Funktionsweise und Einsatzgebiete
E-Book, Deutsch, 706 Seiten, eBook
ISBN: 978-3-8348-8635-4
Verlag: Vieweg & Teubner
Format: PDF
Kopierschutz: Wasserzeichen (»Systemvoraussetzungen)
Prof. Dr. Dr. Ekbert Hering lehrte an der Hochschule Aalen seit 1971 die Fachgebiete Physik, Elektronik, Photonik und BWL. Er war Rektor der Hochschule, in verschiedenen Aufsichtsräten tätig und Verfasser von 50 Fachbüchern, davon 22 beim Vieweg+Teubner Verlag .
Dr.-Ing. Gert Schönfelder promovierte in der digitalen Messtechnik. Er arbeitete auf dem Gebiet der Rechnerarchitektur, bildgestützten Messtechnik (Stereo) und Systementwurf von Kameras und Messtechnik. Seit 8 Jahren ist er Entwicklungsleiter bei einem Hersteller von Drucksensoren.
Zielgruppe
Professional/practitioner
Autoren/Hrsg.
Weitere Infos & Material
1;Vorwort;5
2;Herausgeber und Autoren;7
3;Inhaltsverzeichnis;9
4;1 Sensorsysteme;19
4.1;1.1 Definition und Wirkungsweise;19
4.2;1.2 Einteilung;20
5;2 Physikalische Effekte zur Sensornutzung;21
5.1;2.1 Piezoelektrischer Effekt;21
5.1.1;2.1.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung;21
5.1.2;2.1.2 Materialien;23
5.1.3;2.1.3 Anwendungen;24
5.2;2.2 Resistiver und piezoresistiver Effekt;24
5.2.1;2.2.1 Funktionsprinzipien und physikalische Beschreibung;24
5.2.2;2.2.2 Resistiver Effekt und dessen Anwendung durch Dehnmess-Streifen (DMS);26
5.2.3;2.2.3 Piezoresistiver Effekt und dessen Anwendung durch Silicium-Halbleiter-Elemente;28
5.3;2.3 Magnetoresistiver Effekt;30
5.3.1;2.3.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung;30
5.3.2;2.3.2 Vorteile der XMR-Technologie;35
5.3.3;2.3.3 Anwendungen der XMR-Technologie;36
5.4;2.4 Magnetostriktiver Effekt;39
5.4.1;2.4.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung;39
5.4.2;2.4.2 Vorteile der magnetostriktiven Sensor-Technologie;40
5.4.3;2.4.3 Anwendungen der magnetostriktiven Sensor-Technologie;41
5.5;2.5 Effekte der Induktion;43
5.5.1;2.5.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung;43
5.5.2;2.5.2 Vorteile der induktiven Sensor-Technologie;48
5.5.3;2.5.3 Anwendungen der induktiven Sensor-Technologie;48
5.6;2.6 Effekte der Kapazität;50
5.6.1;2.6.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung;50
5.6.1.1;2.6.1.1 Kondensator und Kapazität;50
5.6.1.2;2.6.1.2 Kapazität im Wechselstromkreis;54
5.6.2;2.6.2 Vorteile der kapazitiven Sensor-Technologie;59
5.6.3;2.5.3 Anwendungen der kapazitiven Sensor-Technologie;60
5.7;2.7 Gauß-Effekt;61
5.7.1;2.7.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung;61
5.7.2;2.7.2 Anwendung des Gauß-Effektes;63
5.8;2.8 Hall-Effekt;65
5.8.1;2.8.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung;65
5.8.2;2.8.2 Anwendung des Hall-Effektes;67
