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Vorwort |
5 |
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Herausgeber und Autoren |
7 |
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Inhaltsverzeichnis |
9 |
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1 Sensorsysteme |
19 |
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1.1 Definition und Wirkungsweise |
19 |
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1.2 Einteilung |
20 |
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2 Physikalische Effekte zur Sensornutzung |
21 |
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|
2.1 Piezoelektrischer Effekt |
21 |
|
|
2.1.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung |
21 |
|
|
2.1.2 Materialien |
23 |
|
|
2.1.3 Anwendungen |
24 |
|
|
2.2 Resistiver und piezoresistiver Effekt |
24 |
|
|
2.2.1 Funktionsprinzipien und physikalische Beschreibung |
24 |
|
|
2.2.2 Resistiver Effekt und dessen Anwendung durch Dehnmess-Streifen (DMS) |
26 |
|
|
2.2.3 Piezoresistiver Effekt und dessen Anwendung durch Silicium-Halbleiter-Elemente |
28 |
|
|
2.3 Magnetoresistiver Effekt |
30 |
|
|
2.3.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung |
30 |
|
|
2.3.2 Vorteile der XMR-Technologie |
35 |
|
|
2.3.3 Anwendungen der XMR-Technologie |
36 |
|
|
2.4 Magnetostriktiver Effekt |
39 |
|
|
2.4.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung |
39 |
|
|
2.4.2 Vorteile der magnetostriktiven Sensor-Technologie |
40 |
|
|
2.4.3 Anwendungen der magnetostriktiven Sensor-Technologie |
41 |
|
|
2.5 Effekte der Induktion |
43 |
|
|
2.5.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung |
43 |
|
|
2.5.2 Vorteile der induktiven Sensor-Technologie |
48 |
|
|
2.5.3 Anwendungen der induktiven Sensor-Technologie |
48 |
|
|
2.6 Effekte der Kapazität |
50 |
|
|
2.6.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung |
50 |
|
|
2.6.1.1 Kondensator und Kapazität |
50 |
|
|
2.6.1.2 Kapazität im Wechselstromkreis |
54 |
|
|
2.6.2 Vorteile der kapazitiven Sensor-Technologie |
59 |
|
|
2.5.3 Anwendungen der kapazitiven Sensor-Technologie |
60 |
|
|
2.7 Gauß-Effekt |
61 |
|
|
2.7.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung |
61 |
|
|
2.7.2 Anwendung des Gauß-Effektes |
63 |
|
|
2.8 Hall-Effekt |
65 |
|
|
2.8.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung |
65 |
|
|
2.8.2 Anwendung des Hall-Effektes |
67 |
|
|
2.9 Wirbelstrom-Effekt |
70 |
|
|
2.9.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung |
70 |
|
|
2.9.2 Anwendung des Wirbelstrom-Effektes |
71 |
|
|
2.10 Thermoelektrischer Effekt |
74 |
|
|
2.11 Thermowiderstands-Effekt |
78 |
|
|
2.11.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung |
78 |
|
|
