Meßtechnik in der Versorgungstechnik

1 Allgemeine Meßtechnik.- 1.1 Grundsätzliches.- 1.2 Grundbegriffe des Messens.- 1.2.1 Internationales Einheitensystem (SI), Begriffe des Normes, Eichen, Justieren, Kalibrieren.- 1.2.2 Das Meßgerät als System, der Begriff der Übertragung.- 1.3 Meßfehler.- 1.3.1 Statische Fehler, empirische Beschreibung und Klassifizierung.- 1.3.2 Statische Fehler mit systematischen Fehlerursachen.- 1.3.3 Statische Fehler mit zufälligen Fehlerursachen.- 1.3.4 Dynamische Fehler.- 1.3.5 Fehlerkennwerte in der Praxis.- 1.4 Lineare Regression.- 1.5 Filterung.- 1.5.1 Analoge Filterung.- 1.5.2 Digitale Filterung.- 1.6 Anzeige und Registrierung der Meßergebnisse.- 1.6.1 Anzeige.- 1.6.2 Registrierung.- 2 Temperaturmessung.- 2.1 Einleitung.- 2.1.1 Wärmeübertragung.- 2.1.2 Messung der Raumtemperatur.- 2.1.3 Messung in Rohrleitungen.- 2.1.4 Messung im Luftkanal.- 2.1.5 Messung der Außentemperatur.- 2.2 Anwendungsbereiche von Temperaturmeßgeräten.- 2.3 Mechanische Berührungsthermometer.- 2.3.1 Flüssigkeits-Glasthermometer.- 2.3.2 Flüssigkeits-und Dampfdruck-Federthermometer.- 2.3.3 Metall-Ausdehnungsthermometer.- 2.4 Elektrische Temperaturmessung.- 2.4.1 Widerstandsthermometer.- 2.4.1.1 Platin- 100-Sensor, Pt-100 nach DIN IEC 751.- 2.4.1.2 Nickel- 100-Sensor, Ni-100 nach DIN 43760.- 2.4.1.3 Nickel-1000- und Platin- 1000-Sensoren.- 2.4.1.4 Mittelwertbildung mit Widerstandssensoren.- 2.4.2 Halbleiter-Sensoren.- 2.4.3 Elektronische Temperatursensoren.- 2.4.4 Thermoelemente.- 2.4.5 Sekundenthermometer.- 2.4.6 Quarz-Temperatursensoren.- 2.5 Temperatur-Meßfarben.- 2.6 Strahlungspyrometer.- 2.7 Thermografie.- 3 Kraft und Druckmessung.- 3.1 Kraftmeßtechnik.- 3.1.1 Federkörper-Krafitmeßtechnik.- 3.1.2 Piezoelektrische Krafltmeßtechnik.- 3.1.3 Drehmomentmeßtechnik.- 3.1.4 Wägetechnik.- 3.2 Dehnungsmeßtechnik.- 3.2.1 Mechanische und optische Dehnungsmeßgeräte.- 3.2.2 Dehnungsmeßstreifen (DMS).- 3.2.2.1 Meßprinzip von Dehnmeßstreifen.- 3.3 Flüssigkeitsstand und Druck.- 3.3.1 Verfahren zur Bestimmung des Flüssigkeitsstandes.- 3.3.1.1 Schwimmer und Tastplatten.- 3.3.1.2 Elektrische Verfahren.- 3.3.1.3 Hydrostatische und pneumatische Verfahren.- 3.3.2 Druckmessung.- 4 Messung von Strömungsgeschwindigkeit, Durchfluß und Massenstrom.- 4.1 Allgemeines.- 4.2 Gasförmige Medien.- 4.2.1 Pitot-und Staurohr.- 4.2.2 Schalenkreuz-und Flügelradanemometer.- 4.2.3 Thermisches Anemometer.- 4.2.4 Laser-Doppler-Anemometer.- 4.3 Strömungsgeschwindigkeit, Durchfluß, Massenstrom.- 4.3.1 Volumenzähler.- 4.3.2 Wirkdruckverfahren.- 4.3.3 Induktive Durchflußmesser.- 4.3.4 Ultraschall-Strömungsmesser.- 5 Schallmessung.- 5.1 Schall und Schallfeld.- 5.1.1 Schallkenngrößen.- 5.1.1.1 Schalldruck.- 5.1.1.2 Schalleistung.- 5.1.2 Schallausbreitung.- 5.1.2.1 Elementare Schallstrahler.- 5.1.2.2 Kolbenstrahler.- 5.1.2.3 Stehende Schallwellen.- 5.1.2.4 Nahfeld und Fernfeld.- 5.1.2.5 Freies Schallfeld und diffuses Schallfeld.- 5.1.3 Schalldruckpegel.- 5.1.3.1 Bewertung von Schalldruckpegeln.- 5.1.3.2 Mittelung von Schalldruckpegeln.- 5.1.3.3 Beurteilung zeitlich schwankender Geräusche.- 5.2 Messung der Schallkenngrößen.- 5.2.1 Schallpegelmesser.- 5.2.1.1 Mikrofon.- 5.2.1.2 Kalibrierung.