5.9;2.9 Wirbelstrom-Effekt;70
5.9.1;2.9.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung;70
5.9.2;2.9.2 Anwendung des Wirbelstrom-Effektes;71
5.10;2.10 Thermoelektrischer Effekt;74
5.11;2.11 Thermowiderstands-Effekt;78
5.11.1;2.11.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung;78
5.11.2;2.11.2 Vorteile der Sensorik mit dem Thermowiderstands-Effekt;80
5.11.3;2.11.3 Einsatzgebiete;81
5.12;2.12 Temperatureffekte bei Halbleitern;82
5.12.1;2.12.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung;82
5.12.2;2.12.2 Kaltleiter (PTC-Widerstände);83
5.12.3;2.12.3 Heißleiter (NTC-Widerstände);85
5.13;2.13 Pyroelektrischer Effekt;87
5.13.1;2.13.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung;87
5.13.2;2.13.2 Materialien;89
5.13.3;2.13.3 Anwendungen;90
5.14;2.14 Fotoelektrischer Effekt;93
5.14.1;2.14.1 Funktionsprinzipien und physikalische Beschreibung;93
5.14.2;2.14.2 Fotoelektrische Sensorelemente;97
5.14.3;2.14.3 Fotoelektrische Sensorelemente;98
5.15;2.15 Elektrooptischer Effekt;105
5.15.1;2.15.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung;105
5.15.2;2.15.2 Materialien;106
5.15.3;2.15.3 Anwendungen;108
5.16;2.16 Elektrochemische Effekte;110
5.16.1;2.16.1 Funktionsprinzip und Klassifizierung;110
5.16.2;2.16.2 Potenziometrische Sensoren;110
5.16.3;2.16.3 Amperometrische Sensoren;114
5.16.4;2.16.4 Konduktometrische und impedimetrische Sensoren;115
5.16.5;2.16.5 Anwendungsbereiche;115
5.17;2.17 Chemische Effekte;117
5.17.1;2.17.1 Physikalisch-chemische Wechselwirkungen von Gasen mit Oberflächen;117
5.17.2;2.17.2 Gaslöslichkeit (Absorption);118
5.17.3;2.17.3 Gastransport zur Festkörperoberfläche;120
5.17.4;2.17.4 Adsorption und Chemisorption;121
5.17.5;2.17.5 Reaktionen mit adsorbierten Spezies;122
5.17.6;2.17.6 Reaktion des Gases mit dem Festkörper;122
5.17.7;2.17.7 Die Mischphasenfehlordnung;124
5.18;2.18 Akustische Effekte;126
5.18.1;2.18.1 Definition und Einteilung des Schalls;126
5.18.2;2.18.2 Charakterisierung akustischer Wellen;126
5.18.3;2.18.3 Schallgeschwindigkeit in idealen Gasen;127
5.18.4;2.18.4 Intensität oder Schallstärke;128
5.18.5;2.18.5 Absorption von Schall in Luft;128
5.18.6;2.18.6 Reflektion und Transmission;129
5.19;2.19 Optische Effekte;130
5.19.1;2.19.1 Physikalische Effekte;130
5.19.2;2.19.2 Aufbau optischer Sensoren;134
5.19.3;2.19.3 Kategorien optischer Sensoren;136
5.19.4;2.19.4 Anwendungsfelder optischer Sensoren;137
5.20;2.20 Doppler-Effekt;138
5.20.1;2.20.1 Funktionsprinzip und physikalische Beschreibung;138
5.20.2;2.20.2 Anwendungsbereiche;140
5.21;Weiterführende Literatur;143
6;3 Geometrische Größen;145
6.1;3.1 Wegund Abstandsensoren;145