2.11.2 Vorteile der Sensorik mit dem Thermowiderstands-Effekt |
80 |
|
|
2.11.3 Einsatzgebiete |
81 |
|
|
2.12 Temperatureffekte bei Halbleitern |
82 |
|
|
2.12.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung |
82 |
|
|
2.12.2 Kaltleiter (PTC-Widerstände) |
83 |
|
|
2.12.3 Heißleiter (NTC-Widerstände) |
85 |
|
|
2.13 Pyroelektrischer Effekt |
87 |
|
|
2.13.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung |
87 |
|
|
2.13.2 Materialien |
89 |
|
|
2.13.3 Anwendungen |
90 |
|
|
2.14 Fotoelektrischer Effekt |
93 |
|
|
2.14.1 Funktionsprinzipien und physikalische Beschreibung |
93 |
|
|
2.14.2 Fotoelektrische Sensorelemente |
97 |
|
|
2.14.3 Fotoelektrische Sensorelemente |
98 |
|
|
2.15 Elektrooptischer Effekt |
105 |
|
|
2.15.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung |
105 |
|
|
2.15.2 Materialien |
106 |
|
|
2.15.3 Anwendungen |
108 |
|
|
2.16 Elektrochemische Effekte |
110 |
|
|
2.16.1 Funktionsprinzip und Klassifizierung |
110 |
|
|
2.16.2 Potenziometrische Sensoren |
110 |
|
|
2.16.3 Amperometrische Sensoren |
114 |
|
|
2.16.4 Konduktometrische und impedimetrische Sensoren |
115 |
|
|
2.16.5 Anwendungsbereiche |
115 |
|
|
2.17 Chemische Effekte |
117 |
|
|
2.17.1 Physikalisch-chemische Wechselwirkungen von Gasen mit Oberflächen |
117 |
|
|
2.17.2 Gaslöslichkeit (Absorption) |
118 |
|
|
2.17.3 Gastransport zur Festkörperoberfläche |
120 |
|
|
2.17.4 Adsorption und Chemisorption |
121 |
|
|
2.17.5 Reaktionen mit adsorbierten Spezies |
122 |
|
|
2.17.6 Reaktion des Gases mit dem Festkörper |
122 |
|
|
2.17.7 Die Mischphasenfehlordnung |
124 |
|
|
2.18 Akustische Effekte |
126 |
|
|
2.18.1 Definition und Einteilung des Schalls |
126 |
|
|
2.18.2 Charakterisierung akustischer Wellen |
126 |
|
|
2.18.3 Schallgeschwindigkeit in idealen Gasen |
127 |
|
|
2.18.4 Intensität oder Schallstärke |
128 |
|
|
2.18.5 Absorption von Schall in Luft |
128 |
|
|
2.18.6 Reflektion und Transmission |
129 |
|
|
2.19 Optische Effekte |
130 |
|
|
2.19.1 Physikalische Effekte |
130 |
|
|
2.19.2 Aufbau optischer Sensoren |
134 |
|
|
2.19.3 Kategorien optischer Sensoren |
136 |
|
|
2.19.4 Anwendungsfelder optischer Sensoren |
137 |
|
|
2.20 Doppler-Effekt |
138 |
|
|
2.20.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung |
138 |
|
|
2.20.2 Anwendungsbereiche |
140 |
|
|
Weiterführende Literatur |
143 |
|
|
3 Geometrische Größen |
145 |
|
|
3.1 Wegund Abstandsensoren |
145 |
|
|
3.1.1 Induktive Abstandsund Wegsensoren |
146 |
|
|
3.1.1.1 Funktionsprinzip und morphologische Beschreibung der Induktivsensoren |
146 |
|
|
3.1.1.2 Berührungslose induktive Abstandssensoren (INS) |
148 |
|
|
3.1.1.3 Berührungslose induktive Wegsensoren (IWS) |
155 |
|
|
3.1.1.4 Differenzialtransformatoren mit verschiebbarem Kern (LVDT) |
