Volume 83, Issue 6

This article is about the design of a measurement system for measuring the iron losses in soft magnetic materials exerted by periodic flux density characteristics. The losses are due to hysteresis and eddy currents effects. The aim is to predict the iron losses which occur in electric machines. Common loss modeling techniques are derived by considering sinusoidal flux density characteristics. As nowadays highly-utilized machine designs with special winding topologies are employed, the periodic flux density characteristics in a big part of the ferromagnetic components are far off from being sinusoidal. Hence, the here presented measurement system and the associated control are especially developed for analyzing any periodic flux density characteristics. A further part of this article is dedicated to the comparison of state-of-the-art iron loss modeling techniques and measurement results. Several scenarios with different flux density harmonic magnitudes and frequencies are considered. It turns out that currently available loss modeling techniques show significant modeling errors for non-sinusoidal periodic flux density excitations. Thus, future work has to be on deriving more accurate models by considering their applicability for computer-aided engineering software.

Zusammenfassung Für den Test und die Entwicklung von „Proton-Exchange-Membrane“-(PEM-)Brennstoffzellen sind die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) und „Total-Harmonic-Distortion“-Analyse (THDA) essentielle Messmethoden. Diese Forschungsarbeit beschäftigt sich mit der Erweiterung dieser Methoden. Durch eine Mehrkanalmessung wird die Impedanz örtlich aufgelöst bestimmt. Das neue Messsystem ist in der Lage, den zeitlichen Verlauf von Strom und Spannung mit einer hohen Abtastrate gleichzeitig an bis zu 100 Kanälen zu erfassen. Mit zusätzlicher digitaler Signalverarbeitung ist es ein vielseitiges Messinstrument für EIS, THDA und die Stromverteilung im Querschnitt der Brennstoffzelle.

Zusammenfassung Die Durchführung von reproduzierbaren akustischen Messungen erfordert den Einsatz von kalibrierten Mikrofonen. Für die Kalibrierung sind, abhängig vom Einsatzzweck, mehrere Verfahren etabliert, wobei sich mit dem Reziprozitätsverfahren die kleinsten Unsicherheiten erreichen lassen. Üblicherweise werden mit diesem Verfahren als Labornormal geeignete Typen von Kondensatormikrofonen mit externer Vorspannung kalibriert. Da beim Reziprozitätsverfahren kein Referenzmikrofon benötigt wird, ist seine Anwendung auch bei anderen Mikrofontypen und geringeren Unsicherheitsanforderungen interessant. Die Kalibrierung von Elektretmikrofonen nach diesem Verfahren wurde erfolgreich getestet. Neben den Grundlagen des Verfahrens werden der verwendete Versuchsaufbau für die Kalibrierung sowie die Messdatenauswertung im Detail beschrieben. Für die im Mikrofondatenblatt angegebene Empfindlichkeit bei 1 kHz wurde eine gute Übereinstimmung mit den Messdaten erhalten.

Zusammenfassung Im mittleren infraroten Spektralbereich (Wellenlänge von 3–12 Mikrometer) zeigen Flüssigkeiten spektrale Signaturen. Oft sind diese Absorptionsbanden jedoch breitbandig ausgeprägt und sehr stark im Vergleich zu etwa Strukturen in gasförmigen Species. Daher verwendet man bei klassischen Transmissionsmessverfahren mit üblichen FTIR-Spektrometern nur sehr kurze Absorptionswege (optische Pfadlänge OPL von einigen zehn Mikrometern), damit vom Detektor noch ein vom Rauschen differenzierbares Signal detektiert werden kann. Je nach Signatur lässt sich gegebenenfalls durch eine Reduktion auf eine Signal- und Referenzbande ein photometrischer Nachweis führen. Neuartige spektral schmalbandige Infrarotlaserquellen (Quantenkaskadenlaser) haben im Vergleich zu den klassischen thermischen Lichtquellen in FTIR-Geräten oder Photometern eine wesentlich höhere spektrale Leistungsdichte, so dass über größere Absorptionsschichtdicken eine vergleichsweise höhere Sensitivität erreicht werden kann. Die Auswertung erfolgt dabei quasi photometrisch: Ein Laser emittiert spektral innerhalb einer Absorptionsstruktur des Analyten und ein weiterer Laser außerhalb der Analytenabsorption. Die spektrale Schmalbandigkeit der Laser hilft dabei zur Vermeidung von Querempfindlichkeiten und ersetzt die farbselektiven Elemente eines Photometers. Am Beispiel des Spurennachweises von Isocyanat (Hexamethylen Diisocyanat) in verschiedenen Lösungsmitteln wird die hohe erreichbare Nachweisempfindlichkeit gezeigt, die das Potential für eine prozesstaugliche Applikation birgt.

Zusammenfassung Mikrodrall kann beim Schleifen der Dichtungsgegenlauffläche von Radialwellendichtringen auftreten und die Dichtheit beeinflussen. Es existieren Messmöglichkeiten für kleine und mittlere Wellendurchmesser, während die Mikrodrallmessung an großen Bauteilen bedingt durch die Handhabung und erforderliche Kalibrierung von Achslage und Messgerät bisher kaum gelöst ist. Hier wird ein Prototyp eines mobilen Messsystems und das dazugehörige Kalibrierverfahren vorgestellt, das flächenhafte Messungen an großen Wellen unter Berücksichtigung der Achslage ermöglicht.

In this article, fractal analysis combined with roughness measurement is proposed to characterize the new generations of HVOF sprayed coatings' surface textures. Two-dimensional and three-dimensional box counting algorithms are introduced to determine the fractal dimension, which is considered as a scale-invariant parameter and is able to describe chaos and complexity of the surface. For surface roughness metrology, a confocal laser scanning microscope with different lenses is used to acquire the areal topography, providing a sequence of height maps with different image resolutions. Typical areal roughness parameters are assessed based on the international standard ISO-25178. The results show that the fractal dimension is a powerful tool to depict the nature of the surface texture of the investigated coatings. Moreover, it is found that the traditional amplitude roughness parameters depend strongly on the range of the measurement field as well as the datasets' resolution, whereas the fractal dimension is rather invariant to the scales of the measured datasets. Finally, the correlation between the fractal dimension and roughness parameters is given at the end of this paper.

Zusammenfassung Unter Infrarotdeflektometrie versteht man die Anwendung des Messprinzips der Deflektometrie im thermischen Infrarotspektrum. Dadurch lässt sich ausnutzen, dass vor allem raue, metallische Oberflächen in diesem Spektrum spiegelnd erscheinen und so eine deflektometrische Inspektion ermöglicht wird. Diese Arbeit befasst sich mit dem Problem der Erzeugung der notwendigen thermischen Codemuster und deren Auswertung. Es werden verschiedene Ansätze vorgestellt, um Oberflächen mit Hilfe eines Industrieroboters oder im Durchlauf zu inspizieren. Darüber hinaus wird zur Auswertung der Muster zu einer Registrierung ein neues Verfahren vorgestellt. Die Ergebnisse werden an praktisch relevanten Beispielen demonstriert.

Novel pyroelectric THz detectors have been developed in close cooperation between PTB, the National Metrology Institute of Germany, and the Sensor- und Lasertechnik company. Covering the broad spectral range from below 50 GHz to beyond 5 THz, these detectors are suited to measure the absolute THz power of time-domain spectroscopy (THz-TDS) systems for the first time.