- 5.2.2 Schalleistungsmessung.- 5.2.2.1 Hüllflächenverfahren.- 5.2.2.2 Hallraum-Verfahren.- 5.3 Frequenzanalyse.- 6 Analysenmeßtechnik, Bestimmung von Konzentrationen.- 6.1 Gasanalyse.- 6.1.1 Einleitende Bemerkungen.- 6.1.2 Fotometrische Verfahren.- 6.1.2.1 Fotometrische Gasanalyse.- 6.1.2.2 Fotometrische Staubmessung.- 6.1.3 Streulichtverfahren.- 6.1.4 ß-Strahlen-Absorption.- 6.1.5 Bestimmung der Rußzahl.- 6.1.6 Gravimetrische Verfahren.- 6.1.7 Wärmeleitverfahren.- 6.1.8 Wärmetönungssensoren (Reaktionswärmesensoren, Pellistoren).- 6.1.9 Festelektrolyt-Gassensoren (?-Sonde und Sauerstoffmeßzelle).- 6.1.10 Elektrochemische Sensoren.- 6.1.11 Halbleiter-Gassensoren (Mischgassensoren).- 6.1.12 Flammenionisationsdetektor (FID).- 6.1.13 Sauerstoffanalyse unter Ausnutzung des Paramagnetismus.- 6.1.14 Chemilumineszenz zur Messung der Konzentration von NO, NO2, und NOx.- 6.1.15 Gaschromatographie.- 6.1.16 Massenspektrometrie.- 6.1.17 Kolorimetrische Verfahren.- 6.1.17.1 Prüfröhrchen.- 6.1.17.2 Kolorimetrie mit Reagenzpapierstreifen.- 6.1.18 Konduktometrie und Potentiometrie.- 6.2 Luftfeuchtemessung.- 6.2.1 Physikalische Grundlagen.- 6.2.2 Meßverfahren.- 6.2.2.1 Psychrometer.- 6.2.2.2 Haarhygrometer.- 6.2.2.3 Lithiumchlorid-Hygrometer, LiCI.- 6.2.2.4 Bistreifenhygrometer (Federhygrometer).- 6.2.2.5 Leitfilm-Hygrometer.- 6.2.2.6 Kapazitive Feuchtemessung.- 6.2.2.7 Taupunkthygrometer.- 6.2.2.8 Sensor zur Ermittlung der absoluten Feuchte.- 6.2.2.9 Optisch-Akustische Feuchtemessung (Gasmotor).- 6.2.2.10 Feuchtemessung durch Messung der Schallgeschwindigkeit.- 6.3 Wasseranalyse.- 6.3.1 Qualitätsparameter des Wassers.- 6.3.1.1 Wasserarten.- 6.3.1.2 Wasserqualität.- 6.3.1.3 Bestimmung der Wasserqualitätsparameter.- 6.3.2 Maßanalytische Verfahren.- 6.3.3 Gravimetrische Verfahren.- 6.3.4 Elektrometrische Verfahren.- 6.3.4.1 Bestimmung des pH-Wertes.- 6.3.4.2 Bestimmung der Redoxspannung.- 6.3.4.3 Einzelsubstanzbestimmung mit ionenselektiven Elektroden.- 6.3.4.4 Bestimmung von gelöstem Sauerstoff.- 6.3.4.5 Bestimmung von freiem Chlor.- 6.3.4.6 Bestimmung der elektrolytischen Leitfähigkeit.- 6.3.5 Optische Verfahren.- 6.3.5.1 Bestimmung der Trübung.- 6.3.5.2 Fotometrische Bestimmungen.- 6.3.5.3 Spektrometrische Bestimmungen.- 6.3.6 Chromatografische Verfahren.- 6.3.7 Bestimmungsverfahren für Summenparameter.- 6.3.7.1 Bestimmung des biochemischen Sauerstoffbedarfs (BSB).- 6.3.7.2 Bestimmung des chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB).- 6.3.7.3 Bestimmung des gesamten organisch gebundenen Kohlenstoffes (TOC).- 6.3.7.4 Bestimmung von Stickstoff..- 6.3.7.5 Bestimmung von Phosphor.- 6.3.7.6 Bestimmung der adsorbierbaren organischen Halogene (AOX).- 6.3.7.7 Bestimmung der Wasserhärte.- 6.3.7.8 Bestimmung der Säure- und Basekapazität.- 6.3.8 Sensorische Verfahren.- 6.3.8.1 Bestimmung von Gerüchen.- 6.3.8.2 Bestimmung der Färbung.- 6.3.9 Testverfahren mit Wasserorganismen.- 6.3.10 Zusammenstellung der Meßverfahren.- 6.3.11 Literaturverzeichnis.- 7 Meßumformer und Meßverstärker.- 7.1 Umformung der wichtigsten Sensorsignale in elektrische Signale.- 7.1.1 Meßumformer für ohmsche Sensorwiderstände.- 7.1.1.1 Die Stromversorgung des Sensorwiderstands.