Sensoren. Sensortechnik für Praktiker. Hüthig Verlag Heidelberg. Günther W. Schanz. 3., völlig neu bearbeitete Auflage

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Günther W. Schanz

Sensoren

Sensortechnik für Praktiker

3., völlig neu bearbeitete Auflage

Hüthig Verlag Heidelberg

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Inhaltsverzeichnis

1 Messgrößen und ihre Einheiten . . . 1

Basisgrößen und Basiseinheiten . . . 2

1.1.1 Länge . . . 2

1.1.2 Masse . . . 2

1.1.3 Zeit . . . 2

1.1.4 Elektrische Stromstärke . . . 2

1.1.5 Thermodynamische Temperatur . . . 3

1.1.6 Stoffmenge . . . 3

1.1.7 Lichtstärke . . . 3

1.1.8 Basisgrößen und Basiseinheiten auf einen Blick . . . 3

Vorsätze und Vorsatzzeichen . . . 3

1.3 Gesetzliche Einheiten . . . 5

1.3.2 Volumen . . . 5

1.3.3 Ebener Winkel . . . 6

Brechkraft optischer Systeme . . . 6

1.3.7 Längenbezogene Masse . . . 7

1.3.8 Flächenbezogene Masse . . . 7

1.3. I0 Zeit (Zeitspanne, Dauer) . . . 8

1.3.12 Geschwindigkeit . . . 8

1.3.13 Beschleunigung . . . 8

1.3.14 Winkelgeschwindigkeit . . . 9

1.3.15 Winkelbeschleunigung . . . 9

1.3.16 Volumenstrom . Volumendurchfluss . . . 9

1.3.17 Massenstrom . Massendurchfluss . . . 10

1.3.19 Druck . mechanische Spannung . . . 10

1.1 1.2 1.3.1 Fläche . . . 5

1.3.4 Raumwinkel . . . 6

1.3.5 1.3.6 Masse . . . 6

1.3.9 Dichte . . . 7

1.3.11 Frequenz . . . 8

1.3.18 Kraft . . . 10

1.3.20 Dynamische Viskosität . . . 11

1.3.21 Kinematische Viskosität . . . 11

1.3.22 Energie . Arbeit . Wärmemenge . . . 11

1.3.23 Leistung . Energiestrom . Wärmestrom . . . 11

1.3.24 Elektrische Spannung bzw . Potenzialdifferenz . . . 12

1.3.25 Elektrischer Widerstand . . . 12

1.3.26 Elektrischer Leitwert . . . 12

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Inhaltsverzeichnis VIII

1.3.27 Elektrische Ladung . Elektrizitätsmenge -

elektrische Ladungsdichte . elektrische Flussdichte . . . 12

1.3.28 Elektrische Kapazität - Permittivität . . . 12

1.3.29 Elektrische Feldstärke . . . 13

1.3.30 Magnetischer Fluss - magnetische Flussdichte . Induktion . . . 13

1.3.3 1 Induktivität . magnetischer Leitwert ^-Permeabilität . . . 13

1.3.32 Magnetische Feldstärke . . . 13

1.3.33 Temperatur - Celsius-Temperatur . . . 14

stärke . . . 14

1.3.35 Masse, Energie und Wirkungsquerschnitt in der Atomphysik . . . 14

1.3.36 Aktivität einer radioaktiven Substanz . . . 15

1.3.37 Energiedosis . Äquivalentdosis . . . 15

1.3.38 Energiedosisleistung/-rate . Äquivalentdosisleistung/-rate . . . 15

1.3.39 Ionendosis . Ionendosisleistung/-rate . . . 15

1.3.40 Gesetzliche Einheiten auf einen Blick . . . 16

1.4 Verhältnisgrößen . . . 18

ppm und so weiter . . . 19

Eichen und Kalibrieren . . . 23

Grundlagen der Eichung . . . 24

Kalibrierung als mögliche Alternative . . . 25

Eichen, Kalibrieren und Zertifizieren . . . 27

2 Sensoren in der Praxis . . . 29

2.1 Geometrische Messgrößen . . . 31

Sensoren für Winkel . . . 38

Sensoren für Füllstand . . . 44

Sensoren für Position . . . 47

2.2 Mechanische Messgrößen . . . 49

Sensoren für Kraft . . . 49

Sensoren für Wägezwecke . . . 52

Sensorelemente für Dehnung . . . 53

Sensoren für Druck . . . 55

Sensoren für Dichte . . . 61

Sensoren für Viskosität . . . 62

