benutzt man, um alle Frequenzen
oberhalb einer Grenzfrequenz durchzulassen.
Filter, Tiefpass
Ein Tiefpassfilter benutzt man, um alle Frequenzen unterhalb einer Grenzfrequenz durchzulassen.
Flachprofil - Kraftaufnehmer
Flachprofil-Aufnehmer zeichnen sich gegenüber Säulenaufnehmern durch ihre geringere Bauhöhe aus.
Im Prinzip bestehen sie aus zwei konzentrischen Ringen, die mit Streben verbunden sind.
Bei äußerer Krafteinleitung werden die Ringe axial gegeneinander verschoben, was zu einer Verbiegung der Streben führt.
Durch Messung dieser Verbiegung und geeigneter Auswertung lässt sich so ein zur Krafteinwirkung proportionales Signal gewinnen.
Ein Vorteil dieser Bauform ist die geringere Empfindlichkeit
gegenüber nichtaxial eingeleiteten Kräften.
-> Querkraftempfindlichkeit
Folien-DMS
Die leitende Schicht eines Folien-DMS
besteht aus einer ca. 5 µm dicken Konstantanlegierung. Ihr elektrischer
Widerstand weist
eine
geringe Temperaturabhängigkeit auf
, daher sind sie für
Temperaturen bis 220 °C geeignet. Folien-DMS sind größer als
Halbleiter-DMS und
haben typischerweise eine Impdanz von 350 oder 700 OHM, sowie eine Sensitivität
von
< 3 mV/V.
Die Widerstandsänderung der Folien-DMS basiert im Wesentlichen auf der Änderung der Geometrie
des Materials (Widerstand, elektrischer) und kaum auf dem
piezoresistiven Effekt.
Fourierreihen
Fourierreihen beschreiben periodische Funktionen x(t)=x(t+n·T) mit der Gleichung:
x(t)= Summe ancos(w0t)+Summe bnsin(w0t), wobei
an und bn die Fourierkoeffizienten sind,
w0 die Kreisfrequenz der Grundschwingung,
n·w0 die diskreten Frequenzen sind, mit n= 1,2,3... usw.
Ein klassiches beispiel ist ein Rechtecksignal:
u = us1·sin(wt)+us3·sin(3wt)+ us5·sin(5wt).

us1=1, us3=1/3, us5=1/5
Man erkennt, dass komplexe Signalformen, wie hier Rechtecke, sich in einfachen Sinus- und Cosinussignalen mit verschiedenen Frequenzen und Amplituden zerlegen lassen.
Diese Frequenzen der einzelnen Sinus- und Cosinussignalen, deren Amplituden und deren Phasenbeziehung zueinander können
mittels der FFT berechnet werden.

-> FFT, invers
Frequenzgang
Innerhalb des im Datenblatt angegebenen Frequenzbereiches liegt die
Empfindlichkeit eines Messwertaufnehmers
innnerhalb der spezifierten Grenzen (z.B. innerhalb von ±5% der Nennempfindlichkeit).
-> Bandbreite
-> Resonanzfrequenz
frequenzoptimiert
Ändert sich der mit einem piezoelektrischen
Druckaufnehmer zu messende Druck sprunghaft, so kommt es
zu einem Resonanzeffekt. Die sogenannten "frequenzoptimierten" Druckaufnehmer
sind dahingehend optimiert, dieses Verhalten weniger stark zu zeigen.
gedämpfte Schwingung
Wenn die freie Schwingung von einer Reibungskraft
gebremst wird, spricht man von einer gedämpften Schwingung.
Gekapselte Druckausführung
Die gekapselte Druckausführung ist eine Bauart von
Druckaufnehmern.
Mit solchen Druckaufnehmern
lässt sich der Druck bezogen auf den zur Zeit der Herstellung des
Druckaufnehmers
herrschenden Druck messen.
-> Druck
-> Relativdruck
-> Absolutdruck
Genauigkeit
-> Gesamtgenauigkeit
Geräteklassen
Die Klasse eines elektrischen Messgerätes gibt an, mit welchem maximalen
Fehler beim Einsatz dieses Gerätes zu rechnen ist.
Der Fehler wird in Prozent des Meßbereichs-Endwertes angegeben.
-> Genauigkeitsklassen
-> Kalibrierung bei 50% vom Nennbereich
Genauigkeitsklassen elektrischer Messgeräte nach VDE 0410
Die Genauigkeitsklasse gibt den maximal zulässigen absoluten Fehler in Prozent vom Messbereichsendwert an.
- Feinmessgeräte
Klasse Anzeigefehler Einflussfehler
0,1 ±0,1% ±0,1%
0,2 ±0,2% ±0,2%
0,5 ±0,5% ±0,5%
1,0 ±1,0% ±1,0%
- Betriebsmessgeräte
Klasse Anzeigefehler Einflussfehler
1,5 ±1,5% ±1,5%
2,5 ±2,5% ±2,5%
5,0 ±5,0% ±5,0%
Gesamtgenauigkeit
Die Gesamtgenauigkeit gibt unter Berücksichtigung aller möglichen Fehlerquellen den maximalen Messfehler an.
Eine Abschätzung dafür kann als Wurzel aus der Summe der Quadrate der jeweiligen Messfehlern berechnet werden.
Im Sensorbereich sind diese Fehler:
die Nichtlinearität
die Hysterese und
die Wiederholbarkeit.
Gewinde
Es gibt ein Vielzahl von Gewindetypen.
Die Gewinde für die Montage von Sensoren beschränken sich hauptsächlich
auf Spitzgewinde.
Zylindrische Gewinde sind parallel verlaufende Gewinde und sind nicht dichtend.

Kegelige Gewinde sind Gewinde-Bolzen bei denen der Verlauf
der Außengewinde konisch ist.

Da das Innengewinde des Gegenstücks zylindrisch ist, dichtet es beim Verschrauben des Bolzens.
Metrische Gewinde
Metrische Gewinde sind Gewinde, die auf der Längenheit Meter basieren.
 |
| Metrisches ISO Gewinde, Flankenwinkel 60° (Auszug) |
Kennung |
Außen Ø mm d=D |
Steigung mm p |
Flanken Ø mm d2=D2 |
Kern Ø Bolzen d3 |
Kern Ø Mutter D1 |
Gew.tiefe Bolzen h3 |
Gew.tiefe Mutter H1 |
Rundung mm r |
Gewinde- bohrer Ø mm |
|
| M2.5 |
2.50 |
0.45 |
2.208 |
1.948 |
2.013 |
0.276 |
0.244 |
0.065 |
2.05 |
| M3 |
3.00 |
0.50 |
2.675 |
2.387 |
2.459 |
0.307 |
0.271 |
0.072 |
2.50 |
| M4 |
4.00 |
0.70 |
3.545 |
3.141 |
3.242 |
0.429 |
0.379 |
0.101 |
3.30 |
| M5 |
5.00 |
0.80 |
4.480 |
4.019 |
4.134 |
0.491 |
0.433 |
0.115 |
4.20 |
| M6 |
6.00 |
1.00 |
5.350 |
4.773 |
4.917 |
0.613 |
0.541 |
0.144 |
5.00 |
| M8 |
8.00 |
1.25 |
7.188 |
6.466 |
6.647 |
0.767 |
0.677 |
0.180 |
6.80 |
| M10 |
10.00 |
1.50 |
9.026 |
8.160 |
8.376 |
0.920 |
0.812 |
0.217 |
8.50 |
| M12 |
12.00 |
1.75 |
10.863 |
9.853 |
10.106 |
1.074 |
0.947 |
0.253 |
10.20 |
| M16 |
16.00 |
2.00 |
14.701 |
13.546 |
13.835 |
1.227 |
1.083 |
0.289 |
14.00 |
| M20 |
20.00 |
2.50 |
18.376 |
16.933 |
17.294 |
1.534 |
1.353 |
0.361 |
17.50 |
| M24 |
24.00 |
3.00 |
22.051 |
20.319 |
20.752 |
1.840 |
1.624 |
0.433 |
21.00 |
| M36 |
36.00 |
4.00 |
33.402 |
31.093 |
31.670 |
2.454 |
2.165 |
0.577 |
32.00 |
| M45 |
45.00 |
4.50 |
42.077 |
39.479 |
40.129 |
2.760 |
2.436 |
0.650 |
40.50 |
| M56 |
56.00 |
5.50 |
52.428 |
49.252 |
50.046 |
3.374 |
2.977 |
0.794 |
50.50 |
| M64 |
64.00 |
6.00 |
60.103 |
56.639 |
57.505 |
3.681 |
3.248 |
0.866 |
58.00 |
| Metrisches Feingewinde, Flankenwinkel 60° (Auszug) |
Kennung |
Außen Ø mm d=D |
Steigung mm p |
Flanken Ø mm d2=D2 |
Kern Ø Bolzen d3 |
Kern Ø Mutter D1 |
Gew.tiefe Bolzen h3 |
Gew.tiefe Mutter H1 |
Rundung mm r |
Gewinde- bohrer Ø mm |
| M2.5x0.35 |
2.50 |
0.35 |
2.273 |
2.071 |
2.121 |
0.215 |
0.189 |
0.051 |
2.10 |
| M3x0.35 |
3.00 |
0.35 |
2.773 |
2.571 |
2.621 |
0.215 |
0.189 |
0.051 |
2.60 |
| M4x0.5 |
4.00 |
0.50 |
3.675 |
3.387 |
3.459 |
0.307 |
0.271 |
0.072 |
3.50 |
| M5x0.5 |
5.00 |
0.50 |
4.675 |
4.387 |
4.459 |
0.307 |
0.271 |
0.072 |
4.50 |
| M6x0.75 |
6.00 |
0.75 |
5.513 |
5.080 |
5.188 |
0.460 |
0.406 |
0.108 |
5.20 |
| M8x0.75 |
8.00 |
0.75 |
7.513 |
7.080 |
7.188 |
0.460 |
0.406 |
0.108 |
7.20 |
| M10x1 |
10.00 |
1.00 |
9.350 |
8.773 |
8.917 |
0.613 |
0.541 |
0.144 |
9.00 |
| M16x1 |
16.00 |
1.00 |
15.350 |
14.773 |
14.917 |
0.613 |
0.541 |
0.144 |
15.00 |
| M16x1,5 |
16.00 |
1.50 |
15.026 |
14.160 |
14.376 |
0.920 |
0.812 |
0.217 |
14.50 |
| M20x1,5 |
20.00 |
1.50 |
19.026 |
18.160 |
18.376 |
0.920 |
0.812 |
0.217 |
18.50 |
| M24x2 |
24.00 |
2.00 |
22.701 |
21.546 |
21.835 |
1.227 |
1.083 |
0.289 |
22.00 |
| M32x2 |
32.00 |
2.00 |
30.701 |
29.546 |
29.835 |
1.227 |
1.083 |
0.289 |
30.00 |
| M36x3 |
36.00 |
3.00 |
34.051 |
32.319 |
32.752 |
1.840 |
1.624 |
0.433 |
33.00 |
| M45x4 |
45.00 |
4.00 |
42.402 |
40.093 |
40.670 |
2.454 |
2.165 |
0.577 |
41.00 |
| M56x2 |
56.00 |
2.00 |
54.701 |
43.546 |
53.835 |
1.227 |
1.083 |
0.289 |
54.00 |
| M64x4 |
64.00 |
4.00 |
61.402 |
59.093 |
59.670 |
2.454 |
2.165 |
0.577 |
60.00 |
| M80x3 |
80.00 |
3.00 |
78.051 |
76.319 |
76.752 |
1.840 |
1.624 |
0.433 |
77.00 |
Zoll-Gewinde
Zöllige Gewinde sind Gewinde, die auf der Längenheit Zoll (bzw. Inch) basieren.
Die häufigsten Zoll-Gewinde sind:
Withworth Rohrgewinde, nicht dichtend
 |
| zylindrisches Rohrgewinde (British Standard Pipe Parallel), Flankenwinkel 55° |
Kennung |
Außen Ø mm d=D |
Steigung mm p |
Flanken Ø mm d2=D2 |
Kern Ø Bolzen d3 |
Kern Ø Mutter D1 |
Gänge tpi |
Gewinde- bohrer Ø mm |
| G 1/8, BSPP 1/8" |
9.728 |
0.907 |
9.147 |
8.566 |
0.581 |
28 |
8.7 |
| G 1/4, BSPP 1/4" |
13.157 |
1.337 |
12.301 |
11.445 |
0.856 |
19 |
11.6 |
| G 1/2, BSPP 1/2" |
20.955 |
1.814 |
19.793 |
18.631 |
1.162 |
14 |
19 |
| G 3/4, BSPP 3/4" |
26.441 |
1.814 |
25.279 |
24.117 |
1.162 |
14 |
24.5 |
Withworth Rohrgewinde, dichtend
Die Kennung für das Außengewinde ist 'R', in England 'BSPT' (British Standard Pipe Tapered).
Der Gewindeverlauf ist kegelig (1:16).
Der Flankenwinkel beträgt 55°
Die Kennung für das Innengewinde ist 'Rp'.
Der Gewindeverlauf ist zylindrisch.
Die M, G und R Gewinde sind in ISO- oder DIN-Normen spezifiziert.
Hierzu kommen noch die Amerikanischen Gewinde, die auch
sehr oft in Drucktransmittern eingesetzt werden:
Amerikanisches kegeliges Rohrgewinde, NPT (National Pipe Taper)
 |
| Amerikanisches kegeliges(1:16) Rohrgewinde, Flankenwinkel 60° |
Kennung |
Außen Ø mm d=D |
Steigung mm p |
Gänge tpi |
Bohrung mm |
| NPT 1/8" |
10,3 |
0,94 |
27 |
10,6 - 0,2 |
| NPT 1/4" |
13,7 |
1,41 |
18 |
14,0 - 0,2 |
| NPT 3/8" |
17,1 |
1,41 |
18 |
17,4 - 0,2 |
| NPT 1/2" |
21,3 |
1,81 |
14 |
21,6 - 0,2 |
| NPT 3/4" |
26,7 |
1,81 |
14 |
27,0 - 0,2 |
Weiterhin gibt es auch das
Amerikanisches Grobgewinde UNC (Unified Coarse Thread) und
Amerikanisches Feingewinde UNF (Unified Fine Thread).
Gleichdruckeffekt
Bei Differenzdruckaufnehmern kann, auch wenn der Differenzdruck gleich Null ist, ein unerwünschtes Ausgangssignal
auftreten, falls sich der Systemdruck erhöht. Beim Messen von Differenzdruck sollte also ein gleiches Druckpotential
an den Eingängen möglichst vermieden werden.
Grenzfrequenz
Unter der Grenzfrequenz fc (cutoff frequency) eines Filters
versteht man diejenige Frequenz, bei der die Amplitude um 3dB abgeschwächt ist.
Gyroskop, MEMS
In einem Drehraten-Gyroskop befindet sich eine seismische Masse m, die in einem Rahmen A gefedert aufgehängt ist, und zum Schwingen angeregt wird. Der Rahmen A ist wiederum so aufgehängt, dass er senkrecht zur Schwingrichtung der Masse schwingen kann.

Befindet sich das Gyroskop auf einem Objekt, das sich dreht, dann verursacht die Schwingung der Masse m eine dazu senkrechte Schwingung des Rahmens A aufgrund der Corioliskraft.

Eine Änderung der Position des Rahmens A relativ zu den Kondensatorplatten verursacht eine Änderung der Kapazitäten der beiden Kondensatoren (C1 und C2).

Die Kapazitätsänderung ist proportional zur Drehrate.
Gyroskopischer Effekt
Ein Kreisel, der sich schnell dreht, behält aufgrund seiner Massenträgheit bzw. der Drehimpulserhaltung
seine Orientierung im Raum.
Einen Kreisel, der mit 3 Freiheitsgraden aufgehängt wird nennt man ein
Kreiselinstrument oder Gyroskop.
Die einfachste Form einer solchen Aufhängung ist ein Pendel.

Versucht man die Drehachse zu kippen, resultiert ein Drehmoment um den Gesamtimpuls zu erhalten. Die Kreiselachse kippt senkrecht zur angreifenden Kraft und der Kreisel präzediert entlang eines Kegels (wie beim Spielzeugkreisel).

Ein Kreiselkompass oder Gyrokompass ist ein Gyroskop, das für die Navigation benutzt wird.
Kreiselkompasse haben eine kardanische Aufhängung, in der der Kreisel unabhängig von Lage oder Bewegung frei drehbar ist. Die cardanische Aufhängung wurde nach Gerolamo Cardano (1501 - 1576) benannt.

Die Navigation mit einem Gyrokompass ist sehr viel einfacher, präziser und sicherer als mit einem Magnetkompass - so lange er störungsfrei funktioniert. Der Magnetkompass muss daher zur Kontrolle mit verwendet werden.
Die Nutzung des gyroskopischen Effekts ist einer der wenigen Methoden, mit der eine Neigung unabhängig von der Erdbeschleunigung gemessen werden kann. Bei Neigungssensoren, die auf die Bewegung einer seismischen Masse beruhen (Pendel), kann Neigung von langsamen Beschleunigungen physikalish nicht unterschieden werden.
-> Beschleunigung-Winkel-Beziehung
Halbleiter-DMS
Halbleiter-DMS werden aus
Silizium oder Germanium (von manchen Herstellern mikromechanisch)
gefertigt.
Entgegen eines weitverbreiteten Vorurteils arbeiten sie sehr linear und genau.
Sie sind sehr klein (ab 0,7 mm Länge!) und eignen sich insbesondere für
Miniatur-Sensoren, die nicht genug Raum für
Metall-Folien-DMS bieten. Ein weiterer Vorteil
ist die hohe Sensitivität von bis
zu 20 mV/V.
Halbleiter-DMS sind für Temperaturen bis 150 °C geeignet.
Halbleiter-DMS-Brücken
haben eine Impdanz von 1 kOHM bis 15 kOHM.
Die Widerstandsänderung der Halbleiter-DMS basiert im Wesentlichen auf dem
piezoresistiven Effekt und kaum auf der Änderung der Geometrie
des Materials (Widerstand, elektrischer).
HBT, Half Bridge Transducer
-> LVIT
Hall-Effekt,
Auf Ladungsträger, die sich in einem Leiter bewegen, der sich in einem Magnetfeld befindet, wirkt die Lorentz-Kraft, die eine
Ablenkung der Ladungsträger verursacht.
Bewegen sich die Ladungsträger senkrecht zum Magnetfeld, so werden sie senkrecht zu Stromfluss und Magnetfeld gelenkt.
Durch die Ansammlung der Ladungsträger auf einer Seite des Leiters baut sich, ähnlich wie in einem Kondensator,
eine Spannung auf. Dadurch entsteht wiederum ein elektrisches Feld, das eine der Lorentz-Kraft entgegenwirkende Kraft zur Folge hat.
So ist die Ansammlung der Ladungsträger auf das Maß begrenzt, bei dem sich beide Kräfte im Gleichgewicht befinden.
Die aus dem Hall-Effekt resultierende Spannung nennt man Hall-Spannung.
Für sie gilt: UH = RH*I*B/d, wobei RH=1/n*e die Hall Konstante ist.
(n: Ladungsträgerdichte des Materials, d: Dicke des Materials in Richtung senkrecht zum Stromfluss)
Materialien mit niedriger Ladungsträgerdichte (z.Bsp. Halbleiter wie InAs, InAsP und InSb)
erzeugen also bei gleichem Magnetfeld höhere Hall-Spannungen und werden daher bevorzugt für
Hall-Sensoren eingesetzt.
-> Quanten-Hall-Effekt
-> Hall-Sensor
Hall-Sensor
Hall Sensoren werden eingesetzt, um die Stärke magnetischer Felder zu messen.
Das Funktionsprinzip dieses Sensors beruht auf dem Hall-Effekt.
HALT-HASS Lebensdauer- und Belastungsprüfung (Umweltsimulation)
HALT-HASS sind Lebensdauer- und Belastungsprüfmethoden, um Schwachstellen von Prüflingen
schon bei der Entwicklung zu erkennen und zu beseitigen sowie um fehleranfällige Produkte während der Produktion auszusortieren.
Meistens ist die Ausfallhäufigkeit bei der Einführung neuer Produkte hoch, mit der Zeit sinkt sie auf ein
festes Niveau, in der sie bleibt, bis Alterserscheinungen sie wieder steigen läßt.
Dies ergibt die sogenannte 'Badewannen-Kurve':