- 7.1.1.2 Spannungskompensation und Wheatstone-Brücke.- 7.1.1.3 Die Verbindung des Sensorwiderstands mit dem Meßumformer.- 7.1.2 Umformung einer elektrischen Kapazität in ein anderes elektrisches Signal.- 7.2 Meßverstärker.- 7.2.1 Elektronische Operationsverstärker als Meßverstärker.- 7.2.1.1 Invertierender Verstärker.- 7.2.1.2 Elektrometerverstärker.- 7.2.1.3 Wechselspannungsverstärker, Trägerfrequenzverstärker.- 7.2.2 Pneumatische Verstärker.- 7.2.2.1 Pneumatische Düsen-Prallplatten-Verstärker.- 7.2.2.2 Pneumatische Leistungsverstärker.- 7.3 Rechenschaltungen mit Operationsverstärkern.- 7.3.1 Summator.- 7.3.2 Subtrahierschaltung.- 7.3.3 Instrumentenverstärker, Elektrometersubtrahierer.- 7.4 Signalübertragung mit eingeprägtem Strom.- 7.4.1 Spannungs-/Strom-Wandler.- 7.4.2 Strom-/Spannungs-Wandler.- 7.5 Weitere Operationsverstärkerschaltungen.- 7.5.1 Präzisionsgleichrichter.- 7.5.2 Phasenempfindliche Gleichrichter.- 7.5.3 Schaltungen zur Linearisierung von Kennlinien.- 7.6 Abgleich von Meßumformern.- 7.7 Anwendungsbeispiele.- 7.7.1 Brückenverstärker für einen Pt100-Temperatursensor.- 7.7.2 Verstärker für einen NiCr-Ni-Sensor.- 7.7.3 Begrenzung der Ausgangsspannung auf den Signalbereich.- 8 Struktuelle Maßnahmen in Meßsystemen zur Verbesserung der Meßqualität.- 8.1 Kettenstruktur.- 8.2 Parallelstruktur.- 8.2.1 Mittelwertbildung, Anwendungsbeispiele.- 8.2.2 Differenzprinzip, Anwendungsbeispiel.- 8.3 Kreisstruktur.- 8.3.1 Gegenkopplung, Anwendungsbeispiele.- 8.3.2 Mitkopplung.- 8.4 Modulationsprinzip.- 8.5 Verarbeitung von Meßgrößen durch Rechenoperationen.- 8.6 Modellgestützte Meßverfahren.- 9 Meßtechnische Anwendungen in der Versorgungstechnik.- 9.1 Wärmemengenbestimmung — Heizkosten-Abrechnung.- 9.1.1 Gesetzliche Grundlagen.- 9.1.1.1 Bereich der Anwendung.- 9.1.1.2 Pflicht zur Verbrauchserfassung und zur verbrauchsabhängigen Kostenverteilung.- 9.1.1.3 Aufzuteilende Kosten und deren Verteilung.- 9.1.1.4 Trennung der Kosten für Raumheizung und Warmwasser.- 9.1.1.5 Kostenaufteilung bei Nutzwechsel.- 9.1.1.6 Eichpflicht.- 9.1.1.7 Termin für die Ausstattung zur Verbrauchserfassung und Kürzungsrecht des Mieters bei Nichtbeachtung.- 9.1.1.8 Beispiel einer Heizkosten-Abrechnung.- 9.1.2 Wärmemengenzähler.- 9.1.2.1 Gesetzliche Grundlagen.- 9.1.2.2 Gerätetechnik.- 9.1.2.3 Einbauplanung.- 9.1.3 Heizkostenverteiler.- 9.1.3.1 Heizkostenverteiler auf Basis der Heizkörpertemperatur.- 9.1.3.2 Heizkostenverteiler mit dem Heizmittelstrom als Basis.- 9.2 Volumenstrommessung in Anlagen der Raumlufttechnik.- 9.2.1 Volumenstrommessung in Kanälen.- 9.2.1.1 Volumenstrommessung mit Staudrucksonde.- 9.2.2 Volumenstrommessung an Luftdurchlässen.- 9.2.2.1 Kompensationsverfahren.- 9.2.2.2 Airbag-Verfahren.- 9.2.2.3 Schlaufenmessung.- 9.2.3 Meßgeräte.- 9.3 Raumluftqualität.- 9.3.1 Quellen der Belastung und kontrollierte Lüftung.- 9.3.2 Ein Maßstab für die Raumluftqualität.- 9.3.3 Raumluftqualitätsbezogener Außenluftstrom.- 9.3.4 Meßverfahren zur Bestimmung der Raumluftqualität.- 10 Qualitätssicherung.- 10.1 Wozu Qualitätssicherung.- 10.2 Wesentliche Elemente eines Qualitätsmanagementsystems.- 10.3 Qualitätsmanagement im Prüflabor.- Sachwortverzeichnis.