158 |
|
|
3.1.1.5 Gepulster induktiver Linear-Positionssensor (Micropulse BIW) |
163 |
|
|
3.1.1.6 Signalverarbeitung durch Phasenmessung (Sagentia) |
166 |
|
|
3.1.1.7 PLCD-Wegsensoren (Permanent Linear Contactless Displacement Sensor) |
170 |
|
|
3.1.1.8 Berührungslose magnetoinduktive Wegsensoren (smartsens-BIL) |
174 |
|
|
3.1.2 Optoelektronische Abstandsund Wegsensoren |
180 |
|
|
3.1.2.1 Übersicht |
180 |
|
|
3.1.2.2 Optoelektronische Bauteile |
181 |
|
|
3.1.2.3 Optische Grundlagen von Abstandssensoren |
185 |
|
|
3.1.2.4 Messprinzip: Triangulation |
188 |
|
|
3.1.2.5 Messprinzip: Pulslaufzeitverfahren |
189 |
|
|
3.1.2.6 Messprinzip: Phasenoder Frequenzlaufzeitverfahren |
189 |
|
|
3.1.2.7 Messprinzip: Fotoelektrische Abtastung |
192 |
|
|
3.1.2.8 Messprinzip: Interferometrische Längenmessung |
194 |
|
|
3.1.3 Ultraschallsensoren zur Abstandsmessung und Objekterkennung |
195 |
|
|
3.1.3.1 Funktionsprinzipien und Aufbau |
195 |
|
|
3.1.3.2 Aufbau des Ultraschallwandlers |
196 |
|
|
3.1.3.3 Erfassungsbereich eines Ultraschallsensors |
197 |
|
|
3.1.3.4 Umlenkung des Ultraschalls |
199 |
|
|
3.1.3.5 Objektund Umwelteinflüsse |
199 |
|
|
3.1.3.6 Anwendungen |
200 |
|
|
3.1.4 Potenziometrische Wegund Winkelsensoren |
202 |
|
|
3.1.4.1 Einleitung |
202 |
|
|
3.1.4.2 Funktionsprinzip und Kenngrößen von potenziometrischen Sensoren |
203 |
|
|
3.1.4.3 Technologie und Aufbautechnik |
206 |
|
|
3.1.4.4 Produkte und Applikationen |
211 |
|
|
3.1.5 Magnetostriktive Wegsensoren |
212 |
|
|
3.1.5.1 Wirkprinzip und Aufbau magnetostriktiver Wegsensoren |
213 |
|
|
3.1.5.2 Gehäusekonzepte und Anwendungen |
216 |
|
|
3.1.6 Wegsensoren mit magnetisch codierter Maßverkörperung |
222 |
|
|
3.1.6.1 Messprinzip |
222 |
|
|
3.1.6.2 Aufbau und Funktionsweise inkrementeller und absoluter Mess-Systeme |
224 |
|
|
3.1.6.3 Kennwerte |
227 |
|
|
3.1.6.4 Sensortypen im Vergleich |
230 |
|
|
3.1.6.5 Anwendungsbeispiele |
231 |
|
|
3.2 Sensoren für Winkel und Drehbewegung |
232 |
|
|
3.2.1 Optische Drehgeber |
241 |
|
|
3.2.1.1 Physikalische Prinzipien |
241 |
|
|
3.2.1.2 Aufbau optischer Drehgeber |
243 |
|
|
3.2.1.3 Besondere Eigenschaften optischer Drehgeber |
246 |
|
|
3.2.2 Magnetisch codierter Drehgeber |
247 |
|
|
3.2.3 Umdrehungszählende Winkelsensoren |
253 |
|
|
3.2.3.1 Allgemeines Funktionsprinzip und morphologische Beschreibung von Umdrehungen zählenden Winkelsensoren |
253 |
|
|
3.2.3.2 Getriebebasierende Umdrehungszählverfahren |
254 |
|
|
3.2.3.3 Umdrehungszählverfahren auf induktiver Basis |
255 |
|
|
3.2.3.4 Batteriepufferung der Umdrehungsinformation |
257 |
|
|
3.2.3.5 Neuartiges GMR-System zur Detektion und Speicherung von Umdrehungsinformation |
257 |
|
|
3.2.4 Kapazitive Drehgeber |