HALT (Highly Accelerated Life Testing)
HALT ist eine stark beschleunigte Lebensdauerprüfung während der Entwicklung von Produkten.
HALT wird in der Produktentwicklungsphase eingesetzt um Designfehler - im
Gegensatz zu Fertigungsfehler - zu finden.
Designfehler sind beispielsweise ungeeignete, zu dünnes oder zu dickes Material, bzw. falsche Bauformen, schlechter Aerodynamik, schlechte Federung, zu grobe Toleranzen etc.
Solche Fehler können dazu führen, dass das Produkt im Betrieb zu stark vibriert, an Schwachstellen leicht bricht, bei hohen Temperaturen geschwächt wird, Flüssigkeitsleitungen im Produkt undicht werden, etc.
Um diese Mängel zu erkennen, wird das Produkt Belastungen durch Temperatur und Vibration ausgesetzt,
die stufenweise so lange erhöht werden, bis es ausfällt.
Die so getesteten Produkte können nicht mehr verwendet werden. HALT ist also sehr kostenintensiv.
Design-bedingte Ausfälle, die normalerweise erst nach mehreren Jahren erkennbar werden,
werden in kürzester Zeit erzwungen. Durch Korrekturen an diesen Schwachstellen im Design des Produktes kann die Lebensdauer
vor der Markteinführung verlängert werden. Rückholaktionen von Produktserien wegen Fehlern im
Design, die erst nach der Markteinführung festgestellt würden, können vermieden werden.
Hierdurch relativiert sich die Kostenintensität wieder.
Der untere Teil der 'Badewannen-Kurve' wird niedriger und der mittlere Teil länger, so dass altersbedingte Verschleißerscheinungen
deutlich später auftreten.
Die Ergebnisse des HALT-Prozesses dienen als Grundlage für den HASS-Test. Bei HASS wird angenommen, dass HALT-Prüfungen bei der Entwicklung des Produktes schon durchgeführt worden sind:
HASS (Highly Accelerated Stress Screen)
HASS ist eine stark beschleunigte Belastungsauslese von Produkten während der Produktion.
HASS wird in der Produktionsendkontrolle eingesetzt, um mangelhafte Produkte auszusortieren und Fertigungsfehler - im
Gegensatz zu Designfehler - zu finden.
Fertigungsfehler sind beispielsweise, kalte Lötstellen, schlechte Schweißnahten und andere Verbindungen, loose Schrauben, Luftblasen bei Verklebungsprozesse, usw...
Da die Produkte nicht beschädigt werden dürfen, sind die Belastungen bei HASS deutlich niediger als bei HALT.
Mit HASS wird versucht, die Frühphase des Produktes im Betrieb in sehr kurzer Zeit durchlaufen zu lassen.
Diese künstliche Alterung provoziert herstellungsbedingte Schwachstellen bei fehlerhaften Produkten, die sonst nur nach dem Einsatz im Betrieb
festzustellen wären. Gute Produkte werden durch HASS (im Gegensatz zu HALT-Prüfungen) nicht gefährdet.
Fehlerhafte Produkte können so in der Produktionsendkontrolle herausgefiltert werden.
HALTund HASS weden auch unter dem Begriff
ESS (Environmental Stress Screening), also umgebungsbedingte Belastungsauslese, zusammengefasst.
Hammerkit
Als Hammerkit werden Geräte zur Impulsanregung mechanischer Strukturen bezeichnet.
-> Impulshammer
-> Beschleunigungsaufnehmer
harmonische Schwingung
Unter dem Begriff "harmonische Schwingung" versteht man Bewegungen,
die einer Sinus- oder Kosinus-Funktion folgen.
x(t)= Xsin(wt + phi)
wobei w=2·PI·f = die Kreisfrequenz ist
und phi der Phasenwinkel
harmonische Schwingung, komplex
Komplex harmonische Schwingungen sind periodische Schwinungen, die sich in harmonische Schwingungen zerlegen lassen.
Ein klassiches beispiel ist ein Rechtecksignal:
u = us1·sin(wt)+us3·sin(3wt)+ us5·sin(5wt).
Eine solche Gleichung nennt man Fourierreihe.
Hüllkurven-Demodulation
Um Materialdefekte an Maschinen zu diagnostizieren, benutzt man meistens die FFT-Analyse.
Bei Materialstörungen, die durch impulsartige Ereignisse verursacht werden, ist dieses Verfahren jedoch nicht immer geeignet.
Am Beispiel der Lagerüberwachung kann man dieses Phänomen erklären:
Das unten dargestellte Kugellager hat einen Riss. Jedesmal wenn eine Kugel am Riss vorbei läuft, erzeugt sie einen
hochenergetischen Puls, wobei jeder Puls sehr kurz ist. Die Frequenz dieses immerwiderkehrenden Störpulses
nennt man Kugel-Pass-Frequenz.
Normalerweise würde man einen Tiefpass Filter benutzen,
um die niederfrequenten Komponenten herauszufiltern,
damit nur die Zeitsignale übrig bleiben, die durch diese Störpulse erzeugt werden.
Wird nun eine FFT-Analyse durchgeführt,
erwartet man eine deutliche Spitze im Bereich der Kugel-Pass-Frequenz.
Leider ist dies nicht der Fall - man erhält ein "Frequenzband". Pulsförmige Signale sind eine Überlagerung von
mehreren Sinusschwingungen sodass eine FFT über einen schmalen Puls eine über fast alle Frequenzen verteilte Kurve ergibt (siehe Fourierreihe)!
Um die tatsächliche Frequenz zu ermitteln, überlagert man das Zeitsignal mit einer Hüllkurve und
führt eine FFT-Analyse über diese Hüllkurve durch.
Dieses Verfahren wird "Hüllkurven-Demodulation" genannt.
Nun erhällt man tatsächlich die Kugel-Pass-Frequenz (und die Frequenzen der dazugehörigen Oberschwingungen).
Unten ist eine Darstellung des Zeitsignals. Mit einem Tiefpass Filter
kann man nur die Störpulse aus dem Zeitsignal isolieren.
Führt man eine Fourieranalyse dieses Zeitsignals durch, erhält man jedoch nicht die
Kugel-Pass-Frequenz, sondern ein Frequenzband. Legt man eine Hülle über das Signal und führt danach eine
FFT-Analyse durch, dann erhält man die eigentliche Störfrequenz.
Für diese Art der Lagerüberwachung gibt es spezielle
piezoelektrische Beschleunigungsaufnehmer, die neben dem reinen
Beschleunigungssignal auch das Hüllkurven-Signal zur Verfügung stellen.
Hookescher Bereich
-> elastischer Bereich
Hookesches Gesetz für elastische Verformung (Spannungs-Dehnungs-Kurve)
Die mechanische Spannung (S=F/A) ist proportional zur Dehnung (d) unterhalb der Proportionalitätsgrenze.
Der Proportionalitätsfaktor ist der Elastizitätsmodul E.
S = E · d

-> Dehnung
-> elastischer Bereich
-> Elastizitätsmodul
-> Elastizitätsgrenze
-> Proportionalitätsgrenze
-> Streckgrenze
-> technische Elastizitätsgrenze
-> k-Wert
-> Zugfestigkeit
HUMS- Health and Usage Monitoring Systems
HUMS - in Deutsch Strukturzustands- und -nutzungsüberwachungsysteme - wird insbesondere im Bereich Luft- und Raumfahrt eingesetzt.
Um die katastrophalen Folgen von Strukturschäden am Fluggerät zu vermeiden, wird im Betrieb die Schadenserkennung und -überwachung von Strukturbauteilen mit eine kontinuierliche Überwachung und Erfassung von Betriebslasten mittels geeigneter Sensoren durchgeführt.
Hybrid-Elektronik
Hybrid Schaltkreise bestehen aus einem (Al2O3 - ) Träger
(Substrat) der mit weiteren Schichten versehen wird:
- Widerstandsschicht (meistens CrNi)
- Sperrschicht
- Leiterbahnschicht (meistens Gold)
Bei der Dickschichttechnologie werden diese Schichten mit Siebdruck hergestellt,
bei der Dünnschichttechnologie werden diese Schichten aufgedampft oder mittels
plasmagestützter Prozesse (Sputter-Verfahren) aufgebracht.
Leiterbahnen erhält man durch das Wegätzen aller Schichten.
Widerstände erhält man durch das Wegätzen nur der Leiterbahnschicht.
Kapazitäten und Induktivitäten können über die Geometrie der Leiterbahnen erzeugt werden.
Aktive Bauelemente werden darauf ohne Gehäuse (Dye) oder mit Gehäuse
(SMD) aufgebracht.
Diese werden dann durch Bonddrähte mit den Leiterbahnen verbunden.
Die Dickschichttechnologie ist billiger,
die Dünnschichttechnologie ist dagegen
zuverlässiger, präziser und wesentlich kompakter.
Hybrid-Verstärker
Hybrid-Verstärker sind Subminiaturverstärker,
die auf Hybrid-Technik basieren.
Durch ihre geringe Größe können sie auch in Miniatur-Sensoren
integriert werden.
-> Mikroelektronik
Hysterese
Der Verlauf der Kennlinie eines Sensors bei zunehmender und abnehmender
Last ist nicht identisch und bildet eine 'S'-förmige Fläche.

Die Abweichung dieser beiden Ausgangssignale bei 50% Last nennt man Hysterese.
Die Hysterese kann durch aufwendige Kalibrierung und Elektronik
minimiert werden, wenn die Kennlinie bekannt ist.
-> Fehler
-> Gesamtgenauigkeit
-> Nichtlinearität
-> Kalibrierung bei 50% vom Nennbereich
-> Wiederholbarkeit
-> Hysterese
-> thermisches Verhalten
-> thermische Nullpunktverschiebung
-> thermische Sensitivitätsdrift
IC
Abkürzung für: Integrated Circuit
Ein integrierter Schaltkreis besteht aus mehreren elektronischen Bauelementen,
die mit einer sehr hohen Dichte auf einem Trägermaterial (Substrat) zusammengefasst sind.
Auf dem Subtrat werden mehrere Schichten dotierter
Halbleiter und Isolationsschichten angebracht.
Herstellung: Durch das Aufbringen von Fotolack, mehrfaches Belichten, Entwickeln,
anschließendes Abwaschen der nicht belichteten Stellen und das Wegätzen des ungeschützten Materials
werden die Strukturen der Schaltungen auf Wafer erzeugt.
-> Hybrid-Elektronik
IEPE
IEPE steht für: Integrated Electronics Piezo-Electric
Piezoelektrische Sensoren ohne integrierte Verstäker liefern einen Ladungsausgang (piezoelektrischer Effekt).
Bei der elektrischen Verarbeitung der Ladung kann es zu Fehlern durch Feuchte, Kabelbewegungen und Änderung der Leitungslängen kommen.
Um das Problem zu lösen werden Verstärker eingebaut (FET - Field Effect Transistor). Man erhält ein Signal das unabhängig von der Kabellänge und einfach zu handhaben ist. Piezoelektrische Sensoren mit eingebauter Elektronik nennt man IEPE-Sensoren. IEPE hat sich zu einem industrieweiten Standard entwickelt.
Es gibt verschiedene Bezeichnungen für diesen Standard:
Hersteller Name Beschreibung
alle IEPE Integrated Electronics Piezo-Electric
B&K DeltaTron®
Dytran LIVM® Low Impedance Voltage Mode
Endevco Isotron®
Kistler Piezotron® Piezoelectric Electronics
PCB ICP® Integrated Circuit Piezoelectric
Vorteil: Einfache Handhabung, beliebige Kabellängen
Nachteil: Temperatur eingeschränkt durch Halbleiterverstärker (maximal 150°C bis 200°C)
Funktionsweise:
Werden bestimmte Quarze mechanisch belastet wird ein Ladungsverteilung dq erzeugt:.
Diese Ladung sammelt sich in der Kristall-Kapazität C1 und liefert eine Ausgangsspannung von:
dV = dq / C1.
Piezoelektrische Sensoren mit Ladungsausgang stellen einen hochohmigen Ladungsausgang zur Verfügung.
Die einfachste mögliche Messkette mit einem solchen Sensor sieht dann so aus:

Die gesamte Sensitvität des Systems ist jedoch;
dV = dq / (C1 + C2 + C3).
Diese Abhängigkeit der Systemempfindlichkeit von der Kapazität des Systems schränkt die verwendbare
Kabellänge deutlich ein.
Um dies zu umgehen, kann man sogenannte "In-Line" Verstärker benutzen, also Verstärker, die zwischen Sensor und
Anzeige geschaltet werden.

Hier ist das Ausgangssignal gegeben durch:
dV = dq / Cr, wobei Cr die Rückkopplungs-Kapazität ist.
Auch hier ist die Länge des Kabels zwischen Sensor und
"In-Line" Verstärker
eingeschränkt. Weiterhin ist das Rauschen am Ausgangssignal abhängig vom Verhältnis zwischen
Cr und (C1 + C2 + C3).
Die eleganteste Lösung ist die Integration der Elektronik im Sensor.
Hierzu verwendet man einen MOSFET bzw. einen JFET.

Die Quell-Impedanz beim Sensorausgang ist sehr niedrig und
ermöglicht damit den Einsatz von langen Kabeln.
Für eine Speisung mit einer Konstantspannungsquelle wird ein In-Line IEPE Modul verwendet:

Impulshammer
Ein Impulshammer ist ein Hammer, in dem ein
piezoelektrischer Kraftaufnehmer
integriert ist. Er wird bei der Modalanalyse eingesetzt, um beispielsweise feststellen,
ob Risse im Material vorhanden sind.
Hierzu wird das System mit dem Impulshammer an mehreren Punkten angeregt und der Erregerimpuls gemessen.
Mit einem zusätzlichen Beschleunigungsaufnehmer,
der am gleichen Ort verbleibt, wird die Systemantwort aufgezeichnet. Aus dem Erreger- und Antwortsignal wird die
Übertragungsfunktion ermittelt,
aus der sich die modalen Größen ergeben.
Impulshämmer sollten so abgestimmt sein, dass Mehrfachanregungen
verursacht durch das Abprallen des Hammers an der Oberfläche
(Mehrfachschläge) vermieden, und somit weitgehend ausgeschlossen werden,
und dass man ein lineares Frequenzband erhält.
Es gibt verschiedene Ausführungen von Impulshämmern mit verschiedenen Spitzen, die
unterschiedliche Frequenzbereiche anregen und in verschiedenen Anwendungsbereichen eingesetzt werden.

In-Line Verstärker
In-Line Verstärker sind kleine Verstärker, die im Sensorkabel integriert werden können.

Sie werden eingesetzt, wenn der Sensor selbst nicht genügend Platz für einen
Integrierten Verstärker
bietet. Sie sind eine preiswerte Alternative zu Tischgeräten und 19" Systemen.
Inbetriebnahme
Bei der Inbetriebnahme eines Sensors ist darauf zu achten, dass alle Hinweise im
"Leitfaden zu Anschluß und Montage von DMS-Aufnehmern"
sowie weiterführende Informationen des Datenblatts berücksichtigt werden.
Weitere mögliche Fehlerquellen, die bei der Inbetriebnahme eines Sensors zu vermeiden sind,
sind im Abschnitt Fehlersuche aufgeführt.
Induktionsprinzip
Jeder Wechselstrom erzeugt ein Wechselmagnetfeld und
jedes Wechselmagnetfeld erzeugt einen Wechselstrom.
Diese Tatsachen haben zur Folge, dass ein (durch ein Wechselmagnetfeld)
induzierter Wechselstrom gleichzeitig immer auch ein Wechselmagnetfeld
(Selbstinduktion) erzeugt.
-> faradaysches Induktionsgesetz
-> LVDT, Linear Variable Differential Transformer
-> LVIT, Linear Variable Inductance Transducer
-> Magnetostriktive Wegaufnehmer
-> Wirbelstromwegaufnehmer
inelastischer Bereich
Die Dehnung steigt in diesem Bereich nicht mehr linear mit der Kraft.
Eine Verformung bildet sich auch dann nicht mehr vollständig zurück,
wenn keine äußere Kraft mehr wirkt.
Die Verformungen sind in diesem Bereich inelastisch.
-> Dehngrenze
-> Durchbiegung
-> Elastizitätsgrenze
-> Hookesches Gesetz
-> Streckgrenze
-> technische Elastizitätsgrenze
Influenz
Wird ein elektrisch leitfähiger Körper einem elektrischen Feld ausgesetzt, so kommt es
in diesem Körper zu einer Verschiebung der Ladungsträger.
Dadurch bildet sich in diesem Körper eine elektrische Spannung aus.
Inklinometer, Neigungssensor
Inklinometer, auch Neigungssensoren genannt, erlauben die Messung von Neigungen.
Typische Anwedungen für einachsiale Sensoren sind:
- Nivellierung
- Messen des Wankens (Bewegung um die Längsachse, Roll)
- Messen des Nickens (Bewegung um die Querachse, Pitch)
-> Schiffsbewegungen
Typische Anwedungen für biachsiale Sensoren sind:
- Plattform-Nivellierung
- Radausrichtung
- Antennen-Positionierung.
-> Neigungssensor, elektrolytischer
-> Neigungssensor, kapazitiver
-> Neigungssensor, magnetoresistiver
Inkrementale Wegaufnehmer
Inkrementale Wegaufnehmer liefern die aktuelle
Position durch Zählen von Pulsen.
-> Absolute Wegaufnehmer
-> Wegaufnehmer
Interface
Ein Interface ist eine standardisierte Schnittstelle zur Datenübertragung zwischen zwei oder mehreren Geräten.
-> RS-232
-> RS-422
Integrierter Verstärker
Durch die Miniaturisierung von Schaltkreisen wie beispielsweise in der Hybrid-Elektronik
ist es möglich, Verstärker auch in sehr kleine Miniatursensoren zu integrieren.

