|
Grundlagen der Messtechnik (GMT)
- Verantwortliche/Verantwortlicher
- Prof. Dr.-Ing. habil. Tino Hausotte
- Angaben
- Vorlesung
2 SWS
nur Fachstudium, Sprache Deutsch und Englisch
- Studienfächer / Studienrichtungen
- WPF WING-BA-MB-ING-MG6 3-6 (ECTS-Credits: 2,5)
PF MB-BA 5 (ECTS-Credits: 2,5)
PF MB-BA-S 2 (ECTS-Credits: 2,5)
WPF WING-MA 1-3 (ECTS-Credits: 2,5)
PF ME-BA 5 (ECTS-Credits: 2,5)
PF ME-BA-S 4 (ECTS-Credits: 2,5)
PF BPT-BA-M 5 (ECTS-Credits: 2,5)
PF MT-BA-GP 3 (ECTS-Credits: 2,5)
PF MT-BA-GP-S 4 (ECTS-Credits: 2,5)
PF ET-BA 3 (ECTS-Credits: 2,5)
PF IP-BA-S 2 (ECTS-Credits: 2,5)
- Voraussetzungen / Organisatorisches
- Kenntnisse in Physik, Mathematik und Elektrotechnik
Unterlagen zur Lehrveranstaltung werden passwortgeschützt auf der Lernplattform StudOn bereitgestellt. Das Passwort wird in der ersten Vorlesung bekannt gegeben.
Informationen zur Prüfung erhalten Sie unter der zugeordneten UnivIS-Modulbeschreibung (siehe Link unten)
Die Prüfungen über Grundlagen der Messtechnik [GMT] (Prüfungnr. 45101) und Fundamentals of Metrology [FoM] (Prüfungnr. 47701) sind inhaltlich identisch. Die Aufgabenstellung der Prüfung über GMT ist nur in Deutsch, während die Aufgabenstellung der Prüfung über FoM bilingual (englisch-deutsch) ist.
Prüfungstermine, eine allgemeine Regel der Prüfungstagvergabe und Termine der Klausureinsicht finden Sie auf StudOn: Prüfungstermine und Termine der Klausureinsicht
Ansprechpartner für organisatorische Fragen: Dipl.-Ing. Wito Hartmann
- Inhalt
- Allgemeine Grundlagen
Wesen des Messens: SI-Einheitensystem • Definitionen der SI Einheiten (cd, K, kg, m, s, A, mol) • Messung • Extensive und intensive Größen • Messen, Prüfen und Lehren • objektives und subjektives Prüfen • Grundvoraussetzungen für das Messen • Weitergabe und Rückführung der Einheiten • Gebrauch und korrekte Angabe der Einheiten • Messwert, wahrer Wert, ausgegebener Wert • Messabweichung
Messprinzipien und Messmethoden: Messprinzip, Messmethode und Messverfahren • Ausschlagmessmethode, Differenzmessmethode, Substitutionsmessmethode und Nullabgleichsmethode (Kompensationsmethode) • direkte und indirekte Messmethoden • analoge und digitale Messmethoden • absolute und inkrementelle Messmethoden • Auflösung und Empfindlichkeit • Kennlinie und Kennlinienarten
Statistik – Auswertung von Messreihen: Berechnung eines Messergebnisses anhand von Messreihen • Grundbegriffe der deskriptiven Statistik • Darstellung und Interpretation von Messwertverteilungen (Histogramme) • Häufigkeit (absolute, relative, kumulierte, relative kumulierte) • Berechnung und Interpretation grundlegender Parameter: Lage (Mittelwert, Median, Modus), Streuung (Spannweite, Varianz, Standardabweichung), Form (Schiefe, Kurtosis bzw. Exzess) • Stochastik und Verteilungen (Rechteck-, U- und Normalverteilung) • statistische Tests und statistische Schätzverfahren • Korrelation und Regression
Messabweichungen und Messunsicherheit: Messwert, Wahrer Wert, vereinbarter Wert, erfasster Wert, ausgegebener Wert • Einflüsse auf die Messung (Ishikawa-Diagramm) • Messabweichung (systematische, zufällige) • Korrektion bekannter systematischer Messabsweichungen • Kalibrierung, Verifizierung, Eichung • Messpräzision und Messgenauigkeit • Wiederholbedingungen/-präzision, Vergleichsbedingungen/-präzision, Erweiterte Vergleichsbedingungen/-präzision • Messunsicherheit • korrekte Angabe eines Messergebnisses • Übersicht über Standardverfahren des GUM (Messunsicherheit)
Messgrößen des SI Einheitensystems
Messen elektrischer Größen und digitale Messtechnik: Messung von Strom und Spannung (strom- und spannungsrichtige Messung), Bereichsanpassung • Wheatstonesche Brückenschaltung (Viertel-, Halb- und Vollbrücke, Differenzverfahren und Nullabgleichverfahren) • Charakteristische Werte sinusförmiger Wechselgrößen (Wechselspannungsbrücke) • Operationsverstärker (Invertierender Verstärker, Nichtinvertierender Verstärker, Impedanzwandler) • Digitalisierungskette (Filter, Abtast-Halte-Glied, Analog-Digital-Wandlung) • Abweichungen bei der Analog-Digital-Wandlung