262 |
|
|
3.2.5 Variable Transformatoren, Resolver |
265 |
|
|
3.2.5.1 Allgemeines Funktionsprinzip des VT |
266 |
|
|
3.2.5.2 Signifikante Varianten von VT |
267 |
|
|
3.2.5.3 Resolver, eine repräsentative Variante von VT |
267 |
|
|
3.2.6 1Vpp oder sin/cos-Schnittstelle |
272 |
|
|
3.2.7 Inkrementelle Geber |
274 |
|
|
3.3 Neigung |
276 |
|
|
3.3.1 Magnetoresistive Neigungssensoren |
277 |
|
|
3.3.2 Kompass-Sensoren |
278 |
|
|
3.3.3 Elektrolytische Sensoren |
279 |
|
|
3.3.4 Piezoresistive Neigungssensoren/DMS-Biegebalkensensoren |
280 |
|
|
3.3.5 MEMS |
280 |
|
|
3.3.6 Servoinclinometer |
281 |
|
|
3.3.7 Übersicht und Auswahl von Neigungssensoren |
282 |
|
|
3.4 Sensoren zur Objekterfassung |
283 |
|
|
3.4.1 Näherungsschalter |
283 |
|
|
3.4.2 Objekterkennung und Abstandsmessung mit Ultraschall |
293 |
|
|
3.4.3 Objekterkennung mit Radar |
295 |
|
|
3.4.4 Pyroelektrische Sensoren für die Bewegungs und Praesenzdetektion |
296 |
|
|
3.4.5 Objekterkennung mit Laserscanner |
299 |
|
|
3.4.6 Sensoren zur automatischen Identifikation (Auto-Ident) |
300 |
|
|
3.4.6.1 Übersicht |
300 |
|
|
3.4.6.2 Barcodescanner |
300 |
|
|
3.4.6.3 Auto-Ident-Kameras |
307 |
|
|
3.4.6.4 RFID-Systeme und Lesegeräte |
311 |
|
|
3.5 Dreidimensionale Messmethoden (3D-Messung) |
316 |
|
|
3.5.1 Tastende 3D-Messmethoden |
317 |
|
|
3.5.2 Optisch tastende 3D-Messmethoden |
319 |
|
|
3.5.3 Bildgebende 3D-Messmethoden |
323 |
|
|
3.5.4 Übersicht zu 3D-Messmethoden |
327 |
|
|
Weiterführende Literatur |
328 |
|
|
4 Mechanische Messgrößen |
331 |
|
|
4.1 Masse |
331 |
|
|
4.1.1 Definition |
331 |
|
|
4.1.2 Anwendungen |
332 |
|
|
4.2 Kraft |
333 |
|
|
4.2.1 Definition |
333 |
|
|
4.2.2 Effekte für die Anwendungen |
334 |
|
|
4.2.3 Anwendungsbereiche |
338 |
|
|
4.3 Dehnung |
341 |
|
|
4.3.1 Definition |
341 |
|
|
4.3.2 Messung der Dehnung |
342 |
|
|
4.4 Druck |
344 |
|
|
4.4.1 Definition |
344 |
|
|
4.4.2 Messprinzipien |
346 |
|
|
4.4.3 Messanordnungen |
347 |
|
|
4.5 Drehmoment |
350 |
|
|
4.5.1 Definition |
350 |
|
|
4.5.2 Messprinzipien |
350 |
|
|
4.5.3 Anwendungsbereiche |
351 |
|
|
4.6 Härte |
352 |
|
|
4.6.1 Definition |
352 |
|
|
4.6.2 Makroskopische Härtebestimmung |
353 |
|
|
4.6.3 Härtebestimmung durch Nanoindentation |
353 |
|
|
4.6.4 Sensoren für die Nano-Härtemessung |
354 |
|
|
4.6.5 Modell und Auswertung |
355 |
|
|
4.6.6 Anwendungen |
356 |
|
|
Weiterführende Literatur |
357 |
|
|
5 Zeitbasierte Messgrößen |
358 |
|
|
5.1 Zeit |
358 |
|
|
5.2 Frequenz |
358 |
|
|
5.3 Pulsbreite |
364 |
|
|
5.4 Phase, Laufzeit und Lichtlaufzeit |
366 |
|
|
5.5 Visuelle Darstellung von Messgrößen |
371 |
|
|
5.6 Drehzahl und Drehwinkel |
380 |
|
|
5.7 Geschwindigkeit |
383 |
|
|
5.8 Beschleunigung |
386 |
|
|