Dadurch können Fehler durch EMV-Störungen oder
Sensitivitätsänderungen (z.Bsp. durch
Spannungsabfälle in langen Kabeln) vermieden werden.
IP - Schutzarten elektrischer Betriebsmittel durch
Gehäuse und Abdeckungen nach IEC/EN 60 529
(IP = International Protection)
- Ziffer 1 (Fremdkörperschutz)
0 kein besonderer Schutz
1 große Fremdkörper, Ø > 50 mm
2 mittelgroße Fremdkörper, Ø > 12,5 mm
3 kleine Fremdkörper, Ø > 2,5 mm
4 kornförmige Fremdkörper, Ø > 1 mm
5 Staubgeschützt, Staubablagerungen sind zulässig,
dürfen
aber in ihrer Menge nicht die Funktion der Geräte gefährden
6 Staubdicht
- Ziffer 2 (Wasserschutz)
0 kein besonderer Schutz
1 gegen senkrecht fallendes Tropfwasser
2 gegen schräg fallendes Tropfwasser, bis ±15 Grad Abweichung von
der Senkrechten
3 gegen Sprühwasser, Sprühwinkel bis ±60 Grad Abweichung von der Senkrechten
4 gegen Spritzwasser aus allen Richtungen
5 gegen Strahlwasser aus einer Düse aus allen Richtungen
6 gegen starkes Strahlwasser aus einer Düse aus allen Richtungen
7 gegen zeitweiliges Untertauchen in Wasser
8 gegen dauerndes Untertauchen in Wasser
9K gegen Wasser bei Hochdruck-/Dampfstrahl-Reinigung (80-100bar)
(gilt nach DIN 40 050 Teil 9 nur für Straßenfahrzeuge)
IP-Schutzarten können nicht in NEMA-Klassifikationen
umgewandelt werden.
Isolierungswiderstand bei Aufnehmern
Bezeichnet bei erdfreien
Messwertaufnehmern
den elektrischen Widerstand zwischen Gehäuse und Signalmasse.
Isolatorausführung
Dieses Design ist eine spezielle Bauform eines Beschleunigungsaufnehmers.
Ändert sich die Umgebungstemperatur eines Beschleunigungsaufnehmers
sprunghaft oder wird seine Basis mit einer Biegebeanspruchung belastet, so kann es dadurch
zu Messfehlern kommen. Dieser Effekt wird durch diese Bauform verringert.
Istdruck
Der Istdruck bezeichnet den zu einem bestimmten Zeitpunkt
an einem bestimmten Ort vorhandenen Druck.
-> Druck
-> Liniendruck
JFET
JFETs oder Junction-FETs sind einfach aufgebaute Unipolartransistoren in der Familie der Feldeffekttransistoren (FET)
und werden als Ladungsverstärker in IEPE - Messwertaufnehmern verwendet.
Sie haben ein besseres Rauschverhalten als MOSFETs können jedoch nicht bei so hohen Temperaturen eingesetzt werden.
-> FET (Field Effect Transistor)
-> MOSFET
Joule
Ein Joule ist die Energie, die benötigt wird, um über die Strecke von einem Meter
die Kraft von einem Newton aufzuwenden, bzw. für die Dauer einer Sekunde die
Leistung von einem Watt aufzubringen.
Justierung
Unter Justierung verstehlt man das Einstellen eines Messgerätes durch aktives Eingreifen in das Gerät,
um Abweichungen, die sich durch das Kalibrieren ergeben, zu minimieren.
Beim reinen Kalibrieren wird dagegen nicht aktiv in das Messgerät eingegriffen.
-> Kalibrierung
k-Wert
Der k-Wert gibt bei Dehnungsmessstreifen das Verhältnis
von relativer Widerstandsänderung zu relativer Längenänderung an.
So bedeutet zum Beispiel ein k-Wert von k=2, dass sich der Widerstand doppelt so stark ändert, wie die Länge.
k=(dR/R)/(dL/L)
Wobei dR/R die relative Widerstandsänderung und dL/L die relative Längenänderung ist.
Die relative Längenänderung wird häufig auch als Dehnung bezeichnet d=dL/L.
Kalibriernormal
Das Kalibriernormal stellt mit hoher Genauigkeit die Vergleichsgröße zur Verfügung, die zur
Kalibrierung von Messwertaufnehmern
oder Messgeräten im Allgemeinen benötigt wird.
Kalibrierung
Durch die Kalibrierung wird die Abweichung der Messwerte eines Sensors mit Referenzwerten eines genaueren Standards oder Kalibriernormals bestimmt. Dabei können Eigenschaften wie z.B.
Sensitivität, Nichtlinearität,
Hysterese, Wiederholbarkeit oder auch der
Temperaturkoeffizient ermittelt werden und in einem
Kalibrierschein dokumentiert werden.
Ist die Referenz ein vom Werk bestimmter Standard, spricht man von einer Werks-Kalibrierung.
Ist die Referenz ein von den Nationallabors gepürfter, nationaler Standard, dann spricht man von einer auf die
Nationallabors rückführbaren Kalibrierung. Der Vorteil hierbei ist die
internationale Vergleichbarkeit.
Ist das Labor von der Akkreditierungsstelle des Nationallabors (in Deutschland DKD) akkreditiert,
spricht man von einer DKD-Kalibrierung.
Die Nationallabors in Europa erkennen sich gegenseitig an, so dass ein DKD-Kalibrierschein auch in anderen
europäischen Ländern gültig ist und umgekehrt.
-> Eichen
-> Kalibrierung bei 50% vom Nennbereich
Kalibrierzertifikat
Das Kalibrierzertifikat (auch Kalibrierschein, Kalibrierzeugnis,
oder Kalibrierdatenblatt genannt) protokolliert die während der
Kalibrierung gemessenen Daten und die daraus resultierenden Eigenschaften des Sensors oder
Messgerätes wie beispielsweise die
Genauigkeit.
Darüberhinaus enthält es Angaben zum durchführenden Labor, die Bedingungen, unter denen die
Kalibrierung durchgeführt wurde, die eingesetzten Prüfmittel, ggfls. mit der
Rückführbarkeit auf das nationale Kalibriernormal, und, falls vorhanden, die
Akreditierung durch ein Nationallabor wie die DKD.
Kennlinie
-> Sensitivität
Kohärenzfunktion
Wird eine Struktur beispeilsweise durch einen Impulshammer angeregt,
geht die Übertragungsfunktion davon aus,
dass die gemessene übertragene Schwingung ausschließlich eine Antwort auf den Erregerimpuls ist.
Es wird also vorrausgesetzt, dass die aufgenommenen Erreger- und Antwortsignale kein Eigenrauschen haben,
die Anregung ausschließlich aus dem Errgerimpuls erzeugt wird und die Übertragung linear ist.
Unter reellen Bedingungen können aber stets Fremdsignale im Antwortsignal enthalten sein.
Die Kohärenzfunktion zwischen ein Erreger- und Antworsignal wird benutzt um festzustellen,
ob eine gemessene Schwingung ihre Quelle in dieser Errger hat, oder ob die Quelle eine andere ist.
Die Kohärenzfunktion wird auch zur Bestimmung des Rausch/Nutzsignal Verhältnisses benutzt.

Um erkennen zu können, welche Anteile der Spektren nicht auf den Erregerimpuls zurückzuführen sind,
ist es notwendig, die Messung mehrmals durchzuführen.
Die hierfür notwendige Funktion nennt man Kohärenzfunktion.
Sie ist definiert als der Anteil der Ausgangsleistung, der durch den Erregerimpuls verursacht wird:
Ausgangsleistung nur durch den Erregerimpuls
G = --------------------------------------------
Gesamtausgangsleistung
Sind keine Fremdanteile in den Spektren vorhanden, ist die Kohärenzfunktion 1.
Sind ausschließlich Fremdeanteile vorhanden ist sie 0.

kompensierter Temperaturbereich
Dieser Temperaturbereich muss eingehalten werden, damit ein Messwertaufnehmer
so arbeitet, wie im Datenblatt spezifiziert.
Zu Beachten ist, dass es innerhalb dieses Temperaturbereiches durch thermische Effekte
zu einer Nullpunktverschiebung und
Sensitivitätsdrift kommt.
Wird also beispielsweise die Nullpunktverschiebung im Datenblatt mit <2% v.B./50°C angegeben
und der kompensierte Temperaturbereich des Sensors ist -20°C bis +80°C, so beträgt die
maximale Nullpunktverschiebung in diesem Bereich (2% v.B./50°C)·100°C = 4% v.B. .
-> Betriebstemperaturbereich
-> Temperaturkoeffizient
-> Temperaturschock
Körperschall
Als Körperschall werden Schallwellen bezeichnet,
die sich in Flüssigkeiten ausbreiten und sich dort als Druckänderungen bemerkbar machen.
Kraft
Kraft ist definiert als das Produkt aus Masse und Beschleunigung.
F=m · a
Die Maßeinheit ist: Newton, N
Es gilt: 1N = 1 kg m s-2
Kraftaufnehmer
Ein Kraftaufnhemer ist ein Sensor zur Messung mechanischer Kräfte.
Kraftaufnehmer, DMS
Ein DMS-Kraftaufnehmer besteht aus einem
Federkörper, der sich bei Belastung dehnt.
DMS werden am Körper appliziert
und zu einer Wheatstoneschen - Brücke
geschaltet. In den beiden benachbarten Brückenzweigen befinden sich jeweils
längs- bzw. quergeklebte DMS.
Eine Verformung des Körpers führt zu einer Änderung der
Widerstände der DMS und damit zu einer Verstimmung der
Brücke.
Die dabei entstehende elektrische Spannungsänderung ist proportional zur
Kraft.
DMS-Kraftaufnehmer eignen sich sowohl für statische als
auch für dynamische Anwendungen.
Kraftaufnehmer, piezoelektrisch
Piezoelektrische Kraftaufnehmer bestehen im Wesentlichen aus
einem Quarz, auf den die zu messenden Kraft wirkt. Die so erzeugte Ladung ist
proportional zur angreifenden Kraft und kann mit einem
Ladungsverstärker weiterverarbeitet werden.
Piezoelektrische Kraftaufnehmer sind ideal
zum Messen hochdynamischer Kräfte, weniger zum Messen quasistatischer Kräfte
(als DMS-Kraftaufnehmer), und nicht zum
Messen statischer Kräfte geeignet.
Krafteinleitung
Es ist wichtig, bei der Krafteinleitung auf Kraftaufnehmer die Kräfte zentrisch
einzuleiten, ansonsten entstehen Drehmomente, die das Messergebniss verfälschen können.

Dieser Effekt wird zwar durch konstruktive Maßnahmen weitgehend minimiert, dennoch ist beim Betrieb von
Kraftaufnehmern auf zentrische Krafteinleitung zu achten.
-> Flachprofilaufnehmer
Kreuzkorrelationsfunktion
Die Kreuzkorrelationsfunktion K(x,y) zweier Funktionen x(t) und y(t) bestimmt den statistischen Zusammenhang der beiden Funktionen wenn eine gegen die andere um die Zeit t1 verschoben ist. Die Kreuzkorrelation erhält man durch die inverse FFT des Kreuzleistungsspektrums.
Nur Frequenzen, die beiden Signalen gemeinsam sind, machen sich in der Kreuzkorrelationsfunktion bemerkbar.
Sie wird eingesetzt um festzustellen, welche Effekte welchen Ursachen zuzuordnen sind.
-> Autokorrelationsfunktion
-> Autoleistungsdichte (Autoleistungsspektrum)
-> Erwartungswert
-> Verteilungsdichte
-> Verteilungsfunktion
Kreuzleistungsdichte (Kreuzleistungsspektrum)
Die Kreuzleistungsdichte wird eingesetzt um festzustellen, welche Effekte welchen Ursachen im Frequenzbereich zuzuordnen sind.
Sie ist analog der Autoleistungsdichte
, aber auf zwei
Funktionen x(t) und y(t) bezogen. Sie wird aus der Mittelung mehrerer Einzelversuche bestimmt.
Die Kreuzleistungsdichte komplex und beinhaltet die relative Phase zwischen den beiden Signalen x(t) und y(t).
Die Kreuzleistungsdichte kann durch die FFT der Kreuzkorrelationsfunktion ermittelt werden.
Kritische Dämpfung
Dieser Grenzfall (aperiodischer Grenzfall) einer
harmonischen Schwingung liegt vor,
wenn die Schwingungsamplituden asymptotisch gegen 0 gehen,
also wenn keine Schwingung auftritt;
Die Masse kehrt hierbei exponentiell in die Ruhelage zurück.
-> Resonanzfrequenz
Labornetzteil
Als Labornetzteil bezeichnet man eine Spannungsversorgung, die stabilisierte Ausgangsspannungen zur Verfügung
stellt. Häufig kann auch zwischen Konstantstrom- und Konstantspannungsmodus gewählt werden. Weiterhin lassen sich bei den meisten
Labornetzteilen auch Maximalwerte für Strom und Spannung einstellen.
Auf Grund der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten sollte ein Labornetzteil ebenso wie ein Multimeter
zur Grundausstattung eines Labores gehören.
Hochwertige Labornetzteile besitzen oft auch einen Sense-Eingang. Sense ist die englische Bezeichnung
für einen Fernfühler. Mit Hilfe dieses Eingangs können Spannungsverluste, die unter Umständen
durch lange Anschlusskabel verursacht werden, ausgeglichen werden. Dazu werden zwei weitere Kabel benötigt, die die tatsächlich am
Verbraucher anliegende Spannung zurück zum Sense-Eingang führen (6-Leiter-Schaltung).
Sollte es nun bedingt durch den Widerstand des Anschlusskabels zu einem Spannungsabfall am Verbraucher kommen,
wird dies am Labornetzteil registriert und die Ausgangsspannung entsprechend nachgeregelt.
-> Speisespannung
Ladungsausgang
Enthalten piezoelektrische Aufnehmer
keine interne Signalverarbeitung (IEPE-Schaltkreis), so stellen
sie lediglich einen hochohmigen Ladungsausgang zur Verfügung.
Dieser ist direkt mit dem Quarz verbunden
und es kann dort die erzeugte Ladung entnommen werden.
Ladungsbetrieb
Werden piezoelektrische Aufnehmer,
die einen Ladungsausgang besitzen, eingesetzt, so spricht
man vom Ladungsbetrieb.

Vergleich mit IEPE-Sensoren:
Vorteil: höherer verwendbarer Temperaturbereich des Sensors
Nachteil ohne externem Ladungsverstäker: Starke Fehleranfälligkeit bei Feuchte, Kabelbewegungen und Änderung der Leitungslängen
Nachteil mit externem Ladungsverstäker: umständliche Handhabung
-> IEPE-Schaltkreis
Ladungsverstärker
Ein Ladunsgverstärker erzeugt ein zur anliegenden Ladung
proportionales, niederohmiges Spannungssignal.

Er findet Verwendung beim Ladungsbetrieb
piezoelektrischer Aufnehmer.
-> IEPE-Schaltkreis
Lagertemperaturbereich
Wird ein Gerät bei Temperaturen innerhalb des Lagertemperaturbereichs gelagert,
so ändern sich die im Datenblatt spezifizierten Werte nicht.
Laserwegaufnehmer
Ein Laserwegsensor misst den Abstand durch das Prinzip der
optischen Triangulation oder durch das
Prinzip des Doppler-Effekts.
Lastwiderstand
Der Lastwiderstand ist der elektrische Widerstand,
des Gerätes, dass an einem Signalausgang angeschlossen ist.
-> Bürde
Leitfaden
In dem
"Leitfaden zu Anschluß und Montage von DMS-Aufnehmern"
hat die disynet GmbH Hinweise zur Montage und zum Betrieb von Sensoren
zusammengestellt.
Linearität, Nichtlinearität
Die maximale Abweichung zwischen einer idealen geraden Kennlinie
und der realen Kennlinie bezeichnet man als Nichtlinearität.

-> Kalibrierung bei 50% vom Nennbereich
-> Gesamtgenauigkeit
-> Hysterese
-> Wiederholbarkeit.
Linearisierung
Die Nichtlinearität einer nichtlinearen Sensorkennlinie kann durch Linearisierung nahezu eliminiert werden.
Dies kann beispielsweise durch eine stückweise lineare Interpolation erfolgen. Hierzu benutzt man Wertepaare einer
Mehr-Punkte-Kalibrierung. Der Kurvenverlauf zwischen den Wertepaaren wird
näherungsweise durch einen geraden Velauf beschrieben (blau gestrichelt in der unteren Abbildung).
Die Abweichung von der realen Kennlinie (rot), und somit die Nichtlinearität,
ist minimal im Vergleich zur oberen Abbildung.

Die Linearisierung erflolgt entweder über Software, eine externe Signalaufbereitung
oder durch eine direkt in das Gehäuse des Messwertaufnehmers integrierte Elektronik.
-> Kalibrierung
-> Kalibrierung bei 50% vom Nennbereich
-> Fehler
-> Hysterese
-> Wiederholbarkeit
-> thermisches Verhalten
-> thermische Nullpunktverschiebung
-> thermische Sensitivitätsdrift
-> Signalaufbereitung
Liniendruck
Liniendruck ist der Druck, der in einem geschlossenem System herrscht.
-> Druck
-> Druckstoß
-> Differenzdruck
-> Systemdruck
Lorentz-Kraft
Bewegt sich ein elektrisch geladenes Teilchen (q) durch ein Magnetfeld (B) so erfährt es eine
Kraft (FL) senkrecht zu Bewegungs- und Magnetfeldrichtung.
Das Vorzeichen der Ladung q bestimmt die Richtung der Ablenkung.
FL = q × v × B × sin(alpha)
wobei:
q = elektrische Ladung des Teilchens
v = Geschwindigkeit des Teilchens
B = magnetische Flussdichte
alpha = Winkel zwischen v und B
-> Hall-Effekt
Luftdämpfung
Sensoren, die mikromechanisch
gefertigt werden, haben ein sehr dünnes Luftpolster
zwischen den Siliziumschichten. Dieses Luftpolster verhindert, dass die Sensoren
resonieren und dient als mechanisches Filter.
Bei Sensoren, die nicht mikromechanish gefertigt werden, ist die Luftschicht nicht
dünn genug, um ein Luftpolster zu bilden. Man spricht zwar hier auch von
luftgedämpften Sensoren, die Dämpfung reicht aber nicht aus, um zu verhindern,
dass sie im Resonanzfrequenzbereich schwingen.
Luftgedämpfte Systeme haben viele Vorteile gegenüber
ölgedämpften Systemen:
- ein sehr gutes Phasenverhalten
- eine sehr geringe Abhängigkeit von der Temperatur
- keine Entlüftungsprobleme
-> mechanische Filter
LVDT, Linear Variable Displacement Transducer

Die LVDTs benutzen ein Wegmessverfahren auf induktiver
Basis. Die Primärwindungen werden mit einer konstanten
Wechselspannung
gespeist, die ein magnetisches Wechselfeld erzeugt und in den
Sekundärwindungen
- abhängig von der Lage des Kerns - ein Signal induziert.
-> weitere Wegaufnehmer
LVIT, Linear Variable Inductance Transducer

Die LVIT's bestehen aus zwei in Serie geschalteten Spulen, die mit
einer konstanten Wechselspannung Vs versorgt werden. Die
Impedanzen der beiden Spulen werden durch einen ferromagnetischen Kern
beeinflusst.
In der Nulllage des Kerns ist sein Einfluss auf beide Spulen gleich, so
dass am Mittelanschluss die halbe Versorgungsspannung anliegt.
Verschiebt sich der Kern, ist sein Einfluss nicht mehr symmetrisch, so
dass die nun am Mittelanschluss anliegende Spannung ein Maß für die
Position des Kerns ist.
Die LVIT's stellen also eine Wheatstonesche Halbbrücke dar. Daher
werden LVIT's auch als Half Bridge Transducer (HBT) bezeichnet.
-> weitere Wegaufnehmer
magnetoresistiver Effekt
Der elektrische Widerstand anisotroper Materialien verändert sich durch das Anlegen externer Magnetfelder.
Der Grund für diese Wiederstandsänderung liegt darin, dass die Streuwahrscheinlichkeit von Leitungselektronen zwischen
den Bändern von der Orientierung des Elektronen-Spins abhängt. Die Orientierung des Elektronen-Spins wiederum wird durch das
Anlegen von Magnetfeldern beinflusst.
Der Widerstand ist außer vom Magnetfeld auch von der Richtung des Stromflusses
zum Magnetfeld abhängig. Bleibt das Magnetfeld konstant, so ist der Widerstand bei paralleler Ausrichtung
des Stromflusses zum Magnetfeld einige Prozent größer als bei senkrechter Ausrichtung.
In dieser nichtlinearen Kennlinie gibt es aber einen schmalen Bereich um 45°, in dem die
Abhängigkeit zwischen Winkeländerung und Widerstand (bei konstantem Magnetfeld) annährend linear ist.
Um zu erreichen, dass der Strom in einem Winkel von 45° relativ zum Magnetfeld fließt, verwendet man die
sogenannte "Barberpol" Anordnung (benannt nach dem Innungszeichen der Barbiere).
Hierbei werden entlang eines magnetoresistiven Streifens (MRS) mehrere Querstreifen aus leitfähigem Metall um 45° zum
Messstreifen gedreht angebracht. Sie stellen näherungsweise Äquipontenziallinen dar und bewirken, dass der Strom auf
dem kürzesten Weg von Querstreifen zu Querstreifen, also um 45° gegenüber dem Messstreifen gedreht, fliesst.
Thermische Fehler werden durch die Anordung der MRS als minaturisierte Wheatstonsche Brückenschaltung verringert:
Die MRS liegen dabei sehr nahe beieinander auf einem Substrat mit hoher Wärmeleitfähigkeit, so dass es kaum Temperaturunterschiede
zwischen den Streifen gibt.
-> Neigungssensor, magnetoresistiver
Magnetostriktion
Magnetostriktion ist die Deformation ferromagnetischer Stoffe infolge eines angelegten magnetischen Feldes.
Magnetostriktive Wegaufnehmer
Magnetostriktive Sensoren sind berührungslose,
verschleißfreie Wegaufnehmer. Sie bestehen aus einem
ferromagnetischen Messelement (Wellenleiter), und einem Magnetring.