6.1.1;3.1.1 Induktive Abstandsund Wegsensoren;146
6.1.1.1;3.1.1.1 Funktionsprinzip und morphologische Beschreibung der Induktivsensoren;146
6.1.1.2;3.1.1.2 Berührungslose induktive Abstandssensoren (INS);148
6.1.1.3;3.1.1.3 Berührungslose induktive Wegsensoren (IWS);155
6.1.1.4;3.1.1.4 Differenzialtransformatoren mit verschiebbarem Kern (LVDT);158
6.1.1.5;3.1.1.5 Gepulster induktiver Linear-Positionssensor (Micropulse BIW);163
6.1.1.6;3.1.1.6 Signalverarbeitung durch Phasenmessung (Sagentia);166
6.1.1.7;3.1.1.7 PLCD-Wegsensoren (Permanent Linear Contactless Displacement Sensor);170
6.1.1.8;3.1.1.8 Berührungslose magnetoinduktive Wegsensoren (smartsens-BIL);174
6.1.2;3.1.2 Optoelektronische Abstandsund Wegsensoren;180
6.1.2.1;3.1.2.1 Übersicht;180
6.1.2.2;3.1.2.2 Optoelektronische Bauteile;181
6.1.2.3;3.1.2.3 Optische Grundlagen von Abstandssensoren;185
6.1.2.4;3.1.2.4 Messprinzip: Triangulation;188
6.1.2.5;3.1.2.5 Messprinzip: Pulslaufzeitverfahren;189
6.1.2.6;3.1.2.6 Messprinzip: Phasenoder Frequenzlaufzeitverfahren;189
6.1.2.7;3.1.2.7 Messprinzip: Fotoelektrische Abtastung;192
6.1.2.8;3.1.2.8 Messprinzip: Interferometrische Längenmessung;194
6.1.3;3.1.3 Ultraschallsensoren zur Abstandsmessung und Objekterkennung;195
6.1.3.1;3.1.3.1 Funktionsprinzipien und Aufbau;195
6.1.3.2;3.1.3.2 Aufbau des Ultraschallwandlers;196
6.1.3.3;3.1.3.3 Erfassungsbereich eines Ultraschallsensors;197
6.1.3.4;3.1.3.4 Umlenkung des Ultraschalls;199
6.1.3.5;3.1.3.5 Objektund Umwelteinflüsse;199
6.1.3.6;3.1.3.6 Anwendungen;200
6.1.4;3.1.4 Potenziometrische Wegund Winkelsensoren;202
6.1.4.1;3.1.4.1 Einleitung;202
6.1.4.2;3.1.4.2 Funktionsprinzip und Kenngrößen von potenziometrischen Sensoren;203
6.1.4.3;3.1.4.3 Technologie und Aufbautechnik;206
6.1.4.4;3.1.4.4 Produkte und Applikationen;211
6.1.5;3.1.5 Magnetostriktive Wegsensoren;212
6.1.5.1;3.1.5.1 Wirkprinzip und Aufbau magnetostriktiver Wegsensoren;213
6.1.5.2;3.1.5.2 Gehäusekonzepte und Anwendungen;216
6.1.6;3.1.6 Wegsensoren mit magnetisch codierter Maßverkörperung;222
6.1.6.1;3.1.6.1 Messprinzip;222
6.1.6.2;3.1.6.2 Aufbau und Funktionsweise inkrementeller und absoluter Mess-Systeme;224
6.1.6.3;3.1.6.3 Kennwerte;227
6.1.6.4;3.1.6.4 Sensortypen im Vergleich;230
6.1.6.5;3.1.6.5 Anwendungsbeispiele;231
6.2;3.2 Sensoren für Winkel und Drehbewegung;232
6.2.1;3.2.1 Optische Drehgeber;241
6.2.1.1;3.2.1.1 Physikalische Prinzipien;241
6.2.1.2;3.2.1.2 Aufbau optischer Drehgeber;243
6.2.1.3;3.2.1.3 Besondere Eigenschaften optischer Drehgeber;246
6.2.2;3.2.2 Magnetisch codierter Drehgeber;247
6.2.3;3.2.3 Umdrehungszählende Winkelsensoren;253
6.2.3.1;3.2.3.1 Allgemeines Funktionsprinzip und morphologische Beschreibung von Umdrehungen zählenden Winkelsensoren;253