Sensoren für Drehmoment . . . 64

2.2.8 Kraft-Momenten-Sensoren . . . 66

2.3 Dynamische Messgrößen . . . 67

Sensoren für Beschleunigung und Schwingung . . . 67

Sensoren für Impulse und Ereignisse . . . 73

Sensoren für Geschwindigkeit . . . 75

Sensoren für Durchfluss und Strömung . . . 76

Sensoren für Drehzahl . . . 85

2.4 Thermische Messgrößen . . . 86

2.4.1 Thermoelemente . . . 86

2.4.2 Widerstandsthermometer . . . 89

1.3.34 Lichtstärke ^-Leuchtdichte . Lichtstrom . Beleuchtungs- 1.4.1 Prozent . . . 18

1.4.2 1.5 Messen ohne Fehler? . . . 22 1.6

1.6.1 1.6.2 1.6.3

. . .

2 . I . 1 Sensoren für Länge 31

2.1.2 2.1.3 2.1.4 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.2.6 2.2.7

2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.3.5

(4)

Inhaltsverzeichnis IX

2.4.3 Andere Temperatursensoren . . . 92

2.4.4 Infrarot-(IR-)Strahlung . . . 95

2.5 Klimatische Messgrößen . . . 97

2.5.1 Sensoren für Feuchte . . . 99

2.5.2 Sensoren für Taupunkt . . . 103

2.5.3 Sensoren für Nebel und Glatteis . . . 104

2.5.4 Sensoren für Rauch und Brand . . . 105

Optische und akustische Messgrößen . . . 108

2.6.1 Fotosensoren . . . 108

2.6.2 Farberkennungssensoren . . . 111

2.6.3 Sensorische Glasfaseranwendungen . . . 112

2.6.4 Lichtschranken . . . 116

2.6.5 Sensoren für Schalldruck . . . 117

2.7 Elektrische Messgrößen . . . 119

2.7.1 Sensoren für magnetische Größen - Effekte und Prinzipien . . . 119

2.7.2 Sensoren für magnetische Größen - Werkstoffe . . . 121

2.7.3 Sensoren für magnetische Größen - Lösungsbeispiele . . . 121

Chemische und biologische Messgrößen . . . 124

2.8.1 Sensoren für pH-Wert . . . 125

2.8.2 Gassensoren . . . 127

2.8.3 Sauerstoffsensoren . . . 129

2.8.4 Kohlenmonoxidsensoren . . . 131

2.8.5 Stickoxidsensoren . . . 132

2.8.6 Schwefelwasserstoffsensoren . . . 133

2.8.7 Kohlenwasserstoffsensoren . . . 134

2.8.8 Sprengstoffsensoren . . . 135

2.8.9 Biosensor für Knoblauch . . . 136

2.8.10 Sensorik für Elektrolytkonzentrationen . . . 137

Bilderfassung und -Verarbeitung . . . 138

Sensorik für Inspektionsaufgaben . . . 138

Lösungen zur Bildverarbeitung . . . 140

2.10 Verschiedenes Sensorenzubehör . . . 143

2.10.1 Messwerte sichtbar gemacht . . . 143

2.10.2 Konstantstromspeisung für Sensoren . . . 143

2.10.3 Externe Vergleichsstelle für Thermoelemente . . . 143

2.10.4 Höhere Effizienz bei Peltierkühlern . . . 145

2.10.5 Signalverarbeitung von Sensorik als sicherheitsbezogenem Teil von Steuerungen . . . ¹⁴⁵

2.10.6 Mehrkanal-Prozessüberwachungssystem . . . 146

2.10.7 Vandalensicherer Trackball . . . 147

2.10.8 Kontaktlose Steuerknüppel . . . 147

3 Sensoren in Systemen . . . 151

3.1 Bitte einsteigen . . . 152

3.1.1 Zugangsvoraussetzungen . . . 153

3.1.2 Beispiele für Stationen und mehr . . . 154

3.2 Im Fokus: Das »sensitive« Auto . . . 157

3.2.1 Kleine Unaufmerksamkeit - große Folgen

...

158

3.2.2 Sensoren für lückenlose Rundumsicht . . . 159 2.6

2.8

2.9 2.9.1 2.9.2

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X Inhaltsverzeichnis

3.2.3 Fahrerassistenzsysteme unverzichtbar . . . 159

Crashvermeidung durch Precrash-Sensierung . . . 161

Das »sensitive« Fahrzeug . . . 162

Literatur . . . 163

Sachwörterverzeichnis . . . 167 3.2.4

3.2.5