Ein Strompuls wird aus der Sensorelektronik durch den Wellenleiter geschickt.
Im Bereich des Positionsmagneten entsteht eine Torsionswelle
(Wiedemann-Effekt), die als
Körper-Ultraschallwelle zu den Enden des Wellenleiters läuft.
Am freien Ende wird die Ultraschallwelle durch einen Dämpfer absorbiert,
am anderen Ende durch einen Ultraschallempfänger detektiert (Villary-Effekt).
Die Laufzeitdifferenz zwischen dem Strompuls und
der Torsionswelle ist proportional zur Entfernung des Magnetrings vom Anfangspunkt
des Wellenleiters.
-> weitere Wegaufnehmer
Manometer
-> Druckmessgerät
Masseschleifen
Wenn Aufnehmergehäuse nicht erdfrei sind, können in einem Messsystem
Erdungspunkte auf unterschiedlichen elektrischen Potentialen liegen.
Dadurch kann es zum Entstehen von Störspannungen kommen.

-> Rauschen
Masse, seismische
Die seismische Masse ist die Masse, die auf Grund der wirkenden Beschleunigung
eine Kraft auf das Sensorelement in
Beschleunigungsaufnehmern ausübt.
Materialprüfung
Die Materialprüfung dient dazu, Schäden, wie zum Beispiel Risse, an Bauteilen festzustellen.
Dies kann zum einen geschehen, wenn das Bauteil nicht in Betrieb ist
(siehe z.Bsp. Strukturanalyse,
Modalanalyse, Impulshammer),
oder aber zum anderen auch
während des Betriebes (siehe z.Bsp. Lagerüberwachung).
-> Hüllkurven-Demodulation
-> Materialprüfung
-> Modalanalyse
-> Strukturanalyse
mechanische Filter
Mit analogen Filtern kann man Aliasingeffekte
verhindern, mit digitalen Filtern störende Frequenzen herausfiltern.
Wenn mechanische Strukturen im Resonanzbereich stark zu schwingen anfangen,
kann man dieses Verhalten zwar mit digitalen Filtern untersuchen, jedoch nicht
verhindern.
Insbesondere Feder-Masse-Systeme wie
Beschleunigungsaufnehmer können im
Resonanzbereich zestört werden.
Um dies zu verhindern, ist es notwendig, diese Systeme mechanich zu filtern. Dies kann mann dadurch
erreichen, dass man das Medium, in dem sie Schwingen, mit einer zähflüssigen Flüssigkeit
wie Silikonöl füllt (Öldämpfung).
Bei mikromechanisch gefertigten Systemen wird die Dämpfung durch
ein dünnes Luftpolster erreicht (Luftdämpfung).
-> Beschleunigungsaufnehmer, MEMS
Medientemperatur
Als Medientemperatur wird die Temperatur des Mediums
mit dem ein Messwertaufnehmer in Kontakt steht bezeichnet.
Die Medientemperatur darf nicht außerhalb des zulässigen Arbeitstemperaturbereiches
(Betriebstemperatur) des Messwertaufnehmers liegen.
MEMS
Abkürzung für Micro Electrical Mechanical Systems (auf Deutsch Mikrosystemtechnik, Abk.: MST).
MEMS sind elektrische und mechanische Systeme im Mikrometerbereich. Sie stellen eine Verschmelzung der
Mikroelektronik und Mikromechanik dar.
-> Beschleunigungsaufnehmer, MEMS
-> Beschleunigungsaufnehmer, MEMS-Servo
Messbereich
In diesem Bereich müssen die zu messenden physikalischen Größen
liegen, die ein Messwertaufnehmer
in elektrische Signale wandeln soll.
Messbereiche können bipolar (z.B. ± 100N) oder
unipolar (z.B. 0 bis 100bar) sein.
Messtaster

Messtaster sind induktive Wegaufnehmer,
die für besonders kleine Messwege geeingnet sind. Sie bieten eine
Genauigkeit
von einigen Mikrometern und werden auch eingesetzt, um Oberflächen
abzutasten.
Inkrementale Messtaster bieten eine bessere Linearität als
induktive Messtaster.
Induktive Messtaster bieten eine bessere Wiederholgenauigkeit als
inkrementale Messtaster.
Induktive Messtaster werden eher für Vergleichsmessungen
eingesetzt,
während inkrementale Messtaster für Messungen eingesetzt
werden, die eine hohe
Messgenauigkeit
auf dem gesamten Messweg erforden.
-> LVDT, Linear Variable Differential Transformer
-> LVIT, Linear Variable Inductance Transducer
-> weitere Wegaufnehmer
Messwertaufnehmer
Einen Sensor mit integrierter Mikroelektronik
zur Signalaufbereitung bezeichnet man als Messwertaufnehmer.
-> Beschleunigungsaufnehmer
-> Drehmomentaufnehmer
-> Druckaufnehmer
-> Kraftaufnehmer
-> Wegaufnehmer
Messwertübertragung
Zur Übertragung eines Messwertes vom Messwertaufnehmer
zu den Geräten der Signalverarbeitung stehen verschienden Möglichkeiten
zur Verfügung.
Typischerweise werden Messwerte in folgender Form übertragen:
- analog als Spannungs- oder Stromsignal (z.Bsp. 0-10V, 4-20mA)
- digital nach entsprechender A/D-Wandlung
(z.Bsp. per RS-232-Schnittstelle)
- inkremental codiert als Folge von Rechteckimpulsen
(z.Bsp. bei Seilzugwegaufnehmern)
MicrofusedTM
Microfusing ist ein Verfahren um mikromechanisch gefertigte Dehnungsmessstreifen auf Metalloberflächen mit einer hocherhitzten (550 °C) Glasmasse zu binden (Glas-Bonden oder Löten mit Glaslot). Ein vollautomatisiertes und hocheffizientes Produktionsverfahren ermöglicht das Applizieren von DMS auf Oberflächen zu einem bisher nicht für möglich gehaltenen, niedrigen Preis. Erste kommerzielle Anwendungen waren Haushalts-Personenwaagen in den frühen 90-er Jahren. Das Verfahren wurde 2005 von Measurement Specialties Inc. für Kraft- und Drucksensoren optimiert.
Mikroelektronik
Unter Mikroelektronik versteht man miniaturisierte Elektronikbauteile
(meistens Widerstände, Kondensatoren und Transistoren), die auf einem Substrat aufgebracht werden
(-> IC). In Messwertaufnehmern werden
mikorelektronische Schaltkreise beispielsweise zur Signalaufbereitung,
zur Temperaturkompensierung und zur Linearisierung integriert.
Durch die Miniaturisierung ist es sogar möglich, signalaufbereitende Elektronik in
Miniaturaufnehmer zu integrieren.
->IEPE-Schaltkreis
-> Hybrid-Verstärker
Mikromechanik
Durch gezieltes Ätzen von mehreren Schichten Silizium und anschliesendem Zusammenkleben
dieser Schichten ist es möglich, 3-Dimensionale mechanische Strukturen zu erzeugen.
Durch die Kombination dieser mechanischen Strukturen mit in diesen Strukturen
durch Dotieren erzeugten elektronischen Bauelementen
(MEMS, MST) lassen sich Sensoren
(z.B. MEMS-Beschleunigungsaufnehmer) oder auch komplexe
Geräte wie Motoren herstellen.
Miniaturaufnehmer
Miniaturaufnehmer sind Messwertaufnehmer
mit möglichst geringem Gesamtgewicht und geringen Abmessungen.
(z.B. bei Druckaufnehmern eine Messmembran von 3mm Ø)
Mittelrauhwert, Rauhtiefe (Ra)
Der Mittelrauhwert ist das arithmetische Mittel der
Profilabweichungen
von der mittleren Linie innerhalb einer Messstrecke.
Als Rauhtiefe wird die Höhendifferenz zwischen dem tiefsten
und höchstem Punkt dieser Linie bezeichnet.
Mittenfrequenz
Die Mittenfrequenz f0 eines Filters
ist das geometrische Mittel zwischen der unteren
Grenzfrequenz f1
und der oberen f2.
Modalanalyse
Die Modalanalyse ermittelt die dynamischen Eigenschaften einer Struktur unter Vibration.
Sie findet meist im Rahmen einer umfassenden Schwingungsanalyse statt.
Der Name "Modal"analyse kommt von der verwendeten Methode, die schwingende Gesamtstruktur auf eine endliche Anzahl einzelner "Schwingungsmoden", also Schwingungsarten und -formen (siehe folgendes Beispiel) zu reduzieren. Diese wiederum lassen sich mit im allgemeinen gekoppelten 1-Massen-Schwingern simulieren, die jeweils mit einer spezifischen Frequenz (Eigenfrequenz) schwingen.
Beispiel: Ein Stab, der an zwei Enden befestigt ist, kann als:

1/2 Sinuswelle schwingen -->: 1. Mode
Das kann mit einem 1-Massen-Schwinger simuliert werden.
oder als ganze Sinuswelle (ohne Bild) -->: 2. Mode
Zur Simulation eine solchen Systems braucht man mindestens zwei gekoppelte 1-Massen-Schwinger.

oder 2 ganze Sinuswellen -->: 4. Mode, etc.
Zur Simulation dieses Systems braucht man mindestens vier gekoppelte 1-Massen-Schwinger.
Bei der Modalanalyse werden die modalen Größen, die die mechanische Struktur charakterisieren (Eigenmoden), untersucht.
Diese charakteristischen Werte nennt man auch Eigenwerte.
Die Modalanalyse ist also einer Eigenwertanalyse ähnlich, wobei die Resonanzfrequenzen und Dämpfung durch
Systempole und die Form der Moden durch
Eigenvektoren wiedergegeben werden.
Die Modalanalyse unterscheidet sich von der reinen
Betriebsschwingformanalyse in der nur die Antwortsignale während des Betriebs analysiert werden und die meistens vor einer Modalanalyse erfolgt.
Es gibt verschiedene Arten der Modalanalyse:
analytische Modalanalyse (AMA, Analytic Modal Analysis)
Hier wird die Analyse nicht experimentell, sondern rein mathematisch durch das Lösen von Differentialgleichungen mit entsprechenden Randbedingungen mit der Finite Elemente Methode (FEM) durchgeführt.
Dabei wird beispielsweise die Verformung eines Autos numerisch berechnet, in dem das Objekt in endliche (finite) Elemente unterteilt wird,
die endlich (finit) klein sind.
Die Anzahl der verwendeten Elemente hängt von der Anwendung ab. Die vorhandene Rechenleistung begrenzt diese Zahl nach oben. Hier ein Bild eines virtuell gecrashten FEM-Modells eines Autos:
experimentelle Modalanalyse (EMA, Experimental Modal Analysis)
Hier wird die Modalanalyse experimentell durchgeführt: die Struktur wird durch bekannte Größen (Kräfte) angeregt
und die Übertragungsfunktion ermittelt und analysiert (siehe auch FFT-Analyse).
Sie wird durchgeführt mit
oder
Modalanalyse aus Betriebsdaten (OMA, Operational Modal Analysis)
Im Unterschied zur EMA sind hier die Eingangsgrößen nicht bekannt.
Die Anregung - beispielsweise durch Klopfen mit der Faust oder beim PKW mit Motor im Leerlauf statt mit einem Impulshammer - reicht aus,
da das Signal des Hammers als Eingangsgröße nicht benötigt wird.
Hier wird nur die Antwortfunktion analysiert, beispielsweise mit einem Cross-Over Spektrum.
Das Anregungssignal sollte breitbandig sein, idealerweise stochastisches, weißes Rauschen.
Stabilisierungsdiagramm
Im Stabilisierungsdiagramm werden die Übertragungsfunktion (Y-Achse links, schwarze Kurve) und die nötigen 1-Massen-Schwinger (Y-Achse rechts, Buchstaben) dargestellt.
Diese 1-Massen-Schwinger spiegeln die bei der Analyse verschiedener Ordnungen gefundenen möglichen Pole wieder. Je höher die Ordnung und damit je mehr Freiheitsgrade es gibt, desto mehr Pole sind mathematisch möglich und tauchen auf. Sie müssen in einem weiteren Schritt selektiert werden.
Hierbei ist es wichtig physikalische (echte) Pole von mathematischen/unechten Pole zu separieren.
Die Pole, die jeweils innerhalb bestimmter Grenzen der Frequenz, Dämpfung und
Eigenvektoren liegen werden mit entsprechenden Buchstaben abgebildet:
Modal Assurance Critereon (MAC-Matrix)
Die MAC-Matrix wird benutzt um zu bestimmen, ob Moden voneinander klar separierbar und stabil sind.
Hierbei werden die Schwingformen zweier Moden-Sätze verglichen und der Grad der Übereinstimmung in einer Matrix dargestellt.
|
Moden (1.) (2.) (3.) (4.) (5.) (6.)
(1.) 100% 2% 0% 0% 1% 0%
(2.) 2% 100% 0% 1% 0% 0%
(3.) 0% 0% 100% 1% 1% 0%
(4.) 0% 1% 1% 100% 1% 3%
(5.) 1% 0% 1% 1% 100% 41%
(6.) 0% 0% 0% 3% 41% 100%
|
modale Größen
Als modale Größen werden
Dämpfung, Eigenfrequenz,
Eigenschwingform, Eigenschwingung,
Resonanzfrequenz bezeichnet.
-> Strukturanalyse
-> Modalanalyse
MOSFET
Abkürzung: für Metall-Oxyd-Semiconductor-Feldeffekttransistor
MOSFETS gehören zu den unipolaren Transistoren. Sie benötigen keinen Strom zur Ansteuerung, sondern lediglich eine Spannung. Der Gate-Eingang der MOSFETs ist hochohmig. Auf Grund dieser Eigenschaft werden MOSFETs als Ladungsverstärker
in IEPE - Messwertaufnehmern verwendet.
Im Vergleich zu JFETs können MOSFETs bei höheren Temperaturen eigesetzt werden, sind aber nicht ganz so rauscharm.
-> FET (Field Effect Transistor)
-> JFET
MST
Abkürzung für: Mikrosystemtechnik
-> MEMS
Multikomponentenkraftmessung
Bei der Multikomponentenkraftmessung wird lediglich ein Sensor zur
Messung von Kraftkomponenten in allen drei Raumrichtungen benötigt.
-> Triaxialaufnehmer
Multimeter
Ein Multimeter ist ein Messgerät zur Messung von elektr. Spannung, elektr. Strom und elektr. Widerstand.

Dabei kann durch einen Umschalter die zu messende Größe und der Messbereich festgelegt werden.
Die Anzeige des Messwertes erfolgt bei analogen Multimetern durch ein Drehspulinstrument, bei digitalen
Multimetern mit Hilfe eines LCD- oder LED-Displays.
Einige Arten von Digitalmultimetern besitzen zusätzlich eine RS-232-Schnittstelle.
So kann der Messwert einfach in einen PC übernommen werden. Dies geschieht im Allgemeinen aber mit einer Abtastrate von wenigen Hz, so dass
sie keinen wirklichen Ersatz für Datenerfassungskarten oder
Datenlogger darstellen.
Prinzipiell ist ein Multimeter nicht zur Messung von zeitlich schnell veränderlichen Größen geeignet.
So lassen sich Rauschen oder kurzzeitige Spannungs- oder Stromspitzen (Peaks) im Allgemeinen mit einem Multimeter nicht detektieren.
Auf Grund der einfachen Bedienbarkeit und der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten sollte ein Multimeter zusammen mit einem
Labornetzteil zu einer Laborgrundausstattung gehören.
Insbesondere zur Fehlersuche bei (DMS - ) Sensoren werden Multimeter benötigt,
da dazu Widerstands- und Spannungsmessungen durchgeführt werden müssen.
Neigungssensor, elektrolytischer
Elektrolytische Neigungssensoren (Inklinometer) basiern auf der Bewegung einer Gasblase in einer mit elektrisch leitfähiger Flüssigkeit
gefüllten Glashülle. Die Glashülle ist hermetisch dicht und mit Platin-Elektroden bestückt.
Unten in der Glashülle befindet sich mittig eine Kollektor-Elektrode; oben symmetrisch dazu zwei Emitter-Elektroden.
Eine Neigung des Sensors bewirkt eine Bewegung der Gasblase, so dass unterschiedliche Mengen an Flüssigkeit zwichen
den Emitter-Elektroden und der Kollektor-Elektrode liegen. Die dadurch verursachte Änderung der Impedanz
ist proportional zur Neigung. Der Messbereich hängt von der Länge der Emitter-Elektroden und
dem Krümmungsradius der Glashülle ab.
Ein weiterer Aufbau eines elektrolytischen Neigungssensors ist in der folgenden Abbildung dargestellt:
Neigungssensor, kapazitiver
Kapazitive Neigungssensoren (Inklinometer) funktionieren prinzipiell wie
kapazitive Beschleunigungsaufnehmer.
Eine freibeweglich gelagerte Masse richtet sich stets senkrecht zur Schwerkraft aus. Diese Masse befindet sich zwischen
zwei Kondensatorplatten, so dass sich bei Bewegung der Masse die Kapazität des Kondensators ändert.
Somit ist die Kapazität des Kondensators ein Maß für die Ausrichtung des Kondensators relativ zur Schwerkraft.
Neigungssensor, magnetoresistiver
Magnetoresitive Neigungssensoren (Inklinometer) nutzen den Effekt aus,
dass sich der Widerstand eines Leiters in Abhängigkeit eines Magnetfeldes
ändert (magnetoresistiver Effekt).
Dazu werden zwei Magnete frei beweglich in der Nähe zweier magnotoresistiven Elemente,
die einen Spannungsteiler bilden, angebracht.
Neigt man dieses System nun, ändert sich die Lage der Magnete relativ zu den Elementen.
Bei 0° sind die Magnete genau in der Mitte der beiden magnetoresistiven Elemente.
In diesem Fall sind die Widerstände der Elemente gleich (MR1 = MR2), so dass Uaus = 50% von Uein ist.
Bei einer Bewegung in eine Richtung ändert sich der Widerstand der Elemete und erzeugt damit eine lineare
Veränderung des Ausgangssignals proportional zur Neigung.
NEMA-Klassifikation
Die NEMA-Klassifikation definiert Schutzarten ähnlich den IP-Schutzarten.
Umwandlung von NEMA-Klassifikationen in IP-Schutzarten:
(Allerdings sind die Prüfbedingungen und Anforderungen nicht exakt miteinander vergleichbar.)
| NEMA |
Verwendung |
Bedingung |
IP-Schutzart |
| 1 |
In Innenräumen |
Schutz gegen begrenzte Menge Schmutz |
IP20 |
| 2 |
In Innenräumen |
Schutz gegen Eindringen von Tropfwasser und Schmutz |
nicht definiert |
| 3 |
Im Freien |
Schutz gegen Staub, Regen |
IP64 |
| 3R |
Im Freien |
Schutz gegen fallenden Regen |
IP22 |
| 3S |
Im Freien |
Schutz gegen Staub, Regen, Hagel |
IP64 |
| 4 |
In Innenräumen oder im Freien |
Schutz gegen Spritzwasser, Staub, Regen |
IP66 |
| 4x |
In Innenräumen oder im Freien |
Schutz gegen Spritzwasser, Staub, Regen; korrosionsgeschützt |
IP66 |
| 6 |
In Innenräumen oder im Freien |
Schutz gegen Staub, Wasserstrahl und Wasser während vorübergehenden Untertauchens |
IP67 |
| 6P |
In Innenräumen oder im Freien |
Schutz gegen Wasser während längeren Untertauchens, korrosionsgeschützt |
nicht definiert |
| 11 |
In Innenräumen |
Schutz gegen Tropfwasser, korrosionsgeschützt |
nicht definiert |
| 12,12K |
In Innenräumen |
Schutz gegen Staub, Tropfwasser |
IP55 |
| 13 |
In Innenräumen |
Schutz gegen Staub, Spritzwasser, Öl und nichtkorrodierende Flüssigkeiten |
IP65 |
Nenndruck
Der Nenndruck ist der Druck, für den Geräte
oder Anlagen unter definierten Bedingungen zur
Erzielung der Funktionsfähigkeit ausgelegt sind.
-> Druck
-> Solldruck
Nichtlinearität
-> Linearität
Niederfrequenzverhalten
Piezoelektrische Aufnehmer
besitzen nicht über den gesamten Frequenzbereich die gleiche
Empfindlichkeit, sondern bei niedrigen Frequenzen
eine deutlich geringere.
NIST
Abkürzung für: National Institute of Standards and Technology
(in den USA; ehemals NBS, National Bureau of Standards)
Normdruck
Normdruck=1013 mbar absolut
(1 physikalische Atmosphäre= 1 bar = 1000 mbar = 1 hPa)
-> Druck
normierte Empfindlichkeit
-> normierte Sensitivität
normierte Sensitivität
Um die Ausgangssignale von Messwertaufnehmern auf DMS-Basis
direkt analog miteinander verarbeiten zu können, müssen diese die gleiche Empfindlichkeit besitzen.
Daher bieten Hersteller Messwertaufnehmer mit sogenanntem normierten Ausgang an, deren
Empfindlichkeit stets innnerhalb eines spezifierten Wertebereiches liegt. Dadurch ist auch gewährleistet,
dass defekte Sensoren einfach ersetzt werden können, ohne das eine Neukalibrierung des gesamten Messaufbaus notwendig wird.
normierter Ausgang
-> normierte Sensitivität
NVH
NVH ist die Abkürzung für 'Noise, Vibration and Harshness' also Geräusche, Vibrationen und Rauhigkeit.
Hierbei werden Ursachen von Laufruhestörungen untersucht, vom hörbaren (Geräusche) bis zum fühlbaren Bereich (Vibrationen). Der Übergang vom hörbaren zum fühlbaren Bereich wird als 'Rauhigkeit' bezeichnet. Hierbei wird am Prüfling versucht Schwingungsquellen und die mechanischen Strukturen die diese Schwingungen anregen zu lokalisieren. Ziel ist es, durch geeignete Veränderungen diese Störungen zu minimieren.
Nyquist-Shannon Theorem
Die Abtastfrequenz muss mindestens doppelt so hoch sein wie die höchste
im Signal vorhandene Frequenz, um Signalverfälschungen zu vermeiden (wurde unabhängig von Herrn Kotelnikow entdeckt).
-> Abtastrate
-> A/D-Wandlung
-> Aliasingeffekt
Offset
Das Ausgangssignal eines Sensors ist im unbelasteten
Zustand im Allgemeinen ungleich Null. Dieser Versatz wird als Offset bezeichnet.
Ein Offset kann auch durch eine Vorlast, durch Temperaturänderungen oder wegen interner Elektronik entstehen.
Bei DMS-Widerstandsbrücken sind die eingesetzten Widerstände nicht exakt gleich, was zu einem systembedingten kleinen (aber konstanten) Offset führt.
Sensoren, die einen solchen Offset haben sind nicht minderwertig, auch wenn sie neu sind!
Offsetabgleich
-> Tarieren
-> Sensitivität
Ohmmeter
Ein Ohmmeter ist ein Messgerät zur Messung des elektrischen Widerstands.
Neben dem analogen Ohmmeter, das ein Drehspulinstrument zur Anzeige benutzt, gibt es auch digitale Ohmmeter, die eine
LED- oder LCD-Anzeige benutzen.
Eine besondere Bauart des Ohmmeters ist der sogenannte Durchgangsprüfer. Mit ihm lässt sich der elektrische Widerstand nicht
genau messen, er zeigt lediglich durch ein akustisches Signal an, ob eine elektrische Verbindung besteht.
-> Multimeter
Öldämpfung
Ölgedämpfte Systeme haben den Vorteil, dass sie eine starke Dämpfung erreichen können,
auch wenn die Abmessungen größer sind als bei mikromechanisch
gefertigten Systemen.
Die Nachteile sind:
- das nicht so gute Phasenverhalten
- die Temperatur beinflusst die Viskosität und somit die Dämpfung
- die Möglichkeit der Blasenbildung, falls das Medium nicht sauber entlüftet wird
-> Beschleunigungsaufnehmer, piezoresistiv
-> mechanische Filter
-> Luftdämpfung
Oszilloskop
Ein Oszilloskop stellt den zeitlichen Verlauf von (schnellen) Spannungsänderungen graphisch dar.