6.2.3.2;3.2.3.2 Getriebebasierende Umdrehungszählverfahren;254
6.2.3.3;3.2.3.3 Umdrehungszählverfahren auf induktiver Basis;255
6.2.3.4;3.2.3.4 Batteriepufferung der Umdrehungsinformation;257
6.2.3.5;3.2.3.5 Neuartiges GMR-System zur Detektion und Speicherung von Umdrehungsinformation;257
6.2.4;3.2.4 Kapazitive Drehgeber;262
6.2.5;3.2.5 Variable Transformatoren, Resolver;265
6.2.5.1;3.2.5.1 Allgemeines Funktionsprinzip des VT;266
6.2.5.2;3.2.5.2 Signifikante Varianten von VT;267
6.2.5.3;3.2.5.3 Resolver, eine repräsentative Variante von VT;267
6.2.6;3.2.6 1Vpp oder sin/cos-Schnittstelle;272
6.2.7;3.2.7 Inkrementelle Geber;274
6.3;3.3 Neigung;276
6.3.1;3.3.1 Magnetoresistive Neigungssensoren;277
6.3.2;3.3.2 Kompass-Sensoren;278
6.3.3;3.3.3 Elektrolytische Sensoren;279
6.3.4;3.3.4 Piezoresistive Neigungssensoren/DMS-Biegebalkensensoren;280
6.3.5;3.3.5 MEMS;280
6.3.6;3.3.6 Servoinclinometer;281
6.3.7;3.3.7 Übersicht und Auswahl von Neigungssensoren;282
6.4;3.4 Sensoren zur Objekterfassung;283
6.4.1;3.4.1 Näherungsschalter;283
6.4.2;3.4.2 Objekterkennung und Abstandsmessung mit Ultraschall;293
6.4.3;3.4.3 Objekterkennung mit Radar;295
6.4.4;3.4.4 Pyroelektrische Sensoren für die Bewegungs und Praesenzdetektion;296
6.4.5;3.4.5 Objekterkennung mit Laserscanner;299
6.4.6;3.4.6 Sensoren zur automatischen Identifikation (Auto-Ident);300
6.4.6.1;3.4.6.1 Übersicht;300
6.4.6.2;3.4.6.2 Barcodescanner;300
6.4.6.3;3.4.6.3 Auto-Ident-Kameras;307
6.4.6.4;3.4.6.4 RFID-Systeme und Lesegeräte;311
6.5;3.5 Dreidimensionale Messmethoden (3D-Messung);316
6.5.1;3.5.1 Tastende 3D-Messmethoden;317
6.5.2;3.5.2 Optisch tastende 3D-Messmethoden;319
6.5.3;3.5.3 Bildgebende 3D-Messmethoden;323
6.5.4;3.5.4 Übersicht zu 3D-Messmethoden;327
6.6;Weiterführende Literatur;328
7;4 Mechanische Messgrößen;331
7.1;4.1 Masse;331
7.1.1;4.1.1 Definition;331
7.1.2;4.1.2 Anwendungen;332
7.2;4.2 Kraft;333
7.2.1;4.2.1 Definition;333
7.2.2;4.2.2 Effekte für die Anwendungen;334
7.2.3;4.2.3 Anwendungsbereiche;338
7.3;4.3 Dehnung;341
7.3.1;4.3.1 Definition;341
7.3.2;4.3.2 Messung der Dehnung;342
7.4;4.4 Druck;344
7.4.1;4.4.1 Definition;344
7.4.2;4.4.2 Messprinzipien;346
7.4.3;4.4.3 Messanordnungen;347
7.5;4.5 Drehmoment;350
7.5.1;4.5.1 Definition;350
7.5.2;4.5.2 Messprinzipien;350
7.5.3;4.5.3 Anwendungsbereiche;351
7.6;4.6 Härte;352
7.6.1;4.6.1 Definition;352
7.6.2;4.6.2 Makroskopische Härtebestimmung;353
7.6.3;4.6.3 Härtebestimmung durch Nanoindentation;353
7.6.4;4.6.4 Sensoren für die Nano-Härtemessung;354
7.6.5;4.6.5 Modell und Auswertung;355
7.6.6;4.6.6 Anwendungen;356
7.7;Weiterführende Literatur;357
8;5 Zeitbasierte Messgrößen;358
8.1;5.1 Zeit;358