Messen optischer Größen: Licht und Eigenschaften des Lichtes • Fotodetektoren (Fotowiderstände, Fotodioden) • Empfindlichkeitsspektrum des Auges • Radiometrie und Photometrie • Lichtstärke (cd, candela) • Strahlungsgesetze
Messen von Temperaturen: Temperatur, SI-Einheit, Definition • Wärmeübertragung (Wärmeleitung, Konvektion, Wärmestrahlung) • Fixpunkte (Tripelpunkte, Erstarrungspunkte), Fixpunktzellen, internationale Temperaturskala (ITS-90) • Berührungsthermometer • Metall-Widerstandsthermometer, Messschaltungen für Widerstandsthermometer • Thermoelemente, Messschaltungen für Thermoelemente • Messabweichungen von Berührungsthermometern • Strahlungsgesetze, Pyrometer (siehe Optische Größen) • Messabweichungen von Pyrometern
Zeit und Frequenz: Zeitmessung • Atomuhr • Globales Positionssystem • Darstellung der Zeit • Verbreitung der Zeitskala UTC • Frequenz- und Phasenwinkelmessung
Längenmesstechnik: Meterdefinition • Abbesches Komparatorprinzip, Abweichungen 1.- und 2.-Ordnung • Längenmessung mit Linearencodern, Bewegungsrichtung, Ausgangssignale, Differenzsignale • Absolutkodierung (V-Scannen und Gray Code) • Interferometer, Michelson-Interferometer, Grundlagen der Interferenz, Homodynprinzip, Heterodynprinzip, Interferenz am Homodyninterferometer, destruktive und konstruktive Interferenz, Einfluss Luftbrechzahl
Winkel und Neigung: ebener Winkel, Winkeleinheiten • Maßverkörperungen • Winkelmessgeräte • Neigungsmessung • optische Winkelmessgeräte • Messabweichungen • räumlicher Winkel, Raumwinkel
Kraft und Masse: Definition SI-Einheit Kilogramm, Massenormale, Prinzip der Masseableitung • Definition Masse, Kraft und Drehmoment • Messprinzipien von Waagen • Balkenwaage, Federwaage, Unter- und oberschalige Waagen, Ecklastabhängigkeit, DMS-Waage, EMK-Waage, Massekomparatoren • Einflussgrößen bei Massebestimmung • Kraftmessung, Kraftmessung mit DMS, magnetoelastische und piezoelektrische Kraftmessung
Teilgebiete der industriellen Messtechnik
Prozessmesstechnik (Druck und Durchfluss): Definition des Druckes • Druckarten (Absolutdruck, Überdruck, Differenzdruck) • Druckwaage (Kolbenmanometer), U-Rohrmanometer, Rohrfedermanometer, Plattenfedermanometer • Drucksensoren (mit DMS, piezoresistiv, kapazitiv, piezoelektrisch) • Durchflussmessung (Volumenstrom und Massestrom, Strömung von Fluiden) • volumetrische Verfahren, Wirkdruckverfahren, Schwebekörper-Durchflussmessung, magnetisch-induktive Durchflussmessung, Ultraschall-Durchflussmessung • Massedurchflussmessung (Coriolis, Thermisch)
Fertigungsmesstechnik: Teilaufgaben der Fertigungsmesstechnik, Ziele der Fertigungsmesstechnik • Gestaltparameter von Werkstücken (Mikro- und Makrogestalt), Gestaltabweichungsarten, Messen, Prüfen, Überwachen • Gegenüberstellung klassische Messtechnik und Koordinatenmesstechnik, Standardgeometrieelemente • Bauarten und Grundstruktur von Koordinatenmessgeräten • Vorgehensweise bei Messen mit einem Koordinatenmessgerät
Mikro und Nanomesstechnik: Anforderungen der Mikrosystemtechnik an die Messtechnik • Sensoren und Tastsysteme für Mikrosystemtechnik (taktile Sensoren, opto-taktiler Fasertaster, Fokussensor, Chromatischer Weißlichtsensor) • Rasterkraftmikroskop (Aufbau, Arbeitsweisen), Rastertunnelmikroskop • Nanokoordinatenmessung: 3-D Realisierung des abbeschen Komparatorprinzips • Maßnahmen zur Reduktion der Einflüsse
- Empfohlene Literatur
- DIN e.V. (Hrsg.): Internationales Wörterbuch der Metrologie – Grundlegende und allgemeine Begriffe und zugeordnete Benennungen (VIM) ISO/IEC-Leitfaden 99:2007. Beuth Verlag GmbH, 3. Auflage 2010
Hoffmann, Jörg: Handbuch der Messtechnik. 4. Auflage, Carl Hanser Verlag München, 2012 – ISBN 978-3-446-42736-5
Lerch, Reinhard: Elektrische Messtechnik. 6. Auflage, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2012 – ISBN 978-3-642-22608-3
Richter, Werner: Elektrische Meßtechnik. 3. Auflage, Verlag Technik Berlin, 1994 - ISBN 3-341-01106-4
Kohlrausch, Friedrich: Praktische Physik : zum Gebrauch für Unterricht, Forschung und Technik. Band 1-3, 24. Auflage, Teubner Verlag, 1996 – ISBN 3-519-23001-1, 3-519-23002-X, 3-519-23000-3
Ernst, Alfons: Digitale Längen- und Winkelmesstechnik. 4. Auflage, Verlag Moderne Industrie, 2001 – ISBN 3-478-93264-5