Man unterscheidet zwischen dem Analogszilloskop und der Weiterentwicklung
dem Digitaloszilloskop.
Die Vorteile beider Bauarten vereint das kombinierte Analog-Digital-Oszilloskop bzw.
das PC-gestützte Oszilloskop.
Oszilloskop, analog

Analogoszilloskope setzen Braunsche Röhren zur Darstellung des Signalverlaufs ein.
Dort werden an einer Kathode Elektronen erzeugt, die durch das elektrische Feld
zwischen Kathode und Anode zur Anode hin beschleunigt werden.
Mit Hilfe der nachfolgenden Elektronenlinse wird der Elektronenstrahl auf den Leuchtschirm fokussiert.
Als letztes durchläuft der Elektronenstrahl ein elektrisches Feld, das durch vier Ablenkplatten generiert wird.
Am vertikalen Plattenpaar liegt dabei eine zur Eingangsspannung proportionale Spannung und am horizontalen Plattenpaar eine zur
Zeit proportionale Spannung an. Dadurch werden die Elektronen in Y-Richtung proprotional zur Eingangsspannung und
in X-Richtung proportional zur Zeit abgelenkt.
Ein sogenannter Trigger sorgt dafür, dass die X-Position zu definierten Zeitpunkten in Abhängigkeit des Eingangssignals
zurückgesetzt wird. Dadurch lassen sich auch schnelle periodische Spannungsänderungen quasi als "Standbild" darstellen.
Analogoszilloskope besitzen den Nachteil, dass die dargestellten Signalverläufe nicht gespeichert werden können.
Dies kann z.Bsp. für eine tiefergehende Analyse des Signalsverlaufs sinnvoll sein und ist nur mit
Digitaloszilloskopen möglich.
Der Vorteil von Analogoszilloskopen ist jedoch, dass sie den Signalverlauf im Wesentlichen unverfälscht wiedergeben, solange
die Bandbreite des Oszilloskops höher ist, als die des zu messenden Signals.
Im Gegensatz zu Digitaloszilloskopen kann es hierbei nicht zu Informationsverlusten durch
die A/D-Wandlung kommen.
Falsche Ergebnisse durch Bit-Rauschen und
Aliasingeffekte, die sehr oft und meistens unbemerkt auftreten, sind somit ausgeschlossen.
Daher sollten Analogoszilloskope nach wie vor die erste Wahl zur Funktionsüberprüfung von Sensoren sein.
Oszilloskop-Simulator
Für Lehrzwecke wurde an der Technischen Universität Berlin im Rahmen einer Magisterarbeit ein
virtuelles Oszilloskop erstellt.
-> Oszilloskop
-> Oszilloskop, analog
-> Oszilloskop, analog-digital
-> Oszilloskop, digital
-> Oszilloskop, PC-gestützt
Oszilloskop, digital
Bei Digitaloszilloskopen werden die Analogsignale mittels A/D-Wandler digitalisiert.
Typischerweise wird hierzu ein 8-Bit Wandler verwendet, seltener kommem 12- oder 16-Bit Wandler zum Einsatz.
Dadurch, dass der Signalverlauf in digitaler Form vorliegt, ist es beispielsweise möglich, eine Momentaufnahme des
Signalverlaufs beliebig lange darzustellen, auch wenn das eigentliche Signal nicht mehr anliegt.
Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit des sogenannten "Pre-Triggers". Dieser ermöglicht es, auch den Teil des Signalverlaufs
darzustellen, der zeitlich vor dem Trigger-Ereignis lag.
Der wesentliche Nachteil von Digitaloszilloskopen gegenüber
Analogoszilloskopen ist der entstehende Informationsverlust
(Auflösung) und schlimmstensfalls die auftretende
Signalverfälschung (Aliasingeffekt).
Beide Effekte haben Ihre Ursache in der A/D-Wandlung.
Es ist daher sinnvoll, Digitaloszilloskope mit einer hohen
Auflösung und hoher Abtastrate einzusetzen.
Oszilloskop, analog-digital
Kombinierte Analog-Digital-Oszilloskope bieten einen sinnvollen Kompromiss
zwischen Analog- und Digitaloszilloskop,
indem sie die Vorteile beider Systeme in einem Gerät vereinen.
Je nach Messaufgabe kann dann zwischen Analog- und Digitalmodus gewählt werden.
Oszilloskop, PC-gestützt
Rechnergestützte Datenerfassungsgeräte sind eine preisgünstige Alternative
zu hochwertigen Digitaloszilloskopen.
Zusammen mit einer Datenerfassungssoftware bieten sie deutlich mehr Flexibilität und
erweiterte Analysefunktionen. Diese übertreffen in Vielfalt und
Qualität teilweise deutlich die Funktionen hochwertiger Digitaloszilloskope.
Da PC-gestützte Oszilloskope, ähnlich wie Digitaloszilloskope, einen
A/D-Wandler besitzen, können bei unsachgemäßer Handhabung Fehler durch
zu geringe Auflösung und Aliasingeffekte entstehen.
Pascal
Das Pascal ist eine Einheit des Drucks.
Peltiereffekt
Der Peltiereffekt ist einer der drei thermoelektrischen Effekte.
Schaltet man zwei Metalle in der Art
Metall A --- Metall B --- Metall A
in Reihe, und lässt durch sie einen Strom fließen,
so kühlt sich die eine Kontaktstelle (z.B. A-B) ab und die andere (z.B. B-A) erwärmt sich.
Dieser Effekt wird in Peltierelementen durch den Einsatz von Halbleitermaterialien verstärkt,
so dass sich diese zum Kühlen von Bauteilen eignen. Zu beachten ist, dass ein Peltierelement
praktisch wie eine Wärmepumpe funktioniert und deshalb eine kalte und eine heiße Seite besitzt.
piezoelektrischer Effekt, direkter
Übt man auf einen Quarz (SiO2-Kristall) eine Kraft aus,
so verschieben sich die in ihm enthaltenen Ladungsträger
und zwischen zwei gegenüberliegenden Seiten des Quarzes
bildet sich eine elektrische Spannung aus.
Abhängig von der Art des Quarzes wird zwischem
transversalen und longitudinalen piezoelektrischen Effekt unterschieden.

Der piezoelektrischer Effekt wurde von den Brüdern Jacques und Pierre Curie1880 entdeckt.
-> Beschleunigungsaufnehmer, piezoelektrisch
Piezoelektrischer Effekt, inverser
Beim inversen piezoelektrischen Effekt verformt sich der Quarz wenn eine elektrische Spannung am Quarz angelegt wird.
Der inverser piezoelektrischer Effekt kann für verschiedene Aktoren benutzt werden.
Beispielsweise nutzen Piezopositionierer die sehr kleine Verformung um Gegenstände präzise zu positionieren,
Piezolautsprecher erzeugen hochfrequente Schallwellen, wenn man entsprechend hochfrequente Wechselspannungen anlegt.
-> Elektrostriktion
-> Beschleunigungsaufnehmer, piezoelektrisch
Piezokeramik
Piezokeramik ist ein Material, das den
piezoelektrischen Effekt
aufweisst.
Zusätzlich generieren Piezokeramiken häufig auch Ladungen, wenn
sich die Umgebungstemperatur ändert.
-> Beschleunigungsaufnehmer, piezoelektrisch
piezoresistiver Effekt
Der piezoresistive Effekt beschreibt die Änderung des spezifischen elektrischen Widerstandes eines Materials durch Dehnung.
Die Widerstandsänderung resultiert dabei im Prinzip aus der Abstands- bzw. Positionsänderung der Atome des Materials.
Der piezoresistive Effekt kommt unter anderem bei Dehnungsmessstreifen (DMS) zum tragen.
-> Widerstand, elektrischer
Polarisation
Die Polarisation gibt an, wie sich der Wellenvektor einer Welle
(z.Bsp. einer Lichtwelle) relativ zum Feldvektor verhält.
- lineare Polarisation: Der Feldvektor zeigt stets in die selbe Richtung
(bzw. exakt in die Gegenrichtung) und ändert seinen Betrag periodisch mit einer festen Amplitude.
zirkulare Polarisation: Der Feldvektor dreht sich mit konstanter Winkelgeschwindigkeit
um den Wellenvektor und ändert seinen Betrag nicht.
elliptische Polarisation: Der Feldvektor dreht sich mit konstanter Winkelgeschwindigkeit
um den Wellenvektor und ändert seinen Betrag periodisch.
potentiometrische Wegaufnehmer
(resistive Wegaufnehmer)
- lineare Wegaufnehmer

Ein linearer Wegaufnehmer besteht aus einem langen Widerstandselement
aus leitfähigem Kunststoff und einem Schleifer.
Der Schleifer bewegt sich entlang des Widerstandelements und greift
einen
variablen Teil des Widerstandes ab. Das Potentiometer muss als Spannungsteiler und nicht als Rheostat beschaltet werden.
- Seilzugwegaufnehmer
Ein Seilzugwegaufnehmer besteht aus einem Seil, das auf eine gefederte
Spule
gewickelt ist. Die Spule ist an der Achse eines Dreh-Potentiometers
montiert.
Wird am Seil gezogen, so dreht sich die Spule und die
Potentiometer-Achse.
Auch hier ist die abgegriffene Spannung proportional zum Weg. Es gibt
außerdem auch Seilzugwegaufnehmer, die neben dem Wegsignal auch ein zur
Geschwindigkeit proportionales Signal zur Verfügung stellen.
-> weitere Wegaufnehmer
proportionaler
Übertragungsfaktor
-> Übertragungsbereich
Proportionalitätsgrenze
Bis zur Proportionalitätsgrenze steigt die Dehnung linear mit der
Kraft.
Sie liegt unterhalb der Elastizitätsgrenze (Re).
-> Dehngrenze
-> Streckgrenze
-> Hookesches Gesetz
Prüfdruck
Der Prüfdruck ist der Druck, mit dem ein
Druckaufnehmer zur Ermittlung bzw. Überprüfung des
Berstdrucks belastet wird.
-> Druck
-> Überlastbarkeit
-> Überlastbarkeit ohne Zerstörung
-> Überlast-Erholzeit
-> Überlastung
PSI
Abkürzung für: Pounds per Square Inch
PSI ist die englische Einheit des Drucks.
1 PSI = 0,068046 bar
PTB - Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt
Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), ist das nationale Metrologie-Institut mit wissenschaftlich-technischen
Dienstleistungsaufgaben.
-> Homepage des PTB
-> Homepage der DKD
-> Kalibrierung
-> Gesamtgenauigkeit
-> Nichtlinearität
-> Kalibrierung bei 50% vom Nennbereich
-> Wiederholbarkeit
-> Hysterese
-> thermisches Verhalten
-> thermische Nullpunktverschiebung
-> thermische Sensitivitätsdrift
Quanten-Hall-Effekt
Bei starken Magnetfeldern und Temperaturen um einige Kelvin nimmt die Hall-Spannung nicht
kontinuierlich mit dem fließenden Strom zu.
Bildet man die Größe UH/I (UH: Hall-Spannung, I: Strom), so findet man, dass diese Größe
diskret zu nimmt und zwar mit ganzzahligen Bruchteilen der von-Klitzing-Konstante.
von-Klitzing-Konstante: RK=h/e2
mit h: Plank-Konstante, e: Elementarladung
-> elektrischer Widerstands Standard
Quantisierungsfehler
Dadurch, dass ein A/D-Wandler eine endliche Auflösung besitzt,
können analoge Signale nicht beliebig genau digital dargestellt werden.
Die Differenz zwischen tatsächlichem analogen Wert und digitalisiertem Wert
wird als Quantisierungsfehler bezeichnet.
Quarz
Auf Grund des piezoelektrischen Effekts
erzeugt ein Quarz bei Dehnung oder Stauchung
eine zur angreifenden Kraft proportionale elektrische Spannung.
-> Beschleunigungsaufnehmer, piezoelektrisch
-> Druckaufnehmer, piezoelektrische
-> Kraftaufnehmer, piezoelektrisch
Quell-Impedanz
Die Quell-Impedanz ist der (scheinbare) elektrische Widerstand einer Signalquelle.
Dieser setzt sich zusammen aus ohmschen, kapazitiven und induktiven Anteilen.
Der nachfolgende Eingang der Signalverarbeitung muss an die Impedanz der Quelle angepasst sein,
um Messfehler zu vermeiden.
-> Lastwiderstand
-> Ladungsverstärker
Querbeschleunigungsempfindlichkeit
Beschleunigungsaufnehmer besitzen neben der
Empfindlichkeit für Beschleunigung,
die in Richtung Ihrer Messachse auftritt, auch noch eine Empfindlichkeit
Beschleunigung, die quer zu dieser Achse auftritt.
Die Empfindlichkeit für diese Beschleunigung
wird in % der Empfindlichkeit der Messachse angegeben und Querbeschleunigungsempfindlichkeit genannt.
Querkraftempfindlichkeit
Treten bei Kraftmessungen nicht nur Kräfte senkrecht zur Messachse auf,
kann das Messergebniss verfälscht werden.
Dieses Problem kann bei manchen Flachprofil - Kraftaufnehmern
durch konstruktive Maßnahmen minimiert werden.
Ratiometrischer Ausgang
Das Ausgangssignalverhalten von Sensoren, dessen Ausgangssignal linear von der Speisespannung abhängt, wie beispielsweise bei DMS-Sensoren, nennt man ratiometrisch.
Bei solchen Sensoren ist es üblich, die Sensitivität in mV/V anzugeben und nicht in mV/(zu messende Einheit).
Rauschen
Rauschen ist ein unregelmäßiges Störsignal dessen Frequenzspektrum unspezifisch ist.
Der Rauschanteil eines Sensorsignals reduziert die Auflösung des Sensors.
Das Rauschen ist von der Bandbreite eines Sensors abhängig. Einen generellen Absolutwert für das Rauschen kann man also nur angeben, wenn die Bandbreite des Sensors feststeht.
Da Tiefpassfilter (Antialiasingeffekt), die die Bandbreite des Sensors begrenzen, oft eingesetzt werden, und somit das Signal- zu Rauschverhältnis beeinflussen, ist es sinnvoll ein generalisiertes Rauschen der Messgröße per Bandbreite (Bn) anzugeben.
RMS Rauschen = Xng/Wurzel(Hz) x Wurzel(Bn), wobei ng (nano-g´s) die physikalische Einheit ist,
Bn = B3 x pi/2 ~ B3 x 1,6 ist, und B3 die -3dB-Bandbreite ist.
Beispiel: Ein Beschleunigungsaufnehmer hat ein Rauschen pro Wurzel(Bn) von 30ng/Wurzel(Hz).
Ohne Tiefpassfilter hat er eine Bandbreite (-3db) von 1 kHz
=> rms Rauschen = 30ng/Wurzel(Hz) * Wurzel(1000Hz*1.6) = 1,2 mg
Mit einem Tiefpassfilter der Bandbreite (-3dB) von 10 Hz erhält man:
=> rms Rauschen = 30ng/Wurzel(Hz) * Wurzel(10Hz*1.6) = 120 ng
-> Filter
Reproduzierbarkeit
Reproduzierbarkeit ist dann gegeben, wenn ein Messwertaufnehmer
stets bei einer bestimmten anliegenden Eingangsgröße (und gleichbleibenden
Umgebungsbedingungen) dasselbe Ausgangssignal erzeugt.
Relativdruck
Der Relativdruck ist der relativ zum Umgebungsdruck gemessene Druck.
-> Druck
-> Absolutdruck
-> Gekapselte Druckausführung
Resonanzfrequenz
Die Resonanzfrequenz ist die Frequenz, mit der eine mechanische Struktur oder ein elektrischer
Schwingkreis nach einmaliger, impulsförmiger Anregung schwingt.
Wird mit der Resonanfrequenz angeregt, kann es bei mechanischen Strukturen
(abhängig von deren Dämpfung) zu Zerstörung kommen.