8.2;5.2 Frequenz;358
8.3;5.3 Pulsbreite;364
8.4;5.4 Phase, Laufzeit und Lichtlaufzeit;366
8.5;5.5 Visuelle Darstellung von Messgrößen;371
8.6;5.6 Drehzahl und Drehwinkel;380
8.7;5.7 Geschwindigkeit;383
8.8;5.8 Beschleunigung;386
8.9;5.9 Durchfluss (Masse und Volumen);391
8.10;Weiterführende Literatur;395
9;6 Temperaturmesstechnik;396
9.1;6.1 Temperatur als physikalische Zustandsgröße;396
9.2;6.2 Messprinzipien und Messbereiche;397
9.3;6.3 Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes;399
9.3.1;6.3.1 Metalle;399
9.3.2;6.3.2 Metalle mit definierten Zusätzen (Legierungen) oder Gitterfehlern;402
9.3.3;6.3.3 Ionenleitwerkstoffe für hohe Temperaturen;403
9.3.4;6.3.4 Thermistoren;403
9.3.5;6.3.5 Engewiderstand-Temperatur-Sensoren (Spreading Resistor);404
9.3.6;6.3.6 Dioden;406
9.4;6.4 Thermoelektrizität (Seebeck-Effekt);407
9.5;6.5 Wärmeausdehnung;411
9.5.1;6.5.1 Wärmeausdehnung fester Körper;411
9.5.2;6.5.2 Wärmeausdehnung von Flüssigkeiten;414
9.5.3;6.5.3 Wärmeausdehnung von Gasen;415
9.6;6.6 Temperatur und Frequenz;415
9.7;6.7 Thermochromie;416
9.8;6.8 Segerkegel;416
9.9;6.9 Berührungslose optische Temperaturmessung;417
9.9.1;6.9.1 Strahlungsthermometer (Pyrometer);417
9.9.2;6.9.2 Faseroptische Anwendungen;420
9.9.2.1;6.9.2.1 Intrinsische Sensoren, DTS (Distributed Temperature Sensing);420
9.9.2.2;6.9.2.2 Extrinsische Sensoren;421
9.10;Weiterführende Literatur;422
10;7 Elektrische und magnetische Messgrößen;423
10.1;7.1 Spannung;423
10.1.1;7.1.1 Definition;423
10.1.2;7.1.2 Messanordnungen;427
10.2;7.2 Stromstärke;431
10.2.1;7.2.1 Definition;431
10.2.2;7.2.2 Messanordnungen;432
10.3;7.3 Elektrische Ladung und Kapazität;434
10.3.1;7.3.1 Definition;434
10.3.2;7.3.2 Messanordnungen;437
10.4;7.4 Elektrische Leitfähigkeit und spezifischer elektrischer Widerstand;440
10.4.1;7.4.1 Definition;440
10.4.2;7.4.2 Messanordnungen;441
10.5;7.5 Elektrische Feldstärke;444
10.5.1;7.5.1 Definition;444
10.5.2;7.5.2 Messprinzipien für die elektrische Feldstärke;444
10.6;7.6 Elektrische Energie und Leistung;446
10.6.1;7.6.1 Definitionen;446
10.6.2;7.6.2 Formen von Leistung;446
10.6.3;7.6.3 Messprinzipien;448
10.7;7.7 Induktivität;452
10.7.1;7.7.1 Definition;452
10.7.2;7.7.2 Messprinzipien;452
10.8;7.8 Magnetische Feldstärke;453
10.8.1;7.8.1 Definition;453
10.8.2;7.8.2 Messprinzipien magnetischer Größen;454
10.8.3;7.8.3 Messanordnungen;455
10.8.4;7.8.4 Mehrdimensionale Messungen mit dem Hall-Effekt;456
10.9;Weiterführende Literatur;458
11;8 Radiound fotometrische Größen;459
11.1;8.1 Radiometrie;459
11.1.1;8.1.1 Radiometrische Größen;459
11.1.2;8.1.2 Messung elektromagnetischer Strahlung;463
11.2;8.2 Fotometrie;463
11.2.1;8.2.1 Fotometrische Größen;464