5.9 Durchfluss (Masse und Volumen) |
391 |
|
|
Weiterführende Literatur |
395 |
|
|
6 Temperaturmesstechnik |
396 |
|
|
6.1 Temperatur als physikalische Zustandsgröße |
396 |
|
|
6.2 Messprinzipien und Messbereiche |
397 |
|
|
6.3 Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes |
399 |
|
|
6.3.1 Metalle |
399 |
|
|
6.3.2 Metalle mit definierten Zusätzen (Legierungen) oder Gitterfehlern |
402 |
|
|
6.3.3 Ionenleitwerkstoffe für hohe Temperaturen |
403 |
|
|
6.3.4 Thermistoren |
403 |
|
|
6.3.5 Engewiderstand-Temperatur-Sensoren (Spreading Resistor) |
404 |
|
|
6.3.6 Dioden |
406 |
|
|
6.4 Thermoelektrizität (Seebeck-Effekt) |
407 |
|
|
6.5 Wärmeausdehnung |
411 |
|
|
6.5.1 Wärmeausdehnung fester Körper |
411 |
|
|
6.5.2 Wärmeausdehnung von Flüssigkeiten |
414 |
|
|
6.5.3 Wärmeausdehnung von Gasen |
415 |
|
|
6.6 Temperatur und Frequenz |
415 |
|
|
6.7 Thermochromie |
416 |
|
|
6.8 Segerkegel |
416 |
|
|
6.9 Berührungslose optische Temperaturmessung |
417 |
|
|
6.9.1 Strahlungsthermometer (Pyrometer) |
417 |
|
|
6.9.2 Faseroptische Anwendungen |
420 |
|
|
6.9.2.1 Intrinsische Sensoren, DTS (Distributed Temperature Sensing) |
420 |
|
|
6.9.2.2 Extrinsische Sensoren |
421 |
|
|
Weiterführende Literatur |
422 |
|
|
7 Elektrische und magnetische Messgrößen |
423 |
|
|
7.1 Spannung |
423 |
|
|
7.1.1 Definition |
423 |
|
|
7.1.2 Messanordnungen |
427 |
|
|
7.2 Stromstärke |
431 |
|
|
7.2.1 Definition |
431 |
|
|
7.2.2 Messanordnungen |
432 |
|
|
7.3 Elektrische Ladung und Kapazität |
434 |
|
|
7.3.1 Definition |
434 |
|
|
7.3.2 Messanordnungen |
437 |
|
|
7.4 Elektrische Leitfähigkeit und spezifischer elektrischer Widerstand |
440 |
|
|
7.4.1 Definition |
440 |
|
|
7.4.2 Messanordnungen |
441 |
|
|
7.5 Elektrische Feldstärke |
444 |
|
|
7.5.1 Definition |
444 |
|
|
7.5.2 Messprinzipien für die elektrische Feldstärke |
444 |
|
|
7.6 Elektrische Energie und Leistung |
446 |
|
|
7.6.1 Definitionen |
446 |
|
|
7.6.2 Formen von Leistung |
446 |
|
|
7.6.3 Messprinzipien |
448 |
|
|
7.7 Induktivität |
452 |
|
|
7.7.1 Definition |
452 |
|
|
7.7.2 Messprinzipien |
452 |
|
|
7.8 Magnetische Feldstärke |
453 |
|
|
7.8.1 Definition |
453 |
|
|
7.8.2 Messprinzipien magnetischer Größen |
454 |
|
|
7.8.3 Messanordnungen |
455 |
|
|
7.8.4 Mehrdimensionale Messungen mit dem Hall-Effekt |
456 |
|
|
Weiterführende Literatur |
458 |
|
|
8 Radiound fotometrische Größen |
459 |
|
|
8.1 Radiometrie |
459 |
|
|
8.1.1 Radiometrische Größen |
459 |
|
|
8.1.2 Messung elektromagnetischer Strahlung |
463 |
|
|
8.2 Fotometrie |
463 |
|
|
8.2.1 Fotometrische Größen |
464 |
|
|
8.2.2 Messung fotometrischer Größen |
468 |
|
|
8.3 Anwendung von Helligkeitssensoren |
469 |
|
|
8.4 Farbe |
470 |
|
|
8.4.1 Farbempfinden |
470 |