Diese Tatsache begrenzt den Frequenzbereich, in dem ein Sensor
eingesetzt werden kann (Bandbreite) auf
30% seiner Resonanzfrequenz.
Für die Resonanzfrequenz eines Kraftaufnehmers gilt:
f= 1 / (2 · PI) · Sqrt(k / M), wobei
k = Steifigkeit
M = bewegte Masse, also die Masse eines Kraftaufnehmers, die sich bei
einer Krafteinleitung bewegt
-> Eigenmasse
-> Kennlinie
Rheostat
Ein Rheostat ist ein veränderlicher Widerstand.
Bei Nutzung eines Sensors als Rehostat ist zu beachten, dass bei niedrigen Widerstäden
hohe Ströme fließen können. Der
Ohmsche Rechner kann benutzt werden, um den Strom und die Leisung zu ermitteln.
So fließt bei einer Konstantspanngunsversorgung von 10 V und einem Widerstand von 1 OHM,
ein Strom von 10 A durch die Leitung. Das entspricht einer Leistung von 100 Watt!
Dies könnte das Messgerät zerstören!
Es ist also darauf zu achten, dass ein weiterer Widerstand in Serie eingebaut wird, um den maximale
Strom/Leistung zu begrenzen.
-> potentiometrischer Wegaufnehmer
-> Spannungsteiler
Riss-Erkennung
Mit Hilfe von Beschleunigungsaufnehmern und geeigneten Auswerteverfahren
lassen sich Risse in mechanischen Strukturen detektieren.
-> Impulshammer
-> Materialprüfung
-> Modalanalyse
-> Strukturanalyse
RS-232
RS-232 ist die Bezeichnung für einen Standard der seriellen Schnittstelle.
Er definiert die digitale Datenübertragung mit max. 9200 Bit/s
über relativ kurze Entfernungen.
RS-422
RS-422 ist die Bezeichnung für einen Standard der seriellen Schnittstelle.
Er definiert die Datenübertragung mit max. 2 MBit/s
über Entfernungen bis max. 1,2km.
RTD
Abkürzung für: Resistive Temperature Device
Ein RTD ist ein Temperatursensor aus Metall
(Nickel, Platin und einige Kupferligierungen),
dessen Widerstand mit der Temperatur steigt.
Mit RTD's können Temperaturen von -268 °C bis ca. 1000 °C
gemessen werden.
Am häufigsten wird Platin wegen seiner guten Linearität
eingesetzt.
Der PT 100 besitzt beispielsweise einen Widerstand
von 100 Ohm bei 0 °C.
-> Thermistor
-> Thermoelement
SanShiftTM
SanShiftTM ist eine von der Firma FGP entwickelte Technologie, die die
Nullpunktverschiebung,
die während der Montage durch das Anzugsdrehmoment entsteht,
minimiert.
Schiffsbewegungen
- Gieren:
- Bewegung um die Hochachse, Yaw
- Wanken:
- Bewegung um die Längsachse, Roll
- Nicken:
- Bewegung um die Querachse, Pitch
- Tauchen:
- Bewegung entlang der Hochachse, Heave
- Wogen:
- Bewegung entlang der Längsachse, Surge
- Schwoien:
- Bewegung entlang der Querachse, Sway
-> Inklinometer
-> Beschleunigungsaufnehmer
Schock
Ein Schock ist eine große, kurzzeitig auftretende Beschleunigung.
Schockaufnehmer
Ein Schockaufnehmer ist ein Beschleunigungsaufnehmer
zur Messung eines Schocks.
Er zeichnet sich aus durch geringe Empfindlichkeit,
großem Messbereich und hoher Grenzfrequenz.
Schraubbefestigung
Als Schraubbefestigung wird die Befestigung eines
Beschleunigungsaufnehmers am Messobjekt
mittels Gewindebohrungen und Schrauben bezeichnet.
Schütteltisch
-> Shaker
Schwinggeschwindigkeit
Die Schwinggeschwindigkeit ist die momentane Geschwindigkeit,
mit der sich eine schwingende mechanische Struktur bewegt.
Sie kann mathematisch als Integral über das Beschleunigungssignal berechnet werden.
Elektronisch lässt sich dies erreichen, indem man das Beschleunigungssignal
tiefpassfiltert (mit -6dB/Oktave).
Schwingung
Schwingungen sind Vorgänge, bei denen sich ein physikalischer
Zustand zeitlich periodisch verändert.
-> harmonische Schwingung
-> kritische Dämpfung
-> aperiodischer Grenzfall
-> Schwinggeschwindigkeit
Schwingung, klassifizierung

deterministisch: Von der Zeit eindeutig und reproduzierbare Signalverläufe, die mathematisch beschreibbar sind.
periodisch: Signalverläufe, die sich periodisch wiederholen.
aperiodisch: Signalverläufe, die sich nicht periodisch wiederholen.
harmonisch: sinusförmige Signalverläufe.
komplex harmonisch: Signalverläufe die periodisch sind und sich durch Fourierreihen darstellen lassen.
oszillierend (fast-periodisch): Überlagerungen von harmonischen Signalverläufe die keinen kausalen Zusammenhang haben.
transient (relaxierend): diskrete Signalverläufe, die nach eine Zeit abklingen (z.B. Hammerpulse).
stochastisch: Zufällige Signalverläufe, die nur statistisch beschreibar sind (Mittelwerte, Verteilungsdichte p(x)).
stationär: Signalverläufe, deren statistischen Kenngrößen sich mit der Zeit nicht ändern.
ergodisch: Signalverläufe, deren statistischen Kenngrößen aus einer zeitlichen Mittelung die gleichen sind wie aus einer Mittelung mehrere Versuche.
nicht ergodisch: Signalverläufe, deren statistischen Kenngrößen sich für ein Versuch mit definiertem Dauer nicht ändern.
instationär: Signalverläufe, deren statistischen Kenngrößen sich mit der Zeit ändern.
Schwingungsanalyse
Eine Schwingungsanalyse wird zur Sicherstellung der Betriebsfestigkeit / des gewünschten Schwingverhaltens mechanischer Strukturen verwendet. Folgende Methoden stehen je nach Ausgangslage zur Wahl:
Beispielsweise soll das Geräuschverhalten eines bereits vorhandenen PKW-Typs optimiert werden. Dazu beginnt man mit der
Betriebsschwingformanalyse, um den Eindruck des "störenden Geräuschs" messbar, damit objektiv und veränderbar zu machen. Jetzt kann die Ursache mit EMA oder OMA auf bestimmte Moden eingegrenzt werden, wobei der Aufwand je nach Optimierungsziel sehr unterschiedlich sein kann. Dann wird virtuell oder real eine Veränderung am Prüfling vorgenommen und getestet. Gegebenenfalls muß die Analyse und Verbesserung - auch mehrfach - wiederholt werden.
Schwingungsaufnehmer
-> Beschleunigungsaufnehmer
-> Schwingungsmessung
Schwingungsmessung
Die Messung von Schwingungen kann mit
Beschleunigungsaufnehmern oder
mit Wegaufnehmern durchgeführt werden.
Schwingweg
Der Schwingweg ist die maximale Entfernung eines schwingenden Teils von seiner Ruhelage.
Mathematisch kann er durch zweifache Integration aus dem Beschleunigungssignal berechnet werden.
Elektronisch erhält man den Schwingweg auch durch Tiefpassfilterung (-12dB/Oktave) des Beschleunigungssignals.
Seismik-Aufnehmer
Ein Seismik-Aufnehmer ist ein Beschleunigungsaufnehmer,
der sich durch kleinen Messbereich und hohe Auflösung auszeichnet.
Er wird eingesetzt, um Schwingungen an Bauwerken zu messen.
Selbstzentrierender Dichtring

Selbstzentrierende Dichtringe sind eine Kombination aus Unterlegscheibe
und einer Dichtlippe aus Nitril oder Viton (FKM, Fluor Kautschuk).
Der Dichtring wird wie eine Unterlegscheibe eingesetzt.
Durch Anziehen der Verschraubung wird die Dichtlippe an die abzudichtenden Planflächen
angepresst.
Diese Dichtringe werden häufig bei frontbündigen Druckaufnehmern eingesetzt,
weil sie einfacher anzuwenden sind als O-Ringe. Der Schraubkopf benötigt keine
Nut, um den O-Ring zu befestigen und zu zentrieren - eine plane Fläche ist ausreichend.
Sensitivität, Empfindlichkeit, Kennlinie
Die Sensitivität, Empfindlichkeit oder Kennlinie eines Messwertaufnehmers
ist definiert als Quotient des Ausgangssignals und der
Speisespannung oder physikalischen Eingangsgröße.
z.B. mV/V, mV/bar, mV/g (siehe Bemerkungen zur Definitonstandards:).
Sie beschreibt den Zusammenhang zwischen zu messender Größe (x)
und dem resultierenden elektrischen Ausgangssignal (y) des Sensors.
Im Idealfall ist der Zusammenhang nahezu linear und kann
mit dem Verfahren BSL bzw. BSLTZ
durch eine Gerade beschrieben werden:
y = m·x + c
m: Empfindlichkeit
c: Nullpunkt-Offset
x: zu messende Größe
y: elektrisches Ausgangssignal

Die Empfindlichkeit ist also die Steigung der Geradengleichung und ist unabhängig vom Nullpunkt Offset.
Der Nullpunkt-Offset hat nichts mit dem Zusammenhang zwischen Messgröße und Ausgangssignal zu tun.
Er verschiebt die Steigungsgerade nur entlang der Y-Achse. Signalverarbeitende Geräte haben meistens die Möglichkeit diese Verschiebung auf Null zu setzen, so dass die Gerade dann den Nullpunkt durchkreuzt. Diese Funktionalität nennt mann Tarieren
Einige signalverarbeitende Geräte (z.B. Digitalanzeigen) benötigen die Eingabe der Steigung mit zwei Wertepaaren (Eingang1,Anzeigewert1) ; (Eingang2,Anzeigewert2).
Das erste Wertepaar kann ermittelt werden, in dem von einer Geraden ausgegangen wird, die durch den Nullpunkt geht.
=> Erstes Wertepaar = (0mV,0N)
Für das zweite Wertepaar wird die Ausgangsspannung bei Volllast eingesetzt. Für einen DMS-Kraftaufnehmer mit einem Messbereich von 50N und einer Sensitivität von 12.34 mV/V, der mit 10 V gespeist wird ergibt sich:
Signal bei Volllast (50N) ist 12.34mV/V x 10V = 123.4 mV
=> zweites Wertepaar = (123.4mV,50N)
Wir erhalten eine Gerade, die durch den Nullpunkt geht.
Die Steigung (Empfindlichkeit) ist 123.4mV/50N = 2,468mV/N

Falls der Kraftaufnehmer im unbelasteten Zustand einen Nullpunkt-Offset von -0,5 mV hat,
bedeutet dies, dass die Gerade um 0,5mV nach unten verschoben wird.
Wird der Kraftaufnehmer nun montiert, kann sich der Nullpunkt-Offset (beispielsweise wegen einer Vorlast) ändern.
Ist der Nullpunkt-Offset jetzt beispielsweise +1mV bedeutet dies nun eine entsprechende Verschiebung der Gerade nach oben.
Da der Nullpunkt also anwendungsbedingt unterschiedlich seien kann, wird er oft nicht im Kalibrierdatenblatt angegeben. Auch die Vorlast im unbelasteten Zustand während der Kalibrierung beim Hersteller kann sich von der Vorlast im Betrieb beim Kunden unterscheiden.
So kann zum Beispiel ein DMS-Kraftaufnehmer im unbelasteten Zustand während der Kalibrierung aufrecht stehen und im Betrieb liegen.
Bemerkungen zur Definitonstandards:
-
Es gibt viele Möglichkeiten Sensitivität zu definieren:
Üblicher weise gibt man die Sensitivität in mV/(zu messende Einheit) an.
In unserem Beispiel wäre dies 2,468 mV/N
Bei Sensoren mit ratiometrischem Ausgang gibt man die Sensitivität meistens in mV/V an.
In unserem Beispiel wäre dies 1,234 mV/V
Auch eine Kombination von beiden wird manchmal angegeben, also mV/V/N
In unserem Beispiel wäre dies 0,247 mV/V/N
-
Kraftaufnehmer können in Zug- und Druckrichtung eingesetzt werden.
Es hat sich durchgesetzt, dass die Steigung in Zugrichtung positiv und in Druckrichtung negativ ist.
-
Die Sensitivität wird auch Empfindlichkeit oder Kennlinie genannt.
In diesem Kompendium benutzen wir folgende Definitionen:
Eine Angabe in mV/(zu messende Einheit) nennen wir Empfindlichkeit.
Eine Angabe in mV/V nennen wir Sensitivität.
Eine Angabe in mV/V/N nennen wir die Kennlinie des Sensors.
-> Beispiel (Beschleunigungs- und Neigungssensoren
-> Empfindlichkeit
-> Fehler
-> Kennlinie
-> Nichtlinearität
-> thermische Sensitivitätsdrift
-> Übertragungsfaktor
Sensor
Ein Sensor ist ein Gerät, das mechanische, physikalische oder
chemische Größen in ein Signal (meistens ein elektrisches
Signal) umwandelt. Er bildet die Basis eines
Messwertaufnehmers.
Er ist das Gegenteil eines Aktors.
-> Sensoren-Webseite
Sensor-Array
Um eine höhere Empfindlichkeit
zu erhalten, werden mehrere Sensoren
zu einem Sensor-Array zusammengefasst.
Sensormontage
Unter der Sensormontage versteht man im Allgemeinen die Anbringung des Sensors an seinem Einsatzort.
Abhängig von der zu messenden Größe und des Sensortyps müssen dabei verschiedene Sachverhalte berücksichtigt werden.
-> "Leitfaden zu Anschluß und Montage von DMS-Aufnehmern"
-> Sensormontage, Beschleunigungsaufnehmer
-> Sensormontage, Beschleunigungsaufnehmer mit Montagesockel
-> Sensormontage, Druckaufnehmer
Sensormontage, Beschleunigungsaufnehmer
Prinzipiell gibt es mehrere veschiedene Möglichkeiten zur Befestigung von
Beschleunigungsaufnehmern. Deren Vor- und Nachteile sind je nach Messaufgabe abzuwägen.
Steht die schnelle Montage und einfache Wiederentfernbarkeit des Beschleunigungsaufnehmers
im Vordergrund empfiehlt sich die Montage mit Wachs oder die Magnetbefestigung. Dauerhafter dagegen ist die Montage durch Verklebung
des Sensors mit dem Untergund.
Besitzt der Beschleunigungsaufnehmer einen Montagesockel, so kann er
auch durch Verschraubung montiert werden, wodurch optimaler Kontakt mit dem Untergrund gewährleistet ist. Allerdings muss hierbei
die Dehnungsempfindlichkeit berücksichtigt werden.
Ein wichtiges Kriterium für die Auswahl der Befestigungsart ist der Frequenzbereich, in dem die Messung stattfinden soll.
Eine Auswahlhilfe bietet die nachfolgende Grafik:
-> Sensormontage, Beschleunigungsaufnehmer mit Montagesockel
Sensormontage, Beschleunigungsaufnehmer mit Montagesockel
Besitzt ein Beschleunigungsaufnehmer einen Montagesockel, so kann er
direkt mit dem Messobjekt verschraubt werden. Folgende Punkte zeigen am Beispiel der Montage eines
Beschleunigungsaufnehmers mittels eines M8 Bolzenadapters,
was bei der Montage beachtet werden sollte:
- Der Montageort sollte so nahe wie möglich an der Vibrationsquelle liegen.
- Es wird eine flache, ebene, unlackierte Oberfläche mit 25 mm Durchmesser benötigt.
Falls diese nicht zur Verfügung steht, sollte die Oberfläche mit einem geeigneten Plansenker bearbeitet werden.
- Ein Loch mit 6,8mm Durchmesser und einer Tiefe von 10mm sollte in der Mitte einer ebenen Fläche gebohrt werden.
- Mit einem M8 Gewindeschneider sollte ein Gewinde bis zu einer Tiefe von 7mm geschnitten werden.
- Das M8 Gewinde sollte entgratet und die Oberfläche sowie das Gewinde des Bolzens mit einem
Lösungsmittel gründlich gesäubert werden.
- Das M8 Gewinde des Bolzens mit "Loctite Screwlock" versehen und ein Schmiermittel
an den gegenüberliegenden Flächen Auftragen.
- Den Bolzen in die bearbeitete Gewindebohrung einschrauben und mit einem Drehmoment von 10Nm anziehen.
- Bevor der Beschleunigungsaufnehmer an dem Bolzen montiert wird, sollte man Schmierstoff an die
gegenüberliegenden Flächen anbringen, um eine gute Ankopplung zu gewährleisten.
- Den Beschleunigungsaufnehmer an den Bolzen anschrauben und mit 8Nm anziehen.
- Als Letztes mit dem Anschlusskabel eine Schlaufe legen und das Kabel am Sensorkörper befestigen.
Danach sollte es auf der Oberfläche befestigt werden, um die Bewegung des Kabels zu minimieren.
Sensormontage, Druckaufnehmer
Bei der Montage von frontbündigen Druckaufnehmern ist darauf zu achten, dass
das im Datenblatt angegebene maximale Anzugsdrehmoment nicht überschritten wird.
Nur so kann die Einhaltung der im Kalibrierzertifikat spezifierten Werte gewährleistet werden.
Frontbündige Druckaufnehmer, die mit der
SanShiftTM-Technologie ausgestattet sind, sind deutlich unempfindlicher
gegenüber Anzugsdrehmomenten. Daher weisen sie bei vergleichbaren Anzugsdrehmomenten
eine deutliche geringere Offsetverschiebung auf.
Shaker
Shaker sind elektrodynamische Schwingerreger, die zur Strukturanalyse,
Umweltsimulation und zur Überprüfung und Kalibrierung von
Beschleunigungsaufnehmern
eingesetzt werden.
Shaker arbeiten nach einem elektrodynamischen Prinzip, das besagt, dass
die auf einen stromdurchflossenen Leiter (Spule) in einem Magnetfeld
einwirkende Kraft proportional zum fließenden Strom ist
(Lorentz-Kraft).
Shunt-Widerstand
Der Shunt-Widerstand wird parallel zu einem Arm der Messbrücke
eines DMS-Sensors geschaltet und erzeugt eine
Verstimmung Ua der Brücke.