Pfeifer, Tilo: Fertigungsmeßtechnik. R. Oldenbourg Verlag München Wien, 1998 – ISBN 3-486-24219-9
Keferstein, Claus P.: Fertigungsmesstechnik. 7. Auflage, Vieweg+Teubner Verlag, 2011 – ISBN 978-3-8348-0692-5
Warnecke, H.-J.; Dutschke, W.: Fertigungsmeßtechnik. Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York Tokyo, 1984 – ISBN 3-540-11784-9
Internetlinks für weitere Information zum Thema Messtechnik
- ECTS-Informationen:
- Title:
- Fundamentals of Metrology
- Prerequisites
-
- Contents
- Basic principles
Essence of measuring: SI unit system • Definitions of SI units (cd, K, kg, m, s, A, mol) • What is measuring? • Extensive and intensive quantities • Measuring, testing and gauging • Objective and subjective testing • Basic requirements for measuring • Transmission and use of the units • Correct use and notation of units • Measured value, true value, output value • Measurement deviations
Principles and methods of measurement: Principles, methods and procedures of measurement • Deflection, differential, substitution and compensation measurement methods • Direct and indirect measurement methods • Analog and digital measurement methods • Absolute and incremental measurement methods • Resolution and sensitivity • Curve and kinds of curves
Statistics – Evaluation of measurements series: Calculation of a measurement result based on measurement series • Basic terms of descriptive statistics • Presentation and interpretation of measured value distributions (histograms) • Frequency (absolute, relative, cumulative, relative cumulative) • Calculation and interpretation of basic parameters: location (mean, median, mode), dispersion (range, variance, standard deviation), shape (skewness and excess kurtosis) • Stochastics and distributions (rectangle, U and normal distribution) • statistical tests and statistical estimation methods • Correlation and regression
Measurement errors and measurement uncertainty: Measured value, true value, conventional quantity value, detected value, output value • Influences on the measurement (Ishikawa diagram) • Measurement error (systematic, random) • Correction of known systematic measurement errors • Calibration, verification, legal verification • Measurement precision and accuracy • Repeatability conditions and precision , Comparison conditions and precision, extended comparison conditions and precision • Measurement uncertainty • Correct specification of a measurement result • Overview of standard method of the GUM (measurement uncertainty)
Mesurands of the SI system of units
Measurement of electrical quantities: Measurement of current and voltage (current and voltage correct measurement), range adjustment • Wheatstone bridge circuit (quarter, half and full bridge, differential method and null balancing procedures) • Characteristic values of sinusoidal alternating quantities (alternating voltage bridge) • Operational Amplifier (Inverting amplifier, non-inverting amplifier, impedance converter) • Digitising chain (filters, sample-and-hold device, analog-digital conversion) • Variations in the analog-to-digital conversion
Measurement of optical quantities: Light and properties of light • Photo detectors (photo resistors, photo diodes) • Sensitivity range of the eye • Radiometry and photometry • Luminous intensity (cd, candela) • Radiation laws
Measurement of temperatures: Temperature, SI unit, definition • Heat transfer (conduction, convection, radiation) • Fixpoints (triple points, freezing points), fixpoint cells, International Temperature Scale (ITS-90) • Contact thermometers • Metal resistance thermometer, measurement circuits for resistance thermometers • Thermocouples, measurement circuits for thermocouples • Measurement errors of contact thermometers • Radiation laws, pyrometers (see optical quantities) • Measurement errors of pyrometers
Time and Frequency: Time measurement • Atomic clock • Global Positioning System • Representation of time • Propagation of UTC • Frequency and phase angle measurement
