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Grundlagen der Messtechnik (GMT)5 ECTS (englische Bezeichnung: Fundamentals of Metrology)
Modulverantwortliche/r: Tino Hausotte Lehrende:
Tino Hausotte
Studienfächer/Prüfungsordnungsmodule:
Grundlagen der Messtechnik (16302)
Technische Wahlmodule (29034)
Technische Wahlmodule (30279)
Kernmodule aus der Studienrichtung Gerätetechnik (43095)
Startsemester: |
WS 2015/2016 | Dauer: |
1 Semester | Turnus: |
halbjährlich (WS+SS) |
Präsenzzeit: |
60 Std. | Eigenstudium: |
90 Std. | Sprache: |
Deutsch und Englisch |
Lehrveranstaltungen:
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Grundlagen der Messtechnik
(Vorlesung, 2 SWS, Tino Hausotte, Fr, 8:15 - 9:45, HG; Einführungsveranstaltung zur Vorlesung und Übung am 16.10.2015)
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Grundlagen der Messtechnik - Übung
(Übung, 2 SWS, Tino Hausotte et al., Mo, 12:15 - 13:45, H7; Einführungsveranstaltung zur Vorlesung und Übung am 16.10.2015)
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
Lernziele und Kompetenzen:
Lernziele
Basiswissen zu Grundlagen der Messtechnik, messtechnischen Tätigkeiten, Beschreibung der Eigenschaften von Messeinrichtungen und Messprozessen, Internationales Einheitensystem und Rückführung von Messergebnissen.
Grundkenntnisse zur methodisch-operativen Herangehensweise an Aufgaben des Messens statischer Größen, Lösen einfacher Messaufgaben und Ermitteln von Messergebnissen aus Messwerten
Kompetenzen
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
Organisatorisches:
- Unterlagen zur Lehrveranstaltung werden auf der Lernplattform StudOn (www.studon.uni-erlangen.de) bereitgestellt. Das Passwort wird in der ersten Vorlesung bekannt gegeben.
Weitere Informationen:
Schlüsselwörter: FMT
www: http://www.fmt.tf.fau.de/lehre/lehrveranstaltungen.php
Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan: Das Modul ist im Kontext der folgenden Studienfächer/Vertiefungsrichtungen verwendbar:
- Berufspädagogik Technik (Bachelor of Science): 5. Semester
(Po-Vers. 2010 | Bachelorprüfung | Grundlagen der Messtechnik)
- Berufspädagogik Technik (Bachelor of Science): 5. Semester
(Po-Vers. 2011 | Studienrichtung Metalltechnik | weitere Module der Studienrichtung | Produktion, Optik und Messtechnik | Grundlagen der Messtechnik)
- Berufspädagogik Technik (Master of Education)
(Po-Vers. 2010 | Studienrichtung Elektro- und Informationstechnik (Masterprüfungen) | Unterrichtsfach (Zweitfach) inkl. Fachdidaktik | Metalltechnik | Grundlagen der Messtechnik)
- Energietechnik (Bachelor of Science): 3. Semester
(Po-Vers. 2008 | alte Prüfungsordnungen | Bachelorprüfung | Grundlagen der Messtechnik)
- Energietechnik (Bachelor of Science): 3. Semester
(Po-Vers. 2009 | alte Prüfungsordnungen | Bachelorprüfung | Grundlagen der Messtechnik)
- Energietechnik (Bachelor of Science): 3. Semester
(Po-Vers. 2011 | weitere Module der Bachelorprüfung | Grundlagen der Messtechnik)
- Energietechnik (Bachelor of Science): 4. Semester
(Po-Vers. 2013 | weitere Module der Bachelorprüfung | Grundlagen der Messtechnik)
- Energietechnik (Bachelor of Science)
(Po-Vers. 2015w | Bachelorprüfung | Grundlagen der Messtechnik)
- Informatik (Bachelor of Science)
(Po-Vers. 2009s | Nebenfach | Nebenfach Maschinenbau | Qualitätsmanagement und Messtechnik | Grundlagen der Messtechnik)
- Informatik (Bachelor of Science)
(Po-Vers. 2009w | Nebenfach | Nebenfach Maschinenbau | Qualitätsmanagement und Messtechnik | Grundlagen der Messtechnik)
- Informatik (Master of Science)
(Po-Vers. 2010 | Nebenfach | Nebenfach Maschinenbau | Qualitätsmanagement und Messtechnik | Grundlagen der Messtechnik)
- Maschinenbau (Bachelor of Science): 5. Semester
(Po-Vers. 2007 | Pflichtmodule | Grundlagen der Messtechnik)
- Maschinenbau (Bachelor of Science): 2. Semester
(Po-Vers. 2009s | Grundlagen- und Orientierungsprüfung | Grundlagen der Messtechnik)
- Maschinenbau (Bachelor of Science): 5. Semester
(Po-Vers. 2009w | Pflichtmodule | Grundlagen der Messtechnik)