|
|
8.4.2 Farbmodelle |
473 |
|
|
8.4.3 Farbsysteme |
474 |
|
|
8.4.4 Farbfilter für Sensoren |
474 |
|
|
8.4.5 Farbsensoren |
477 |
|
|
Weiterführende Literatur |
478 |
|
|
9 Akustische Messgrößen |
479 |
|
|
9.1 Definition wichtiger akustischer Größen |
479 |
|
|
9.2 Menschliche Wahrnehmung |
480 |
|
|
9.2.1 Pegel |
480 |
|
|
9.2.2 Lautstärke |
482 |
|
|
9.2.3 Lautheit |
483 |
|
|
9.3 Schallwandler |
483 |
|
|
9.4 Anwendungsfelder |
486 |
|
|
Weiterführende Literatur |
488 |
|
|
10 Klimatische und meteorologische Messgrößen |
489 |
|
|
10.1 Feuchtigkeit in Gasen |
489 |
|
|
10.1.1 Definitionen und Gleichungen |
489 |
|
|
10.1.2 Feuchtemessungen in Gasen |
493 |
|
|
10.1.2.1 Psychrometer, Aufbau und Funktionsweise |
493 |
|
|
10.1.2.2 Taupunktspiegel |
496 |
|
|
10.1.2.3 Kapazitive Feuchtemessung |
498 |
|
|
10.1.2.4 Integrierte kapazitive Feuchtesensoren mit Bus-Ausgang |
499 |
|
|
10.2 Feuchtebestimmung in festen und flüssigen Stoffen |
500 |
|
|
10.2.1 Direkte Verfahren zur Bestimmung der Materialfeuchte |
501 |
|
|
10.2.1.1 Prozentualer Wassergehalt einer Materialprobe |
501 |
|
|
10.2.1.2 Wasseraktivität einer Materialprobe |
502 |
|
|
10.2.1.3 Karl-Fischer-Titration |
503 |
|
|
10.2.1.4 Calciumcarbid-Methode |
503 |
|
|
10.2.1.5 Calciumhydrid-Methode |
504 |
|
|
10.2.2 Indirekte Messverfahren zur Bestimmung der Materialfeuchte |
504 |
|
|
10.2.2.1 Messung der elektrischen Eigenschaften |
504 |
|
|
10.2.2.2 Erfassen der optischen Eigenschaften von Wasser und Wasserdampf |
505 |
|
|
10.2.2.3 Messung des Saugdruckes in feuchten Materialien (Tensiometrie) |
506 |
|
|
10.2.2.4 Messung der atomaren Eigenschaften |
507 |
|
|
10.2.2.5 Nuklear-Magnetisches-Resonanz-Verfahren (NMR) |
507 |
|
|
10.2.2.6 Messung der Wärmeleitfähigkeit |
508 |
|
|
10.3 Messung von Niederschlägen im Außenklima |
509 |
|
|
10.4 Feuchtemessung in geschlossenen Räumen |
511 |
|
|
10.4.1 Messung des Klimas in Wohnungen und am Arbeitsplatz |
511 |
|
|
10.4.2 Klima in Museen und Ausstellungsräumen |
512 |
|
|
10.4.3 Klima in elektrischen Anlagen |
514 |
|
|
10.4.4 Beeinflussen des Raumklimas |
514 |
|
|
10.5 Luftdruck |
516 |
|
|
10.6 Windund Luftströmung |
517 |
|
|
10.6.1 Definition |
517 |
|
|
10.6.1 Methoden zur Windmessung |
517 |
|
|
10.7 Wasserströmung |
521 |
|
|
10.7.1 Definition |
521 |
|
|
10.7.2 Direkte und indirekte Durchflussmessung |
521 |
|
|
Weiterführende Literatur |
526 |
|
|
11 Ausgewählte chemische Messgrößen |
527 |
|
|
11.1 Redoxpotenzial |
527 |
|
|
11.1.1 Allgemeines |
527 |
|
|
11.1.2 Edelmetallische Redoxelektroden |
529 |
|
|
11.1.3 Redoxglaselektroden |
531 |
|
|
11.1.4 Bezugselektroden |
533 |
|
|
11.2 Ionen einschließlich Hydroniumionen |
536 |
|
|
11.2.1 Allgemeines |
536 |
|
|