Allgemein gilt für die wheatstonesche Brücke:
Ua / Ue = ( R2 · R4 - R3 · R1 ) / ( ( R1 + R2 ) · ( R3 + R4 ) )
Für den Fall, dass alle Widerstände gleich sind ( R1 = R2 = R3 = R4 = R, z.B. 4 gleiche DMS) und
parallel zu R4 ein Shuntwiderstand RS geschaltet wird, gilt:
Ua / Ue = ( R · ( R + RS ) - R · R ) / ( ( R + R ) · ( R + ( R + RS ) ) )
<=> Ua / Ue = RS / (4 · R + 2 · RS)
Der Widerstand wird so gewählt, dass das Ausgangssignal der
verstimmten Brücke ca. 80 % des Signals bei Nennlast beträgt.
Wird ein anderer Wert angezeigt, so bedeutet es entweder
(1.) dass die nachgeschaltete Elektronik nicht richtig eingestellt ist,
oder
(2.) dass sich die Impedanz des Sensors verändert hat.
SI-Basisgrößen und Einheiten
-> Basisgrößen und Einheiten des SI-Systems
Signalaufbereitung
Unter dem Begriff Signalaufbereitung versteht man Verfahren, die der "Verbesserung" eines Signals dienen.
z.B. Impedanzwandlung, Verstärkung, Filterung,
Linearisierung.
Signalverarbeitung
Der Begriff Signalverarbeitung bezeichnet die gesamte Elektronik, die notwendig ist, um das elektrische Sensorausgangssignal
in eine für den Anwender nutzbare Form zu überführen.
Dies wäre im einfachsten Fall ein Messverstärker und eine Digitalanzeige, so dass das elektrische Signal in eine für den
Anwender ablesebare Zahl umgewandelt wird.
Es sind aber auch komplexere Formen der Signalverarbeitung denkbar, bei denen das Signal zusätzlich gefiltert und mit
anderen Signalen kombiniert wird.
Grundsätzlich wird zwischen analoger und digitaler Signalverarbeitung unterschieden.
Die analoge Signalverarbeitung basiert im Wesentlichen auf passiven Bauelementen und Operationsverstärkern.
Bei der digitalen Signalverarbeitung wird das Signal nach erfolgter Digitalisierung mit Mikroprozessoren bzw.
computergestützt verarbeitet.
Beispiele für Geräte, die der Signalverarbeitung dienen sind:
-> Datenerfassungskarte
-> Datenlogger
-> Digitalanzeige
-> Multimeter
-> Oszilloskop, analog
-> Oszilloskop, analog-digital
-> Oszilloskop, digital
-> SPS
Eine Neuheit stellen Sensoren dar, die bereits Teile der Signalverarbeitung beinhalten.
So besitzen solche Sensoren beispielsweise eine USB-Schnittstelle, so dass nach Verbindung mit einem PC
unmittelbar der Messwert erfasst werden kann.
SMD
Abkürzung für: Surface-Mounted-Device
SMD-Bauteile sind miniaturisierte Bauteile mit Gehäuse, die Löt-Anschlussflächen (Löt-Pads) an Stelle von
Drahtanschlüsse (Bonddrähte) besitzen und auf die Oberfläche von Leiterbahnen gelötet werden.
Sockel
Der Montagesockel ist die Grundplatte von Kraft- oder
Beschleunigungsaufnehmern. Er enthält Bohrungen oder Gewinde
und dient zur Befestigung dieser Aufnehmer am Einsatzort.
Bei Kraftmessungen mit hoher Genauigkeit muss der äußere Kraftmessring von
Flachprofil - Kraftaufnehmern auf einer Unterlage mit weniger
als 5 µm Mittelrauhwert aufliegen. Hierzu gibt es spezielle Sockel,
die dies auch bei weniger genau gefertigten Aufnehmern garantieren.
-> Sensormontage, Beschleunigungsaufnehmer mit Montagesockel
Sockeldehnung
Werden Beschleunigungsaufnehmer
auf biegbaren Strukturen befestiegt, so kann es zur Dehnung
des Sockels
kommen. Dies führt zu einer Verfälschung des Messsignals.
Solldruck
Der Solldruck ist der zu einem bestimmten Zeitpunkt an
einem bestimmten Ort geforderte Druck.
-> Druck
-> Nenndruck
Sondermessbereiche
Außerhalb der standardmäßig verfügbaren Messbereiche von
Sensoren
lassen sich in vielen Fällen auf Wunsch des Kunden auch Sensoren mit
Sondermessbereichen herstellen.
Spannungsbetrieb
Der Spannungsbetrieb gibt bei Quarzaufnehmern an, dass
sie einen integrierten Ladungsverstärker besitzen und somit
ein niederohmiges Spannungssignal zur Verfügung stellen.
-> IEPE-Schaltkreis
-> Ladungsausgang
Spannungsmessung
Elektrische Spannungen können prinzipiell mit verschiedenen Geräten gemessen werden.
-> Datenerfassungskarte
-> Oszilloskop
-> Voltmeter
Im Allgemeinen sind bei jeder Art der Spannugsmessung folgende Sachverhalte zu berücksichtigen:
- Innenwiderstand: Das Messgerät sollte einen möglichst hohen Innenwiderstand besitzen. So lässt sich vermeiden, dass
durch das Messgerät ein Strom fließt, der die Messung verfälscht.
- Bezugspotential:
- potentialfreie Messung:
Beide Kontakte für die Spannungsmessung sind nicht mit einem Massepotential verbunden.
(z.Bsp. Voltmeter)
- geerdete Messung:
Ein Kontakt für die Spannungsmessung ist stets fest mit einem Massepotential verbunden.
(z.Bsp. Oszilloskop)
Die meisten Datenerfassungskarten sind zwischen potentialfreier Messung und
geerdeter Messung umschaltbar.
-> Spannungsmessung, single ended (SE)
-> Spannungsmessung, differentiell (diff.)
Spannungsmessung, single ended (SE)
Wird eine Datenerfassungskarte im "single ended" Modus betrieben, so wird die
angelegte Spannung stets relativ zu einem Massepotential gemessen. Dies setzt voraus, dass ein Pol der zu messenden
Spannungsquelle ebenfalls mit diesem Massepotential verbunden ist, bzw. verbunden wird.

Zwar benötigt man im Vergleich zu zur differentiellen Spannungsmessung nur die Hälfte an
Messeingängen, aber man muss beim Betrieb von Sensoren, die auf DMS basieren, auf eine
potentialfreie Speisespannung achten.
Bei der differentiellen Spannungsmessung ist dies nicht notwendig.
-> Spannungsmessung
-> Spannungsmessung, differentiell (diff.)
Spannungsmessung, differentiell (diff.)
Wird eine Datenerfassungskarte im "differentiell" Modus betrieben, so wird die angelegte
Spannung nicht absolut in Bezug auf ein gemeinsames Potential gemessen, sondern es wird die tatsächliche Spannungsdifferenz
der beiden Pole der Spannungsquelle gemessen.

Diese Betriebsart bietet gegenüber dem single ended Modus verschiedene Vorteile.
Zum einen können Störspannungen, die unter Umständen bei langen Messkabeln eine Rolle spielen, die Messung nicht verfälschen, da
sie beide Messkabel gleich beeinflussen und daher die relative Spannungsdifferenz nicht verändern.
Zum anderen wird die Spannungsquelle (also z.Bsp. das Sensor-Ausgangssignal) nicht mit dem Massepotential verbunden.
Dies ist insbesondere bei Sensoren, die auf Dehnungsmessstreifen basieren, wichtig.
Falls deren Speisespannung nicht potentialfrei ist, würde bei nicht
potentialfreier Messung der Ausgangsspannung des Sensors, ein Zweig der
Wheatstoneschen Messbrücke des Sensors kurzgeschlossen.

-> Spannungsmessung
-> Spannungsmessung, single ended (SE)
Spannungsteiler

Wird eine Spannung an einen Widerstand
R= R1 + R2 angelegt, so ist die Spannung Uaus, die an dem Widerstand
R1 abgegriffen wird, gegeben durch:
Uaus = Uein · (R1/R2)
Dies gilt allerdings nur für den unbelasteten Spannungsteiler, also für den Fall, dass
kein nennenswerter Strom am Ausgang entnommen wird.
Diese Schaltung findet z.B. Verwendung in
potentiometrischen Wegaufnehmern.
-> Rheostat
Speisespannung
Die Speisespannung ist die Spannung, mit der (DMS -) Sensoren versorgt werden.
Abhängig von der Art, wie die Ausgangsspannung des Sensors gemessen wird
(z.Bsp. single ended oder differentiell),
muss man darauf achten, dass die Speisespannung potentialfrei ist. D.h., dass nicht ein Pol der
Speisespannung fest mit einem Massepotential verbunden ist.
-> Labornetzteil
SPS
Abkürzung für: Speicherprogrammierbare Steuerung
Eine SPS bietet die Möglichkeit, Eingangssignale zu erfassen, zu verarbeiten und ggf. bestimmte Ausgangssignale zu erzeugen.
Dazu besitzt sie einen Eingabe-, Verarbeitungs- und Ausgabeteil. Diese Teile sind heutzutage allerdings nicht
fest miteinander verschaltet. Vielmehr sind SPS mikroprozessorbasiert. Deshalb können die einzelnen Schritte der
Signalverarbeitung per Software (häufig mittels grafischer Benutzeroberfläche) festgelegt werden.
Die SPS arbeitet zyklisch, so dass also zuerst alle Eingangssignale erfasst werden. Anschließend wird die Verarbeitung durchgeführt
und in einem letzten Schritt die entsprechenden Ausgangssignale erzeugt. Dieser Zyklus kann beliebig oft wiederholt werden.
Steifigkeit, k
Die Steifigkeit ist ein Maß für die Nachgiebigkeit eines Kraftaufnehmers.
Steifigkeit: k= F/d, wobei
F = Kraft
d = Durchbiegung
-> Dehnung
Steife Sensoren besitzen eine höhere Eigenfrequenz
und sind besser für dynamische Anwendungen geeignet.
Steuerdruck
Der Steuerdruck ist der für einen Steuervorgang erforderliche Druck.
-> Druck
Streckgrenze (Re)
Die Streckgrenze eines Werkstoffs
ist die mechanische Spannung, bei der sich eine plastische Verformung der Zugprobe
entwickelt, ohne das eine Zunahme der Spannung ersichtlich ist. (N / mm2).
Sie stellt eine Unstetigkeit des Kurvenverlaufs im Spannung-Dehnungs-Diagramm dar.
Die obere Streckgrenze ReH wird durch den ersten wahrnehmbaren
Spannungsabfall gekennzeichnet. Sie stellt das Ende der Hookeschen Geraden dar.
Die untere Streckgrenze ReL stellt die kleinste Spannung im
Fließbereich bei weiter zunehmender Probenverlängerung dar.
-> Dehngrenze
-> Elastizitätsgrenze
-> Hookesches Gesetz
Strukturanalyse
Die Strukturanalyse liefert Informationen über die inneren mechanischen Spannungen einer Struktur.
Hierdurch können Belastungen an Materialien vermindert und im schlimmsten Fall
Materialzerstörung verhindert werden.
Die Strukturanalyse unterteilt man in
-> Hüllkurven-Demodulation
-> Lagerüberwachung
-> Materialprüfung
-> Modalanalyse
Sublimation
Als Sublimation bezeichnet man den direkten Phasenübergang
eines Stoffes vom festen in den gasförmigen Aggregatzustand.
Summierschaltung
Die Summierschaltung ist eine elektronische Schaltung,
die die Signale mehrerer Messwertaufnehmer
zu einem gemeinsamen Ausgangssignal addiert.
-> normierte Sensitivität
Systemdruck
Der Systemdruck ist der Druck, der im statischen
Fall in einem System herrscht.
-> Druck
-> Druckstoß
-> Differenzdruck
-> Liniendruck
Tara, Offsetabgleich
Sensoren haben oft wegen einer Vorlast einen Offset. Die Auswerte-Elektronik kann dann das Ausgangssignal des
Sensors auf Null setzen, in dem sie von ihm den Offset subtrahiert.
Dieses Verfahren wird Offsetabgleich oder Tarieren genannt.
Sensitivität
Technisches Datenblatt
Das technische Datenblatt dokumentiert die bekannten, allgemeinen Eigenschaften eines Messgerätes.
Die hier angegebenen Werte enstammen nicht der Kalibrierung eines einzelnen Messgerätes, sondern sind als
allgemeine Eigenschaften des Gerätetyps zu sehen.
Oft werden untere, typische und obere Grenzen der Eigenschaften angegeben. Wenn nicht, ist davon auszugehen,
dass es den ungünstigsten Fall beschreibt, und dass die Werte von allen Geräten des Typs eingehalten werden.
-> Kalibrierschein
technische Elastizitätsgrenze (Rp0,01)
Als technische Elastizitätsgrenze (Rp0,01) bezeichnet man
eine Dehnung mit 0,1 % bleibender Verformung (N/mm2).
-> Elastizitätsgrenze
-> Dehngrenze
-> Hookesches Gesetz
TEDS (Transducer Electronic Data Sheet)
TEDS sind Speicherchips in der sensorspezifische Daten gespeichert werden. Sie werden im Sensoren integriert.
Messgeräte, die TEDS unterstützten, können den angeschlossenen Sensor automatisch erkennen,
inklusive Sensortyp, deren Kalibrierdaten und benutzerspezifische Daten.
Welche Daten gespeichert werden sind in den Normen IEEE 1451.2 und IEEE 1451.4. definiert.
TEDS Grundstruktur.
- Hauptdaten
- Sensortyp
- Kalibrierungsdaten
- Benutzerdaten
Die Hauptddaten definieren den Sensor eindeutig:
- Hersteller-ID
- Modelnummer
- Versionzeichen
- Versionsnummer
- Seriennummer
Sensortypen werden durch Identifikationsnummern gekennzeichnet. Beispiele:
- 25: Beschleunigungs- und Kraftsensroen
- 30: Sensoren mit verstärktem Ausgang
- 33: DMS Sensoren
- 34: LVDT/RVDT
- 36: Thermoelement
Danach kommen die Kalibrierdaten:
- 40: Kalibrierugnstabelle
- 41: Kalibrierugnskurve (Polynom)
- 42:Frequenzgangtabelle
Benuzerspezifische Daten werden zum Schluss gespeichert und können auch nachträglich verändert werden.
Die Herstellerdaten (Hauptdaten, Sensortyp- und Kalibrierdaten) werden dagegen fest eingebrannt und
könnennicht nachträglich nicht mehr verändert werden.
TEDS, Virtuller
Ist kein Speicherchip im Sensor integrierbar, können die Daten in einer externen Datei gespeichert werden.
Telemetrie
Als Telemetrie wird die berührungslose Messwertübertragung bezeichnet.
Die gebräuchlichsten Verfahren dabei sind:
-> Übertragung per Funk
-> Übertragung per Infrarotlicht
-> induktive Übertragung
Neben der Übertragung von Messwerten zwischen Messwertaufnehmer und den Geräten
der Signalverarbeitung kommt Telemetrie auch
innerhalb eines Sensors zum Einsatz, wenn es sich das eigentlich Sensorelement auf einer rotierenden Welle befindet.
Dies ist zum Beispiel bei Drehmomentaufnehmern der Fall.
Wenn dort der Einsatz von Schleifringen vermieden werden soll, wird stattdessen die
Speisespannung induktiv eingekoppelt und der
Messwert per Infrarotlicht übertragen.

Telemetrie per Funk
Bei dieser Art der Telemetrie werden die Messwerte in ein Funksignal kodiert, gesendet und an anderer Stelle wieder empfangen.
Die Nutzung der freigegebenen Frequenzbereiche unterliegt dabei keiner Beschränkung, solange die Sendeleistung 10mW
nicht überschreitet. Daher kann es bei dieser Form der Telemetrie leicht zu Störungen der Übertragung kommen.
Telemetrie per Infrarotlicht
Bei dieser Art der Telemetrie wird der Messwert in eine Folge von Lichtimpulsen kodiert.
Das benutzte Frequenzspektrum liegt dabei im Infraroten. Da der Empfänger lediglich für Infrarotlicht empfindlich ist, ist eine
Störung der Übertragung durch Tageslicht weitgehend ausgeschlossen.
Telemetrie per induktiver Übertragung
Bei dieser Art der Telemetrie wird der Messwert in ein Wechselspannungssignal kodiert.
Dieses lässt sich dann induktiv zwischen zwei Spulen übertragen.
Temperaturbeiwerte
-> Temperaturkoeffizient
Temperaturbereiche
-> Betriebstemperaturbereich
-> kompensierter Temperaturereich
-> Lagertemperatur
-> Temperaturschock
Temperaturkoeffizient
-> thermische Sensitivitätsdrift
Temperaturkompensation
Ändert sich die Umgebungstemperatur eines
Messwertaufnehmers, so werden
sich seine Eigenschaften dadurch ändern. Dieser Effekt kann mit Hilfe einer
elektronischen Schaltung oder geeigneter Software korrigiert werden.
Dieser Vorgang wird Temperaturkompensation genannt.
-> kompensierter Temperaturbereich
Temperaturschock
Als Temperaturschock wird die kurzzeitige, schnelle Änderung der Temperatur
(-> transienter Verlauf) bezeichnet.
Erfährt ein Sensor eine solche Temperaturänderung,
so kann es sein, dass er währenddessen nicht gemäß seiner Spezifikationen arbeitet,
auch wenn der kompensierte Temperaturbereich nicht
verlassen wurde.
Beim Betrieb von Sensoren ist also stets darauf zu achten, dass die angebenen Temperaturbereiche
nur im quasi-statischen Zustand gültig sind.
Schnelle Temperaturänderungen sind demnach grundsätzlich zu vermeiden, solange der Sensor
nicht explizit dafür ausgelegt ist.
Temperaturtransient
-> Temperaturschock
thermische Nullpunktverschiebung
Thermische Nullpunktverschiebung bedeutet, dass sich der Nullpunkt eines
Messwertaufnehmers auf Grund
thermischer Einflüsse verändert. Die nachfolgende Grafik zeigt, dass man aber keine Aussage treffen kann,
in welcher Art sich der Nullpunkt bei wachsender Temperatur verschiebt. Es ist jedoch stets sichergestellt, dass sich der
Nullpunkt bei Temperaturen innerhalb des kompensierten Temperaturbereiches
nicht stärker verschiebt als im Datenblatt (bzw. im Kalibrierzertifikat) angegeben.

-> kompensierter Temperaturbereich
-> Fehler
-> Nichtlinearität
-> Hysterese
-> Wiederholbarkeit
-> thermische Sensitivitätsdrift
thermische Sensitivitätsdrift
Als thermische Sensitivitätsdrift (auch Temperaturkoeffizient genannt) bezeichnet man
die Änderung der Sensitivität bzw.
der Empfindlichkeit auf Grund thermischer Einflüsse.