- Mechatronik (Bachelor of Science): 5. Semester
(Po-Vers. 2007 | weitere Pflichtmodule | Grundlagen der Messtechnik)
- Mechatronik (Bachelor of Science): 5. Semester
(Po-Vers. 2009 | weitere Pflichtmodule | Grundlagen der Messtechnik)
- Medizintechnik (Bachelor of Science): 3. Semester
(Po-Vers. 2009 | Modulgruppen B5 und B8.1 - Kompetenzfeld Bildgebende Verfahren | Modulgruppe B8.1 - Vertiefungsmodule ET/INF | Grundlagen der Messtechnik)
- Medizintechnik (Bachelor of Science): 3. Semester
(Po-Vers. 2009 | Modulgruppen B6 und B8.2 - Kompetenzfeld Gerätetechnik | Modulgruppe B6 - Kernmodule | Grundlagen der Messtechnik)
- Medizintechnik (Bachelor of Science): 5-6. Semester
(Po-Vers. 2013 | Kern- und Vertiefungsmodule der Kompetenzfelder | Studienrichtung Bildgebende Verfahren | B8 Vertiefungsmodule ET/INF | Kernmodule aus der Studienrichtung Gerätetechnik)
- Medizintechnik (Bachelor of Science): 3. Semester
(Po-Vers. 2013 | Kern- und Vertiefungsmodule der Kompetenzfelder | Studienrichtung Gerätetechnik | B6 Studienrichtung Gerätetechnik (MB/WW/CBI) | Grundlagen der Messtechnik)
- Technomathematik (Bachelor of Science)
(Po-Vers. 2015w | Technisches Wahlfach Medizintechnik | Grundlagen der Messtechnik)
- Wirtschaftsingenieurwesen (Bachelor of Science): 4-5. Semester
(Po-Vers. 2007 | PO-Version 2007 | Bachelorprüfung | 1.-2. Ingenieurwissenschaftliches Wahlpflichtmodul in der Studienrichtung Maschinenbau | Grundlagen der Messtechnik)
- Wirtschaftsingenieurwesen (Bachelor of Science): 4-5. Semester
(Po-Vers. 2008 | Studienrichtung Maschinenbau | weitere Bachelorprüfungen | Ingenieurwissenschaftlicher Bereich | Wahlbereich | 1.-2. Ingenieurwissenschaftliches Wahlpflichtmodul | Grundlagen der Messtechnik)
- Wirtschaftsingenieurwesen (Bachelor of Science)
(Po-Vers. 2009 | Studienrichtung Maschinenbau | weitere Bachelorprüfungen | Ingenieurwissenschaftlicher Bereich | Wahlbereich | Technische Wahlmodule | Technische Wahlmodule)
- Wirtschaftsingenieurwesen (Bachelor of Science): 4-5. Semester
(Po-Vers. 2009 | Studienrichtung Maschinenbau | weitere Bachelorprüfungen | Ingenieurwissenschaftlicher Bereich | Wahlbereich | 1.-2. Ingenieurwissenschaftliches Wahlpflichtmodul | Grundlagen der Messtechnik)
- Wirtschaftsingenieurwesen (Master of Science)
(Po-Vers. 2009 | Ingenieurwissenschaftliche Studienrichtungen | Technische Wahlmodule | Technische Wahlmodule)
- Wirtschaftsingenieurwesen (Master of Science): 1-2. Semester
(Po-Vers. 2009 | Ingenieurwissenschaftliche Studienrichtungen | Studienrichtung Maschinenbau | Wahlpflicht- und Vertiefungsmodul Modulgruppe 6 | Wahlpflichtmodul Modulgruppe 6 | Grundlagen der Messtechnik)
- Wirtschaftsingenieurwesen (Master of Science): 1-2. Semester
(Po-Vers. 2009 | Ingenieurwissenschaftliche Studienrichtungen | Studienrichtung Maschinenbau | 2.+3. Wahlpflichtmodul | Grundlagen der Messtechnik)
Studien-/Prüfungsleistungen:
Grundlagen der Messtechnik (Prüfungsnummer: 45101)
(englischer Titel: Fundamentals of Metrology)
zugeh. "mein campus"-Prüfung: | - 45101 Vorlesung Grundlagen der Messtechnik (Medizintechnik (Bachelor of Science) 2013, Prüfung, Form: Klausur, Drittelnoten (mit 4,3), Dauer: 60, 5 ECTS, Prüfung).
- 17102 Technisches Wahlmodul (5 ECTS) (Wirtschaftsingenieurwesen (Bachelor of Science) 2009, Prüfung, Form: Studienleistung, Zehntelnoten, Dauer: -, 5 ECTS, Platzhalter).
- 17102 Technisches Wahlmodul (5 ECTS) (Wirtschaftsingenieurwesen (Master of Science) 2009, Prüfung, Form: Studienleistung, Drittelnoten (mit 4,3), Dauer: -, 5 ECTS, Platzhalter).
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- Prüfungsleistung, Klausur, Dauer (in Minuten): 60, benotet
- Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %
- weitere Erläuterungen:
- Erstablegung: WS 2015/2016, 1. Wdh.: SS 2016, 2. Wdh.: WS 2016/2017
1. Prüfer: | Tino Hausotte (100620) |
- Termin: 18.02.2016, 08:00 Uhr, Ort: s. Aushang
Termin: 28.07.2016, 16:00 Uhr
Termin: 24.02.2017, 16:00 Uhr, Ort: s. Aushang
Termin: 11.08.2017, 08:00 Uhr, Ort: Tentoria
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