11.2.2 pH-Messung |
536 |
|
|
11.2.3 Weitere Ionen |
541 |
|
|
11.3 Gase |
545 |
|
|
11.3.1 Allgemeines |
545 |
|
|
11.3.2 Gase im physikalisch gelösten Zustand bzw. bei Normaltemperatur |
545 |
|
|
11.3.2.1 Festelektrolytsensoren |
547 |
|
|
11.3.2.2 Elektrochemische Zellen mit festen Elektrolyten |
548 |
|
|
11.3.3 Halbleiter-Gassensoren – Metalloxidhalbleitersensoren (MOS) |
557 |
|
|
11.3.4 Pellistoren |
558 |
|
|
11.4 Elektrolytische Leitfähigkeit |
559 |
|
|
11.4.1 Allgemeines |
559 |
|
|
11.4.2 Kohlrausch-Messzellen |
559 |
|
|
11.4.3 Mehrelektroden-Messzellen |
560 |
|
|
11.4.4 Elektrodenlose Leitfähigkeitsmesszellen |
561 |
|
|
11.4.5 Beispiele zur Anwendung von Leitfähigkeitssensoren |
562 |
|
|
Weiterführende Literatur |
564 |
|
|
12 Biologische und medizinische Sensoren |
565 |
|
|
12.1 Biologische Sensorik |
565 |
|
|
12.1.1 Biosensorik |
565 |
|
|
12.1.2 Echte biologische Sensoren |
567 |
|
|
12.2 Funktionsprinzipien der Biosensoren |
568 |
|
|
12.2.1 Kalorimetrische Sensoren |
570 |
|
|
12.2.2 Mikrogravimetrische Sensoren |
570 |
|
|
12.2.3 Optische Sensoren |
572 |
|
|
12.2.4 Elektrochemische Sensoren |
574 |
|
|
12.2.5 Immobilisierungsmethoden |
576 |
|
|
12.3 Physikalische und chemische Sensoren in der Medizin |
577 |
|
|
12.3.1 Physikalisch-chemische Blutanalysen |
578 |
|
|
12.3.2 Klinisch-chemische Blutanalysen |
581 |
|
|
12.4 Enzymatische Methoden – Enzymsensoren |
582 |
|
|
12.4.1 Enzymbasierter Analytnachweis |
584 |
|
|
12.4.2 Bestimmung der Enzymaktivität |
585 |
|
|
12.4.3 Anwendungsfelder enzymatischer Tests |
586 |
|
|
12.5 Immunologische Methoden – Immunosensoren |
587 |
|
|
12.5.1 Direkte Immunosensoren |
590 |
|
|
12.5.2 Indirekte Immunosensoren |
590 |
|
|
12.5.3 Anwendungsfelder von Immunosensoren |
592 |
|
|
12.6 DNA-basierte Sensoren |
593 |
|
|
12.6.1 Hybridisierungsdiagnostik |
594 |
|
|
12.6.2 Anwendung und Einsatz von DNA-Sensoren |
595 |
|
|
12.7 Zellbasierte Sensorik |
597 |
|
|
12.7.1 Metabolischer Zellchip |
597 |
|
|
12.7.2 Neuro-Chip |
598 |
|
|
Weiterführende Literatur |
599 |
|
|
13 Messgrößen für ionisierende Strahlung |
601 |
|
|
13.1 Einführung und physikalische Größen |
601 |
|
|
13.2 Wechselwirkung von ionisierender Strahlung mit Materie |
605 |
|
|
13.3 Einteilung der Sensoren |
609 |
|
|
13.4 Gasgefüllte Strahlungssensoren |
612 |
|
|
13.5 Strahlungssensoren nach dem Anregungsprinzip |
616 |
|
|
13.6 Halbleitersensoren |
618 |
|
|
Weiterführende Literatur |
626 |
|
|
14 Fotoelektrische Sensoren |
627 |
|
|
14.1 Strahlung |
627 |
|
|
14.2 Szintillatoren |
628 |
|
|
14.3 Äußerer Fotoeffekt |
629 |
|
|
14.3.1 Fotomultiplier |
629 |
|
|
14.3.2 Channel-Fotomultiplier |
630 |
|
|
14.3.3 Bildaufnahmeröhren |
631 |
|
|
14.4 Innerer Fotoeffekt |
631 |