11.2.2;8.2.2 Messung fotometrischer Größen;468
11.3;8.3 Anwendung von Helligkeitssensoren;469
11.4;8.4 Farbe;470
11.4.1;8.4.1 Farbempfinden;470
11.4.2;8.4.2 Farbmodelle;473
11.4.3;8.4.3 Farbsysteme;474
11.4.4;8.4.4 Farbfilter für Sensoren;474
11.4.5;8.4.5 Farbsensoren;477
11.5;Weiterführende Literatur;478
12;9 Akustische Messgrößen;479
12.1;9.1 Definition wichtiger akustischer Größen;479
12.2;9.2 Menschliche Wahrnehmung;480
12.2.1;9.2.1 Pegel;480
12.2.2;9.2.2 Lautstärke;482
12.2.3;9.2.3 Lautheit;483
12.3;9.3 Schallwandler;483
12.4;9.4 Anwendungsfelder;486
12.5;Weiterführende Literatur;488
13;10 Klimatische und meteorologische Messgrößen;489
13.1;10.1 Feuchtigkeit in Gasen;489
13.1.1;10.1.1 Definitionen und Gleichungen;489
13.1.2;10.1.2 Feuchtemessungen in Gasen;493
13.1.2.1;10.1.2.1 Psychrometer, Aufbau und Funktionsweise;493
13.1.2.2;10.1.2.2 Taupunktspiegel;496
13.1.2.3;10.1.2.3 Kapazitive Feuchtemessung;498
13.1.2.4;10.1.2.4 Integrierte kapazitive Feuchtesensoren mit Bus-Ausgang;499
13.2;10.2 Feuchtebestimmung in festen und flüssigen Stoffen;500
13.2.1;10.2.1 Direkte Verfahren zur Bestimmung der Materialfeuchte;501
13.2.1.1;10.2.1.1 Prozentualer Wassergehalt einer Materialprobe;501
13.2.1.2;10.2.1.2 Wasseraktivität einer Materialprobe;502
13.2.1.3;10.2.1.3 Karl-Fischer-Titration;503
13.2.1.4;10.2.1.4 Calciumcarbid-Methode;503
13.2.1.5;10.2.1.5 Calciumhydrid-Methode;504
13.2.2;10.2.2 Indirekte Messverfahren zur Bestimmung der Materialfeuchte;504
13.2.2.1;10.2.2.1 Messung der elektrischen Eigenschaften;504
13.2.2.2;10.2.2.2 Erfassen der optischen Eigenschaften von Wasser und Wasserdampf;505
13.2.2.3;10.2.2.3 Messung des Saugdruckes in feuchten Materialien (Tensiometrie);506
13.2.2.4;10.2.2.4 Messung der atomaren Eigenschaften;507
13.2.2.5;10.2.2.5 Nuklear-Magnetisches-Resonanz-Verfahren (NMR);507
13.2.2.6;10.2.2.6 Messung der Wärmeleitfähigkeit;508
13.3;10.3 Messung von Niederschlägen im Außenklima;509
13.4;10.4 Feuchtemessung in geschlossenen Räumen;511
13.4.1;10.4.1 Messung des Klimas in Wohnungen und am Arbeitsplatz;511
13.4.2;10.4.2 Klima in Museen und Ausstellungsräumen;512
13.4.3;10.4.3 Klima in elektrischen Anlagen;514
13.4.4;10.4.4 Beeinflussen des Raumklimas;514
13.5;10.5 Luftdruck;516
13.6;10.6 Windund Luftströmung;517
13.6.1;10.6.1 Definition;517
13.6.2;10.6.1 Methoden zur Windmessung;517
13.7;10.7 Wasserströmung;521
13.7.1;10.7.1 Definition;521
13.7.2;10.7.2 Direkte und indirekte Durchflussmessung;521
13.8;Weiterführende Literatur;526
14;11 Ausgewählte chemische Messgrößen;527
14.1;11.1 Redoxpotenzial;527
14.1.1;11.1.1 Allgemeines;527
14.1.2;11.1.2 Edelmetallische Redoxelektroden;529
14.1.3;11.1.3 Redoxglaselektroden;531