-> Sensitivität
-> kompensierter Temperaturbereich
-> Fehler
-> Nichtlinearität
-> Hysterese
-> Wiederholbarkeit
-> thermische Nullpunktverschiebung
thermisches Verhalten
Das thermische Verhalten beschreibt die Reaktion eines
Messwertaufnehmers
auf eine Änderung der Umgebungstemperatur.
Im Allgemeinen reagiert ein Sensor auf eine Temperaturänderung mit einer
Nullpunktverschiebung und
Sensitivitätsdrift.
-> kompensierter Temperaturbereich
-> Fehler
-> Nichtlinearität
-> Hysterese
-> Wiederholbarkeit
-> thermische Nullpunktverschiebung
-> thermische Sensitivitätsdrift
-> kompensierter Temperaturbereich
-> Temperaturkoeffizient
Thermistor
Ein Thermistor ist ein Halbleiter, dessen Widerstand bei Temperaturerhöhung rapide
sinkt.
Diese Abhängigkeit ist jedoch nicht linear und muss anhand von
Tabellen oder mit Hilfe einer Elektronik linearisiert werden.
Thermistoren werden für Temperaturmessungen und zur
Temperaturkompensierung benutzt.
-> Thermoelement
-> RTD
Thermoelement, Thermocouple, Thermopaar
Verbindet man zwei Metalle zu einem Thermopaar, so bildet sich zwischen
den freien Enden eine Spannung aus, die von der Temperaturdifferenz zwischen
Verbindungsstelle und den freien Enden abhängig ist.
Beispiele für Thermopaare:
Typ T: Cu - CuNi
Typ E: NiCr - CuNi
Typ J: Fe - CuNi
Typ K: NiCr - Ni
Typ S: Pt10%Rh - Pt
Typ R: Pt13%Rh - Pt
Typ B: Pt30%Rh - Pt
Typ L: Fe - CuNi
Typ U: 710 Cu - CuNi
-> RTD
-> Thermistor
Tot-Volumen
Das Volumen, das entsteht, wenn die Membran eines Druckaufnehmers
nicht
frontbündig sondern
nach hinten versetzt ist, nennt man Totvolumen. Ist das
Totvolumen nicht vernachlässigbar gegen das kleinste vorkommende
Volumen des zu messenden Mediums, ensteht ein systematischer Fehler.
Tourmaline
Tourmaline ist ein Kristall, der den piezoelektrischen Effekt
aufweisst und eine "volumetrische"
Empfindlichkeit besitzt.
Er kommt in Druckaufnehmern zum Einsatz, wenn eine
hohe Resonanzfrequenz benötigt wird.
Trägerfrequenz, Trägerfrequenzverstärker
Sensoren auf Folien-DMS-Basis werden
typischerweise in einer Wheatstoneschen Messbrücke
betrieben. Diese lässt sich nicht nur mit Gleichspannung, sondern auch mit einem
Wechselspannungssignal betreiben.
Dies bietet die Möglichkeit, selbst kleine Sensorsignale (die die bekannte Trägerfrequenz besitzen)
von Störsignalen (mit einer Frequenz ungleich der Trägerfrequenz, -> Rauschen)
zu unterscheiden.
Beachtet werden muss, dass es zu einer Phasenverschiebung zwischen
eingespeistem Signal und resultierendem Signal kommen kann.
Da Trägerfrequenzverstärker für kleine Eingangssignale entwickelt wurden,
können Signale von Halbleiter-DMS im Allgemeinen nicht
mit ihnen verarbeitet werden.
Triangulation
Bei diesem Messverfahren trifft ein Laserstrahl senkrecht auf ein
diffus reflektierendes Werkstück.
Das Streulicht wird je nach Abstand vom Messobjekt in unterschiedlichem
Winkel reflektiert und über eine Linse auf eine CCD-Zeile abgebildet. Der Winkel
(Alpha) kann über den Auftreffort des Lichts auf der CCD-Zeile
bestimmt werden. Da der Abstand zwischen CCD und Laser bekannt ist,
kann so der Abstand zum Messobjekt berechnet werden.
-> Laserwegaufnehmer
Triaxialaufnehmer
Triaxialaufnehmer sind Messwertaufnehmer,
die gleichzeitig in alle 3 Raumrichtungen (x,y,z) messen.
Dies kann auch realisiert werden, indem man drei (einaxiale)
Beschleunigungs- oder
Kraftaufnehmer auf einem Würfel montiert.
Überdehnung
Das Überschreiten der Elastizitätsgrenze
wird als Überdehnung bezeichnet.
-> Überlastung
Überdruck
Überdruck ist der auf den aktuellen Atmosphärendruck bezogene Druck.
-> Druck
Überlastung
Überschreitet ein Sensor die Elastizitätsgrenze,
können sich die technischen Spezifikationen ändern. Der
Aufnehmer sollte überprüft werden und, falls noch möglich, neu
kalibriert werden.
-> Bruchlast
-> Berstdruck
-> Prüfdruck
-> Überdehnung
Überlastbarkeit
Die Überlastbarkeit eines Sensors wird in zwei Kategorien
unterteilt:
Ein Hinweis auf die Überlastung eines Sensors kann eine Verschiebung des
Nullpunkt-Offsets sein.
-> Berstdruck
-> Bruchlast
Überlastschutz
Ein Überlastschutz ist ein mechanischer Anschlag oder eine mechanische Sperre, die
sicherstellt, dass der Sensor eine hohe Überlastbarkeit
(bis 100-fach) besitzt. Ein hoher Überlastschutz ist insbesondere
für Sensoren mit sehr niedrigen Messbereichen wichtig, da sie sonst allein
durch Berührung überlastet
werden können.
Sensoren mit mechanischen Anschlägen haben meistens eine niedrige
Eigenfrequenz und sind nicht für
hochdynamische Anwendungen geeignet.
Eine weitere Möglichkeit einen höheren Überlastschutz zu erreichen,
ist einen Sensor mit höherem Messbereich einzusetzen, diesen aber im
niedrigeren Bereich zu kalibrieren.
Beispiel: Kalibrierung bei 50% vom Nennbereich
Benötigt wird ein Kraftaufnehmer mit 50 N Messbereich aber einer
Überlastbarkeit von 200 N.
Hier könnte man einen 100 N Kraftaufnehmer mit 200 % Überlastbarkeit
einsetzen und den Sensor im 50 N Bereich kalibrieren.
Ein weiterer Vorteil dieser Vorgehensweise ist die höhere Steifigkeit,
und damit die bessere Dynamik.
Die allgemeine Meinung, dass die Genauigkeit dann zweimal schlechter wird, ist nicht richtig,
wie man in der unteren Abbildung am Beispiel der Nichtlinearität erkennt:
Ähnlich verhält es sich mit der Hysterese und Wiederholbarkeit,
da das Material im unteren Bereich elastischer ist.
Wie die Gesamtgenauigkeit beeinflusst wird, hängt vom Kurvenverlauf ab.
Der einzige Nachteil ist der, dass das Ausgangssignal niedriger wird, und somit das
Signal-Rauschverhältnis schlechter wird. Hat der Sensor aber einen eingebauten
Verstärker, ist auch diese Verschlechterung aufgrund der kurzen Kabellängen
unwesentlich.
Nur die thermischen Eigenschaften wie die thermische Nullpunktverschiebung
und thermische Sensitivitätsdrift werden prozentual schechter.
Überlast-Erholzeit
Die Überlast-Erholzeit ist die Zeit, die vergeht,
bis ein Sensor wieder gemäß seiner Spezifikationen funktioniert,
nachdem er überlastet wurde.
Überschwingen
Das Ausgangsignal von Messwertaufnehmern folgt der
sprunghaften Änderung der Messgröße nicht beliebig genau.
Das Überschwingen bezeichnet nun die Tatsache, dass nach so einer sprunghaften Änderung
das Ausgangssignal zeitweise größer ist als der tatsächliche Wert.
-> Anstiegszeit
-> Einschwingzeit
Übersprechen
Elektrische Signale in parallelen Leitungen
können sich bei unzureichender Abschirmung gegenseitig durch Induktion beeinflussen.
-> Induktionsgesetz
-> Induktionsprinzip
Übersteuerung, Übertragungsbereich
Geräte, die Messgrößen oder Signale wandeln
(z.B. Sensoren, Verstärker)
besitzen einen proportionalen Übertragungsbereich (Aussteuerungsbereich), in dem ein linearer Zusammenhang
(Übertragungsfaktor) zwischen Eingangs- und
Ausgangssignal existiert. Ist das Eingangssignal zu groß, kommt es zu Übersteuerung
und das Ausgangssignal ist nicht mehr proportional zum Eingangssignal.
-> elastischer Bereich
Übertragungsfaktor
Der Übertragungsfaktor ist definiert als Quotient des
Ausgangssignals und des Eingangssignal bzw. der physikalischen Eingangsgröße.
-> Empfindlichkeit
-> Kennlinie
-> Sensitivität
Übertragungsfunktion, Transferfunktion
Wird eine Struktur durch ein Erregersignal angeregt und das Antwortsignal gemessen,
so beschreibt die Übertragungsfunktion (bzw.Transferfunktion) das Verhältnis der Frequenzspektren
der Antwort- und Erregersignale:
H(f) = X(f) / P(f)
Wird "P(f)" sehr klein (gegen Null), so ist der Fehler natürlich sehr groß (Division durch Null!).
Diese Bereiche der Übertragungsfunktion sind nicht aussagekräftig. Es ist also sinnvoll, ein möglichst breitbandiges Spektrum zu übertragen. Ideal wäre ein Rechteckimpuls.
Ein Impulshammer ist für die Erzeugung von Erregerimpulsen gut geeignet.
Die Übertragunsfunktion ist die Fourier-tranformierte der Stoßantwort des Erregersignals:

Ein Maß für die Güte der Messung ist dabei die Kohärenzfunktion.
Sie beschreibt die Linearität der Beziehung zwischen gemessenem Eingangssignal und Ausgangssignal.
Ultraschallwegaufnehmer
Ultraschallwegaufnehmer werden für Abstandsmessungen und zur Objekterkennung
eingesetzt (z.B. als Näherungsschalter).
Ultraschallsignale sind hochfrequente Schallwellen. Piezokeramiken werden eingesetzt um
elektrischer Energie in Akustischer Energie umzuwandeln (Lautsprecher) und umgekehrt (Mikrofon).

Ein Ultraschall-Lautsprecher sendet einen kurzen Schallimpuls aus, der von einem Gegenstand
reflektiert und von einem auf den Lautsprecher abgestimmten Ultraschall-Mikrofon wieder
empfangen wird. Die Laufzeit, die das Ultraschallsignal zurückgelegt hat, ist proportional zum Weg.
Durch den Doppler-Effekt lassen sich zusätzlich
zur Entfernung Bewegungsrichtungen und Geschwindigkeiten feststellen.
Ultraschallsensoren können auch für die Bestimmung der Koordinaten
einer Person oder eines Gegenstandes im Raum benutzt werden. Hierzu
benötigt man drei Ultraschallsensoren und eine Infrarot-Signalübertragung.
Umlaufdruck
Der Umlaufdruck ist der Druck, der in einer auf Umlauf geschalteten Anlage herrscht.
-> Druck
Unterdruck
-> Vakuum
Vakuum
Das Vakuum ist definiert als:
Zustand eines Systems bei Drücken unterhalb des Atmosphärendrucks.
Das Vakuum ist die Bezugsgröße bei der Absolutdruckmessung.
-> Druck
Verdichtungsdruck
Der Verdichtungsdruck ist der Druck eines verdichteten
Fluids bei einem bestimmten, verringerten Volumen.
Verlauf, dynamischer
Verläufe die sich schnell oder schlagartig
ändern, bezeichnet man als dynamische Verläufe.
Im Gegensatz zu transienten Verläufen
sind diese nicht kurzzeitig. Die Untersuchung
solcher Verläufe in der Strukturanalyse
nennt man Modalanalyse.
Verlauf, quasistatischer
Als quasistatischer Verlauf werden sich sehr langsam - d.h. mit niedrigen Frequenzen -
ändernde Vorgänge bezeichnet, die sich fast statisch verhalten.
Die bei der Schwingungsanalyse meist eingesetzten piezoelektrischen Sensoren sind nicht in der Lage, statisch zu messen, können aber quasistatisch messen, also fast bis 0Hz. Wie langsam, hängt von der
Entladezeitkonstante ab. Sie können aber sehr hochfrequent messen (>>10 kHz).
Piezoresistive und kapazitive Beschleunigungsaufnehmer dagegen können statisch UND quasistatisch messen und werden deshalb bevorzugt für solche Messungen eingesetzt. Nach oben sind sie begrenzt auf 2kHz oder weniger - abhängig vom Messbereich und Prinzip.
Verlauf, statischer
Als statischer Verlauf werden über längere Zeit konstant bleibende und sich nicht ändernde Vorgänge bezeichnet.
Verlauf, transienter
Ein transienter Verlauf ist ein sehr schneller und kurzzeitiger
Verlauf, den man beispielsweise als Reaktion (Antwort) auf einen Stoß-Impuls erhält.
Ein typisches Beispiel hier für ist ein (reales) Feder-Masse-System.
Wird es durch einmalige Auslenkung aus seiner Ruhelage angeregt, so klingt seine
Schwingungsamplitude exponentiell ab. Dieses Verhalten zeigt die nachfolgende Grafik:

Die Amplitude dieser gedämpften Schwingung wird beschrieben durch:
x(t) = x0 exp(-dt) cos(SQR(w02-d2))
Weitere Beispiele für das Auftreten transienter Impulse sind Crash-Tests in der Automobilindustrie oder der
Einfluss von Erdbeben auf Gebäude.
-> Beschleunigungsaufnehmer
Verteilungsdichte (Wahrscheinlichkeitsdichte, Häufigkeitsfunktion, Klassenhäufigkeit, Amplitudenhistogramm)
Die Verteilungsdichte () p(a) ist die Ableitung der Verteilungsfunktion P(a) und ist ein Maß für die relative Wahrscheinlichkeit mit der die Funktion x(t) den Wert a annimmt.
Sie ist stets positiv.

-> Autokorrelationsfunktion
-> Autoleistungsdichte (Autoleistungsspektrum)
-> Erwartungswert
-> Kreuzkorrelationsfunktion
-> Kreuzleistungsdichte (Autoleistungsspektrum)
-> Verteilungsdichte
-> Verteilungsfunktion
Verteilungsfunktion (Wahrscheinlichkeitsverteilung, Summenhäufigkeit)
Die Verteilungsfunktion P(a) gibt die Wahrscheinlichkeit W an, mit der die Funktion x(t) Funktionswerte annimmt, die kleiner oder gleich einem Wert a sind.

Vibration
Vibration ist eine Beschleunigung, deren zeitlicher Mittelwert gleich Null ist
und für die gilt: E = Integral a dt = 0.
Vibrator
-> Shaker
Villary-Effekt
Eine Verformung eines ferromagnetischen Stabes in Längsrichtung verursacht eine
Änderung seiner magnetischen Eigenschaften (z.B. der Permeabilität).
In einem Magnetfeld können diese Änderungen in ein elektrisches Signal
umgewandelt werden (Induktionsprinzip) und somit
messtechnisch erfassst werden.
-> Magnetostriktive Wegaufnehmer
-> Wiedemann-Effekt
Voltmeter
Ein Voltmeter ist ein Messgerät zur Messung der elektrischen Spannung.
Neben dem analogen Voltmeter, das ein Drehspulinstrument zur Anzeige benutzt, gibt es auch digitale Voltmeter (Abk.: DVM), die eine
LED- oder LCD-Anzeige benutzen.
-> Multimeter
volumetrische Empfindlichkeit
Die elektrische Spannung piezoelektrischer
Kristalle mit volumetrischer Empfindlichkeit
ist unabhängig von der Richtung der angreifenden Kraft.
Vorlast
Die Vorlast ist die auf einen Kraftaufnehmer wirkende Kraft,
die durch sein Eigengewicht oder durch eine gleichbleibende Belastung nach seiner Montage verursacht wird.
-> Tarieren
-> Sensitivität
Wafer
Aus der Schmelze hochreinem Siliziums wird eine kristalline Stange gefertigt.
Diese wird in dünne Scheiben geschnitten und dann durch Schleifen und Polieren
geglättet.

-> Dye
Wägezelle
Eine Wägezelle ist eine Vorrichtung zur Bestimmung der Masse eines Körpers.
Im Allgemeinen besteht eine Wägezelle aus einem Kraftaufnehmer und einer mechanischen
Konstruktion, die auch dann eine zentrische Krafteinleitung
auf den Kraftaufnehmer sicherstellt, wenn der zu wiegende Körper nicht zentrisch
auf der Wägezelle positioniert ist.
Die Messwerte werden mit den gängigen Verfahren der Messwertübertragung ausgegeben.
Wegaufnehmer
-> absolute Wegaufnehmer
-> inkrementale Wegaufnehmer
Wheatstonesche Messbrücke
Die Wheatstonesche Brückenschaltung besteht aus vier
Widerstände die folgendermaßen geschaltet werden:
Bei einer Messbrücke sind die Arme der
Wheatstonesche Brückenschaltung mit DMS
bestückt.
Sind alle 4 Widerstände mit DMS
bestückt, so spricht man von einer Vollbrücke,

bei zwei DMS von einer Halbbrücke.

Wird nur ein DMS benutzt, spricht man von einer
Viertelbrücke.

Die Ergänzung zur vollen Brücke erfolgt stets durch
Festwiderstände, die extern zugeschaltet werden.
Legt man eine bekannte Speisespannung
Ue an den Eingangszweig an, so entsteht am Ausgangszweig (der
"Messdiagonalen"),
eine Ausgangsspannung Ua, deren Wert von den Verhältnissen der
Widerstände (R1 / R2) und (R3 / R4) abhängt.
Generell gilt die Beziehung:
Spannung am Spannungsteiler R1 R2:
U1 = Ue · ( R1 / ( R1 + R2 ) )
Spannung am Spannungsteiler R3 R4:
U2 = Ue · ( R3 / ( R3 + R4 ) )
Ua = U1 - U2
=> Ua = Ue · ( R2 / ( R1 + R2 ) ) - Ue · ( R3 / R3 + R4 )
<=> Ua / Ue = ( R2 · R4 - R3 · R1 ) / ( ( R1 + R2 ) · ( R3 + R4 ) )
Für den abgeglichenen Zustand gilt:
R2 · R4 = R1 · R3 oder R1 / R2 = R4 / R3
=> Ua / Ue = 0
Ändern die Widerstände R1 bis R4 ihren Wert im abgeglichenem
Zustand, so wird die Brücke verstimmt und am Ausgang erscheint die
Spannung Ua.
Wird eine Messbrücke aus Dehnungsmessstreifen (DMS) an ein Messobjekt geklebt, liefert die
Brücke bei einer Belastung des Messobjektes ein Messsignal, das
der
relativen Widerstandsänderung und damit der Dehnung proportional
ist.
Spannungswerte der DMS, die in benachbarten Brückenarmen
auftreten,
subtrahieren sich, wenn sie gleiche Vorzeichen haben. Sie addieren
sich,
wenn sie verschiedene Vorzeichen haben.
Daraus lassen sich verschiedene Kombinationsmöglichkeiten, wie
Addition
oder Subtraktion von Messwerten und Kompensationsmöglichkeilen,
wie
Ausgleich von Temperatur-
und Nullpunkt-Offsets ableiten.
-> Brückenverstärker
Widerstand, elektrischer
Der elektrische Widerstand eines elektrischen Leiters ist definiert als:
R = (spezifischer Widerstand * Länge) / (Leiterquerschnitt)
Man erkennt, dass sich mit Änderung des Leiterquerschnitts und der Länge der Widerstand des Leiters ändert.
Diese Tatsache wird bei Dehnungsmessstreifen (DMS) genutzt.
-> piezoresistiver Effekt
Wiederholbarkeit
Die Kennlinien eines Sensors bei zwei aufeinanderfolgenden Lastzyklen
sind in der Praxis nicht identisch.

Den Mittelwert der absoluten Abweichungen
der Ausgagngssignale bezeichnet man als Wiederholbarkeit.
Dieser Fehler ist materialbedingt und kann nicht korrigiert werden.
-> Fehler
-> Gesamtgenauigkeit
-> Nichtlinearität
-> Hysterese
-> thermisches Verhalten
-> thermische Nullpunktverschiebung
-> thermische Sensitivitätsdrift
Wiedemann-Effekt
Fließt entlang eines ferromagnetischen Stabes ein Strompuls, so erzeugt er ein konzentrisches
Magnetfeld. Trifft dieses nun auf ein longitudinales Magnetfeld, das durch einen Permanentmagneten
erzeugt wird, so bewirkt dies eine mechanische Verdrehung (Torsion) des Stabes.
-> Induktionsprinzip
-> Magnetostriktive Wegaufnehmer
-> Villary-Effekt
Wirbelstrom-Wegaufnehmer
Wirbelstromwegsensoren werden eingesetzt, wenn der zu messende Weg
klein ist (üblicherweise <15mm)
und das Messobjekt ein elektrisch leitendes Metall ist (sowohl
ferromagnetisch, als auch nicht-ferromagnetisch).
Befindet sich ein elektrisch leitendes Metall in einem zeitlich
veränderlichen Magnetfeld, dann wird nach dem
faradayschen Induktionsgesetz
darin ein Wirbelstrom induziert. Bei Wirbelstromwegsensoren wird
dieses Magnetfeld durch eine Spule erzeugt, in der ein Wechselstrom fließt.
Dieses Magnetfeld erzeugt in dem Messobjekt einen Wirbelstrom, der
wiederum ein entgegengesetztes Magnetfeld verursacht. Da sich dieses
Magnetfeld dem Spulen-Magetfeld überlagert, wird dadurch die Impedanz
der Spule verändert.

Die Änderung der Impedanz ist also abhängig vom Abstand "h"
zwischen der Metallplatte und dem Sensor.
Wirbelstromwegsensoren sind unempfindlich gegenüber Öl, Schmutz, Staub,
Feuchte und Störfeldern und für den Einsatz in rauher industrieller
Umgebung geeignet.
Young's Modulus
Young's Modulus ist die englische Bezeichnung für den Elastizitätsmodul.
Zugfestigkeit (Rm)
Die Zugfestigkeit ist die mechanische Spannung, bei
deren Überschreiten ein Bauteil bricht.
Zulässiger Druck
Aus sicherheitstechnischen Gründen darf der zulässige
Druck beim Betrieb eines Gerätes nicht überschritten werden,
da das Gerät nur bis zu diesem Druck funktionsfähig ist.
Der zulässige Druck entspricht dem Nenndruck.
-> Druck