Calibration and uncertainty analysis for multicomponent force/torque measurements
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Jan Schleichert
Research scientist at the Institute of Process Measurement and Sensor Technology, Technische Universität Ilmenau.
Technische Universität Ilmenau; Faculty of Mechanical Engineering; Institute of Process Measurement and Sensor Technology; PF 100 565, 98684 Ilmenau, Tel.: +49 3677 69 3953; Fax: +49 3677 69 1412
,
Ilko Rahneberg
Research scientist at the Institute of Process Measurement and Sensor Technology, Technische Universität Ilmenau.
Technische Universität Ilmenau; Faculty of Mechanical Engineering; Institute of Process Measurement and Sensor Technology; PF 100 565, 98684 Ilmenau, Tel.: +49 3677 69 3952; Fax: +49 3677 69 1412
PhD student at the Institute of Process Measurement and Sensor Technology, Technische Universität Ilmenau.
Technische Universität Ilmenau; Faculty of Mechanical Engineering; Institute of Process Measurement and Sensor Technology, PF 100 565, 98684 Ilmenau, Tel.: +49 3677 69 3188; Fax: +49 3677 69 1412
Director of the Institute of Process Measurement and Sensor Technology and Chair of the Department Process Measurement Technology, Technische Universität Ilmenau
Technische Universität Ilmenau; Faculty of Mechanical Engineering; Institute of Process Measurement and Sensor Technology; PF 100 565, 98684 Ilmenau, Tel.: +49 3677 69 1398; Fax: +49 3677 69 1412
Abstract
Many applications in research and industry require accurate measurements of force and torque vectors[1] as well as their time dependency. This measurement task can be solved by using multicomponent sensors. Despite of their wide distribution there is a lack of official guides for their calibration[2] and methods for evaluation of measurement uncertainty. In many applications statically calibrated mulicomponent sensors are used for measurement of dynamic quantities[3] which causes severe deviations in measurement when the quantity to be measured has a frequency near or above resonance frequency of the transducer. This paper describes the static calibration and a method for uncertainty analysis using the example of a six-component sensor for force and torque. Subsequently the dynamic calibration of such a sensor is discussed. Based on the results of the dynamic calibration an approach for evaluation of dynamic measurement uncertainty is applied.
Zusammenfassung
Zahlreiche Anwendungen in Forschung und Industrie benötigen präzise Messungen von Kraft und Drehmoment sowie deren Zeitabhängigkeit. Diese Messaufgabe kann mit Hilfe von Mehrkomponentensensoren gelöst werden. Trotz ihrer weiten Verbreitung gibt es keine offiziellen Kalibriervorschriften und Verfahren zur Ermittlung der Messunsicherheit. Zudem werden in vielen Anwendungen statisch kalibrierte Mehrkomponentensensoren zur Messung dynamischer Messgrößen eingesetzt, wodurch es zu starken Abweichungen kommen kann, wenn die Messgrößen im Frequenzbereich nahe oder über der Resonanzfrequenz des Sensor liegen. Dieser Artikel beschreibt die statische Kalibrierung und eine Methode zur Unsicherheitsanalyse am Beispiel eines Sechskomponentensensors für Kraft und Drehmoment. Anschließend wird die dynamische Kalibrierung eines solchen Sensors diskutiert. Basierend auf den Ergebnissen der dynamischen Kalibrierung wird ein Ansatz zur Ermittlung der dynamischen Messunsicherheit angewendet.
About the authors
Research scientist at the Institute of Process Measurement and Sensor Technology, Technische Universität Ilmenau.
Technische Universität Ilmenau; Faculty of Mechanical Engineering; Institute of Process Measurement and Sensor Technology; PF 100 565, 98684 Ilmenau, Tel.: +49 3677 69 3953; Fax: +49 3677 69 1412
Research scientist at the Institute of Process Measurement and Sensor Technology, Technische Universität Ilmenau.
Technische Universität Ilmenau; Faculty of Mechanical Engineering; Institute of Process Measurement and Sensor Technology; PF 100 565, 98684 Ilmenau, Tel.: +49 3677 69 3952; Fax: +49 3677 69 1412
PhD student at the Institute of Process Measurement and Sensor Technology, Technische Universität Ilmenau.
Technische Universität Ilmenau; Faculty of Mechanical Engineering; Institute of Process Measurement and Sensor Technology, PF 100 565, 98684 Ilmenau, Tel.: +49 3677 69 3188; Fax: +49 3677 69 1412
Director of the Institute of Process Measurement and Sensor Technology and Chair of the Department Process Measurement Technology, Technische Universität Ilmenau
Technische Universität Ilmenau; Faculty of Mechanical Engineering; Institute of Process Measurement and Sensor Technology; PF 100 565, 98684 Ilmenau, Tel.: +49 3677 69 1398; Fax: +49 3677 69 1412
Acknowledgement
The authors gratefully acknowledge the support by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) in the framework of Research Training Group Lorentz force velocimetry and Lorentz force eddy current testing (GRK 1567) at the Technische Universiät Ilmenau, Germany.
©2016 Walter de Gruyter Berlin/Boston
Articles in the same Issue
- Frontmatter
- Editorial
- Messunsicherheit
- Beiträge
- Bestimmung der Messunsicherheit dynamischer Kennwerte von Berührungsthermometern in strömender Luft
- An alternative to the geometric addition method for calculating the rise time of fast oscilloscopes and pulse generators
- Prüftechnik und deren Einfluss bei der Kalibrierung von Messwandlern
- Herausforderungen bei der dynamischen Messung von Explosionsdrücken
- Modellbasierte Rauschvorhersage für Streifenprojektionssysteme – Ein Werkzeug zur statistischen Analyse von Auswertealgorithmen
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- Calibration and uncertainty analysis for multicomponent force/torque measurements
- Diskussion der Messunsicherheitsbeiträge am Beispiel aktueller Druckmesstechnik
- Persönliches
- Klaus-Dieter Sommer – Pionier der Messunsicherheitsermittlung
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