4. Messeffekte und Sensoren für physikalische Messgrößen

Manfred Rost; Sandro Wefel

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4. Messeffekte und Sensoren für physikalische Messgrößen

Manfred Rost
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4. Messeffekte und Sensoren fürphysikalische MessgrößenIn diesem Kapitel stellen wir ausgewählte Messeffekte und daraus abgeleitete Sensorkonzeptefür eine Auswahl von Messgrößen1vor. Wir betrachten in diesem Kapitel Sensoren für:• thermische Größen,• mechanische Größen,• optische Größen,• magnetische Größen sowie• ionisierende Strahlung.Sensoren für chemische Messgrößen behandeln wir in Kapitel 5.Für die Abbildung der nichtelektrischen Messgröße in den elektrischen Kreis werden unter-schiedlichste Effekte genutzt; man kann sie in folgende Gruppen gliedern• Geometrieänderung im Messkreis• Festkörper-Volumeneffekte• Volumeneffekte in Flüssigkeiten und Gasen• Effekte an inneren Festkörper-Grenzflächen• Effekte an der Grenzfläche fest-flüssig• Effekte an der Grenzfläche fest-gasförmig• Effekte in einem Übertragungskanal.Oft entsteht ein Messeffekt dadurch, dass ein Testsignal in einem Übertragungskanal von derMessgröße verändert wird. In anderen Fällen ist die gemessene Größe nur von sekundäremInteresse und dient als leicht messbare Hilfsgröße der Ermittlung einer ganz anderen physika-lischen oder chemischen Größe. Beides ist Gegenstand von Kapitel 6.Der Übersichtlichkeit wegen stellen wir am Anfang der folgenden Kapitel jeweils zuerst wich-tige Messeffekte und Sensorarten für bestimmte Messgrößen sowie die Abbildung auf eineder möglichen elektrischen Ausgangsgrößen (U, I, Qbzw.R, L, C) tabellarisch zusammen.Die Einzelheiten erklären wir danach im Text. Die Vielfalt der Sensorrealisierungen lässt ver-schiedene Systematiken zu (z.B. Gliederung nach Messgrößen, nach Einsatzbereichen, nachWerkstoffen usw.); wir gliedern nach Messgrößen.Neben der Messgröße selbst interessiert uns insbesondere die elektrische Ausgangsgröße, weildiese den Aufbau der nachfolgenden Primärelektronik und weiterer elektronischer Komponen-ten maßgeblich bestimmt.In vielen Fällen taugt ein Sensorelement allein nicht zur Erfassung einer gewünschten Mess-größe. Oft sind Primärwandler notwendig, die dem Sensorelement vorgeschaltet werden und1Viele Messgrößen, wie die Kraft, die Beschleunigung oder dasB−Feld sind Vektoren. Bei Sensorelementen be-trachten wir jeweils nur eine Komponente dieser Vektoren und wählen deshalb in der Regel eine skalare Darstellung.https://doi.org/10.1515/9783110772739-004

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4. Messeffekte und Sensoren fürphysikalische MessgrößenIn diesem Kapitel stellen wir ausgewählte Messeffekte und daraus abgeleitete Sensorkonzeptefür eine Auswahl von Messgrößen1vor. Wir betrachten in diesem Kapitel Sensoren für:• thermische Größen,• mechanische Größen,• optische Größen,• magnetische Größen sowie• ionisierende Strahlung.Sensoren für chemische Messgrößen behandeln wir in Kapitel 5.Für die Abbildung der nichtelektrischen Messgröße in den elektrischen Kreis werden unter-schiedlichste Effekte genutzt; man kann sie in folgende Gruppen gliedern• Geometrieänderung im Messkreis• Festkörper-Volumeneffekte• Volumeneffekte in Flüssigkeiten und Gasen• Effekte an inneren Festkörper-Grenzflächen• Effekte an der Grenzfläche fest-flüssig• Effekte an der Grenzfläche fest-gasförmig• Effekte in einem Übertragungskanal.Oft entsteht ein Messeffekt dadurch, dass ein Testsignal in einem Übertragungskanal von derMessgröße verändert wird. In anderen Fällen ist die gemessene Größe nur von sekundäremInteresse und dient als leicht messbare Hilfsgröße der Ermittlung einer ganz anderen physika-lischen oder chemischen Größe. Beides ist Gegenstand von Kapitel 6.Der Übersichtlichkeit wegen stellen wir am Anfang der folgenden Kapitel jeweils zuerst wich-tige Messeffekte und Sensorarten für bestimmte Messgrößen sowie die Abbildung auf eineder möglichen elektrischen Ausgangsgrößen (U, I, Qbzw.R, L, C) tabellarisch zusammen.Die Einzelheiten erklären wir danach im Text. Die Vielfalt der Sensorrealisierungen lässt ver-schiedene Systematiken zu (z.B. Gliederung nach Messgrößen, nach Einsatzbereichen, nachWerkstoffen usw.); wir gliedern nach Messgrößen.Neben der Messgröße selbst interessiert uns insbesondere die elektrische Ausgangsgröße, weildiese den Aufbau der nachfolgenden Primärelektronik und weiterer elektronischer Komponen-ten maßgeblich bestimmt.In vielen Fällen taugt ein Sensorelement allein nicht zur Erfassung einer gewünschten Mess-größe. Oft sind Primärwandler notwendig, die dem Sensorelement vorgeschaltet werden und1Viele Messgrößen, wie die Kraft, die Beschleunigung oder dasB−Feld sind Vektoren. Bei Sensorelementen be-trachten wir jeweils nur eine Komponente dieser Vektoren und wählen deshalb in der Regel eine skalare Darstellung.https://doi.org/10.1515/9783110772739-004

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