|
|
14.4.1 Fotoleiter |
632 |
|
|
14.4.2 Fotodioden |
633 |
|
|
14.4.3 Fototransistor, Fotothyristor und Foto-FET |
635 |
|
|
14.4.4 CMOS-Bildsensoren |
636 |
|
|
14.4.5 Hochdynamische CMOS-Bildsensoren |
636 |
|
|
14.5 CCD-Sensoren |
638 |
|
|
14.5.1 Zeilensensoren |
638 |
|
|
14.5.2 CCD-Matrixsensoren |
640 |
|
|
14.6 Quantum Well Infrared Photodetector QWIP |
641 |
|
|
14.7 Thermische optische Detektoren |
642 |
|
|
14.7.1 Thermosäulen |
643 |
|
|
14.7.2 Pyroelektrische Detektoren |
645 |
|
|
14.7.3 Bolometer |
646 |
|
|
15 Signalaufbereitung und Kalibrierung |
647 |
|
|
15.1 Signalaufbereitung |
647 |
|
|
15.1.1 Analoge (diskrete) Signalaufbereitung |
647 |
|
|
15.1.2 Signalaufbereitung mit Systemschaltkreisen |
648 |
|
|
15.1.3 Signalaufbereitung mit ASICs |
649 |
|
|
15.1.4 Signalaufbereitung mit Mikrocontrollern |
649 |
|
|
15.2 Sensorkalibrierung |
650 |
|
|
15.2.1 Passive Kompensation |
651 |
|
|
15.2.2 Justage mit analoger Signalverarbeitung |
651 |
|
|
15.2.3 Justage mit digitaler Signalverarbeitung |
652 |
|
|
15.3 Energiemanagement bei Sensoren |
654 |
|
|
Weiterführende Literatur |
656 |
|
|
16 Interface |
657 |
|
|
16.1 Analoge Interfaces |
657 |
|
|
16.1.1 Spannungsausgang |
658 |
|
|
16.1.2 Ratiometrischer Spannungsausgang |
658 |
|
|
16.1.3 Stromausgang |
658 |
|
|
16.1.4 Frequenzausgang und Pulsweitenmodulation |
660 |
|
|
16.1.5 4-/6-Draht-Interface |
661 |
|
|
16.2 Digitale Interfaces |
662 |
|
|
16.2.1 CAN-Gruppe |
664 |
|
|
16.2.2 LON |
665 |
|
|
16.2.3 HART |
666 |
|
|
16.2.4 RS485 |
666 |
|
|
16.2.5 IO-Link |
667 |
|
|
16.2.6 Profibus |
669 |
|
|
16.2.7 I2C |
669 |
|
|
16.2.8 SPI |
670 |
|
|
16.2.9 IEEE 1451 |
671 |
|
|
Weiterführende Literatur |
674 |
|
|
17 Sicherheitsaspekte bei Sensoren |
675 |
|
|
17.1 Eigenschaften zur Funktionsüberwachung |
675 |
|
|
17.2 Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) |
678 |
|
|
17.3 Funktionale Sicherheit (SIL) |
681 |
|
|
17.4 Sensoren in explosiver Umgebung (ATEX) |
683 |
|
|
17.4.1 Grundlagen des ATEX |
683 |
|
|
17.4.2 Zündschutzart Eigensicherheit |
685 |
|
|
17.4.3 Zündschutzart druckfeste Kapselung |
687 |
|
|
Weiterführende Literatur |
687 |
|
|
18 Messfehler, Messgenauigkeit und Messparameter |
688 |
|
|
18.1 Einteilung der Messfehler nach ihrer Ursache |
688 |
|
|
18.2 Darstellung von Messfehlern |
689 |
|
|
18.2.1 Arithmetischer Mittelwert, Fehlersumme und Standardabweichung |
689 |
|
|
18.2.2 Absoluter Fehler |
690 |
|
|
18.2.3 Relativer Fehler |
691 |
|
|
18.3 Messparameter |
693 |
|
|
18.3.1 Streuung von Messwerten |
693 |
|
|
18.3.2 Auflösung von Messwerten |
694 |
|
|
18.3.3 Signal-Rausch-Abstand und Dynamik von Messwerten |
695 |
|
|
Weiterführende Literatur |
695 |
|
|
Sachwortverzeichnis |
696 |
|