14.1.4;11.1.4 Bezugselektroden;533
14.2;11.2 Ionen einschließlich Hydroniumionen;536
14.2.1;11.2.1 Allgemeines;536
14.2.2;11.2.2 pH-Messung;536
14.2.3;11.2.3 Weitere Ionen;541
14.3;11.3 Gase;545
14.3.1;11.3.1 Allgemeines;545
14.3.2;11.3.2 Gase im physikalisch gelösten Zustand bzw. bei Normaltemperatur;545
14.3.2.1;11.3.2.1 Festelektrolytsensoren;547
14.3.2.2;11.3.2.2 Elektrochemische Zellen mit festen Elektrolyten;548
14.3.3;11.3.3 Halbleiter-Gassensoren – Metalloxidhalbleitersensoren (MOS);557
14.3.4;11.3.4 Pellistoren;558
14.4;11.4 Elektrolytische Leitfähigkeit;559
14.4.1;11.4.1 Allgemeines;559
14.4.2;11.4.2 Kohlrausch-Messzellen;559
14.4.3;11.4.3 Mehrelektroden-Messzellen;560
14.4.4;11.4.4 Elektrodenlose Leitfähigkeitsmesszellen;561
14.4.5;11.4.5 Beispiele zur Anwendung von Leitfähigkeitssensoren;562
14.5;Weiterführende Literatur;564
15;12 Biologische und medizinische Sensoren;565
15.1;12.1 Biologische Sensorik;565
15.1.1;12.1.1 Biosensorik;565
15.1.2;12.1.2 Echte biologische Sensoren;567
15.2;12.2 Funktionsprinzipien der Biosensoren;568
15.2.1;12.2.1 Kalorimetrische Sensoren;570
15.2.2;12.2.2 Mikrogravimetrische Sensoren;570
15.2.3;12.2.3 Optische Sensoren;572
15.2.4;12.2.4 Elektrochemische Sensoren;574
15.2.5;12.2.5 Immobilisierungsmethoden;576
15.3;12.3 Physikalische und chemische Sensoren in der Medizin;577
15.3.1;12.3.1 Physikalisch-chemische Blutanalysen;578
15.3.2;12.3.2 Klinisch-chemische Blutanalysen;581
15.4;12.4 Enzymatische Methoden – Enzymsensoren;582
15.4.1;12.4.1 Enzymbasierter Analytnachweis;584
15.4.2;12.4.2 Bestimmung der Enzymaktivität;585
15.4.3;12.4.3 Anwendungsfelder enzymatischer Tests;586
15.5;12.5 Immunologische Methoden – Immunosensoren;587
15.5.1;12.5.1 Direkte Immunosensoren;590
15.5.2;12.5.2 Indirekte Immunosensoren;590
15.5.3;12.5.3 Anwendungsfelder von Immunosensoren;592
15.6;12.6 DNA-basierte Sensoren;593
15.6.1;12.6.1 Hybridisierungsdiagnostik;594
15.6.2;12.6.2 Anwendung und Einsatz von DNA-Sensoren;595
15.7;12.7 Zellbasierte Sensorik;597
15.7.1;12.7.1 Metabolischer Zellchip;597
15.7.2;12.7.2 Neuro-Chip;598
15.8;Weiterführende Literatur;599
16;13 Messgrößen für ionisierende Strahlung;601
16.1;13.1 Einführung und physikalische Größen;601
16.2;13.2 Wechselwirkung von ionisierender Strahlung mit Materie;605
16.3;13.3 Einteilung der Sensoren;609
16.4;13.4 Gasgefüllte Strahlungssensoren;612
16.5;13.5 Strahlungssensoren nach dem Anregungsprinzip;616
16.6;13.6 Halbleitersensoren;618
16.7;Weiterführende Literatur;626
17;14 Fotoelektrische Sensoren;627
17.1;14.1 Strahlung;627
17.2;14.2 Szintillatoren;628
17.3;14.3 Äußerer Fotoeffekt;629
17.3.1;14.3.1 Fotomultiplier;629
17.3.2;14.3.2 Channel-Fotomultiplier;630