Length: Meter definition • Abbe comparator principle, errors 1st and 2nd order • Length measurement with linear encoders, motion direction, output signals, differential signals • Absolute coding (V-Scan and Gray code) • Interferometer, Michelson interferometer, basics of interference, homodyne principle, heterodyne principle, interference on homodyne interferometer, destructive and constructive interference, influence of air refractive index
Angle and slope: plane angle, angle unit • material measures • angle measuring devices • slope measurement • optical angle measuring devices • measurement deviations • spatial angle, solid angle
Mass and force: Definition of SI unit kilogram, mass standards, principle of mass dissemination • Definition of mass, force and torque • Measurement principles of weighing • Beam balance, spring balance, hanging and top pan balances, corner load sensitivity, DMS balance, EMC balance, mass comparators • Influences for mass determination • Force measurement, force measurement with DMS, Magneto-elastic and piezoelectric force measurement
Branches of industrial metrology
Process Measurement Technology: Definition of pressure • Pressure types (absolute pressure, overpressure, differential pressure) • Pressure balance (piston manometer), U-tube manometer, bourdon pressure gauge, diaphragm pressure gauge • Pressure sensors (with DMS, piezoresistive, capacitive, piezoelectric) • Flow measurement (volume flow and mass flow, flow of fluids) • volumetric method, differential pressure method, sinker flow meter, magnetoinductive flowmeter, ultrasonic flow measurement • Mass flow rate measurement (Coriolis, thermal)
Manufacturing Metrology: Subtasks of manufacturing metrology, objectives of manufacturing metrology • Form parameters of workpieces (micro-and macro-shape), structural error types, measuring, checking, monitoring • Comparison of classical measuring and coordinate measuring, standard geometrical features • Designs and basic structure of coordinate measuring machines • Procedure for measuring with a coordinate measuring machine
Micro and Nanometrology: Demands of the microsystem technology on metrology • Sensors and probing systems of microsystem technology (tactile sensors, opto-tactile fiber probe, focus sensor, chromatic white light sensor) • Atomic force microscope (structure, working methods), scanning tunneling microscope • Nano coordinate measuring: 3-D realization of the Abbe comparator principle • Measures to reduce influences
- Zusätzliche Informationen
- Schlagwörter: Einheiten, Messkette, Messverfahren, Messmethoden, Messprinzipien, Messabweichungen, Messunsicherheiten, Messung von elektrischen und optischen Größen, Temperaturen, Zeit, Längen, Winkeln, Massen, Kräften, Drücken, Durchfluss, Koordinatenmesstechnik
Erwartete Teilnehmerzahl: 500
www: http://www.fmt.tf.fau.de/lehre/lehrveranstaltungen.php
- Zugeordnete Lehrveranstaltungen
- UE: Grundlagen der Messtechnik - Übung
-
Dozentinnen/Dozenten: Prof. Dr.-Ing. habil. Tino Hausotte, Dipl.-Ing. Wito Hartmann, u.a.
www: http://www.fmt.tf.fau.de/lehre/lehrveranstaltungen.php
- Verwendung in folgenden UnivIS-Modulen
- Startsemester WS 2013/2014:
- Grundlagen der Messtechnik (GMT)
- Institution: Lehrstuhl für Fertigungsmesstechnik (FMT)
Kurse
| | Do | 8:15 - 9:45 | H8 | Einzeltermine am 14.10.2013, 21.10.2013, 28.10.2013, 20.1.2014 | 18:15 - 19:45 | H11 | Kurs ab 14.10.2013, Grundlagen der Messtechnik - Vorlesung (Termin 1), Verschiebungen (Tausch von Vorlesung und Übung) werden in der Vorlesung und auf StudOn bekanntgegeben, erwartete Teilnehmer: 241 | nur für die Studienrichtungen IP-BA-S 2, ME-BA 5, MT-BA-GP 3, WING-MA 1-3, MB-BA-S 2, ME-BA-S 4, MT-BA-GP-S 4, ET-BA 3, WING-BA-MB-ING-MG6 3-6 |
| | Tino Hausotte
| | |
| | Do | 16:15 - 17:45 | HG | Einzeltermine am 15.10.2013, 22.10.2013, 29.10.2013 | 12:15 - 13:45 | H8 | 21.1.2014 | 12:15 - 13:45 | H11 | Kurs Grundlagen der Messtechnik - Vorlesung (Termin 2), Verschiebungen (Tausch von Vorlesung und Übung) werden in der Vorlesung und auf StudOn bekanntgegeben, erwartete Teilnehmer: 235 | nur für die Studienrichtungen ME-BA-S 4, BPT-BA-M 5, MB-BA 5, MB-BA-S 2, IP-BA-S 2 |
| | Tino Hausotte
| | |
|
![](/img/anew/void.gif) |
![](/img/anew/void.gif) |
|
UnivIS ist ein Produkt der Config eG, Buckenhof |
|
|