17.3.3;14.3.3 Bildaufnahmeröhren;631
17.4;14.4 Innerer Fotoeffekt;631
17.4.1;14.4.1 Fotoleiter;632
17.4.2;14.4.2 Fotodioden;633
17.4.3;14.4.3 Fototransistor, Fotothyristor und Foto-FET;635
17.4.4;14.4.4 CMOS-Bildsensoren;636
17.4.5;14.4.5 Hochdynamische CMOS-Bildsensoren;636
17.5;14.5 CCD-Sensoren;638
17.5.1;14.5.1 Zeilensensoren;638
17.5.2;14.5.2 CCD-Matrixsensoren;640
17.6;14.6 Quantum Well Infrared Photodetector QWIP;641
17.7;14.7 Thermische optische Detektoren;642
17.7.1;14.7.1 Thermosäulen;643
17.7.2;14.7.2 Pyroelektrische Detektoren;645
17.7.3;14.7.3 Bolometer;646
18;15 Signalaufbereitung und Kalibrierung;647
18.1;15.1 Signalaufbereitung;647
18.1.1;15.1.1 Analoge (diskrete) Signalaufbereitung;647
18.1.2;15.1.2 Signalaufbereitung mit Systemschaltkreisen;648
18.1.3;15.1.3 Signalaufbereitung mit ASICs;649
18.1.4;15.1.4 Signalaufbereitung mit Mikrocontrollern;649
18.2;15.2 Sensorkalibrierung;650
18.2.1;15.2.1 Passive Kompensation;651
18.2.2;15.2.2 Justage mit analoger Signalverarbeitung;651
18.2.3;15.2.3 Justage mit digitaler Signalverarbeitung;652
18.3;15.3 Energiemanagement bei Sensoren;654
18.4;Weiterführende Literatur;656
19;16 Interface;657
19.1;16.1 Analoge Interfaces;657
19.1.1;16.1.1 Spannungsausgang;658
19.1.2;16.1.2 Ratiometrischer Spannungsausgang;658
19.1.3;16.1.3 Stromausgang;658
19.1.4;16.1.4 Frequenzausgang und Pulsweitenmodulation;660
19.1.5;16.1.5 4-/6-Draht-Interface;661
19.2;16.2 Digitale Interfaces;662
19.2.1;16.2.1 CAN-Gruppe;664
19.2.2;16.2.2 LON;665
19.2.3;16.2.3 HART;666
19.2.4;16.2.4 RS485;666
19.2.5;16.2.5 IO-Link;667
19.2.6;16.2.6 Profibus;669
19.2.7;16.2.7 I2C;669
19.2.8;16.2.8 SPI;670
19.2.9;16.2.9 IEEE 1451;671
19.3;Weiterführende Literatur;674
20;17 Sicherheitsaspekte bei Sensoren;675
20.1;17.1 Eigenschaften zur Funktionsüberwachung;675
20.2;17.2 Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV);678
20.3;17.3 Funktionale Sicherheit (SIL);681
20.4;17.4 Sensoren in explosiver Umgebung (ATEX);683
20.4.1;17.4.1 Grundlagen des ATEX;683
20.4.2;17.4.2 Zündschutzart Eigensicherheit;685
20.4.3;17.4.3 Zündschutzart druckfeste Kapselung;687
20.5;Weiterführende Literatur;687
21;18 Messfehler, Messgenauigkeit und Messparameter;688
21.1;18.1 Einteilung der Messfehler nach ihrer Ursache;688
21.2;18.2 Darstellung von Messfehlern;689
21.2.1;18.2.1 Arithmetischer Mittelwert, Fehlersumme und Standardabweichung;689
21.2.2;18.2.2 Absoluter Fehler;690
21.2.3;18.2.3 Relativer Fehler;691
21.3;18.3 Messparameter;693
21.3.1;18.3.1 Streuung von Messwerten;693
21.3.2;18.3.2 Auflösung von Messwerten;694
21.3.3;18.3.3 Signal-Rausch-Abstand und Dynamik von Messwerten;695
21.4;Weiterführende Literatur;695
22;Sachwortverzeichnis;696
