Volume 83, Issue 7-8 - Prozessmesstechnik und Präzisionsmesstechnik / Thomas Fröhlich, Eberhard Manske

Zusammenfassung Am Institut für Prozessmess- und Sensortechnik der Technischen Universität Ilmenau wurde ein neuartiger Aufbau zur Kalibrierung von Wärmestromsensoren (WSS) entwickelt. Dieser nutzt bekannte Oberflächentemperaturen auf beiden Seiten eines WSS um die Empfindlichkeit des WSS zu bestimmen. Die Oberflächentemperaturen werden mit Hilfe einer Methode bestimmt, die aus der Kalibriertechnik für berührende Oberflächenthermometer bekannt ist. Hierbei wird anhand der Messwerte von in zwei Prüfkörpern verteilten Thermoelementen die jeweilige Oberflächentemperatur der Prüfkörper extrapoliert, welche im Idealfall der Oberflächentemperatur des zwischen den Prüfkörpern eingebrachten WSS entspricht. Die beiden extrapolierten Oberflächentemperaturen werden durch individuell regelbare Heizleistungen so eingestellt, dass die Differenz zwischen den Oberflächentemperaturen definierte Werte im Bereich ± 200 mK annimmt. Mit Hilfe dieser bekannten Temperaturdifferenzen und den Sensorsignalen kann die Empfindlichkeit des WSS bestimmt werden.

Zusammenfassung Schon in Publikationen der 80er und 90er Jahre wurde auf die Temperaturabhängigkeit der dynamischen Kennwerte von Berührungsthermometern verwiesen [1,2,3]. Diese Untersuchungen wurden durch die Autoren aufgegriffen [4] und bei der Überarbeitung der VDI/VDE-Richtlinie 3522 „Dynamisches Verhalten von Berührungsthermometern“ berücksichtigt. Die Erweiterung der Temperatureinsatzgrenzen von Temperaturfühlern (z. B. in der Automobil- und Kraftwerksindustrie) infolge von Wirkungsgrad- und Prozessoptimierungen erforderte eine Neufassung dieser Richtlinie, um auch das dynamische Verhalten von Temperaturfühlern bei hohen Temperaturen und Strömungsgeschwindigkeiten sowie bei Temperatursprüngen mit großen Temperaturdifferenzen genauer zu beschreiben. Gegenstand dieses Beitrages sind die Darstellung der Notwendigkeit sowie die Information über die Änderungen bzw. Ergänzungen, die in der Neufassung der VDI/VDE-Richtlinie 3522 vorgenommen wurden. Die im September 2014 veröffentlichte Richtlinie [5] löste die Fassung aus dem Jahr 1987 [6] ab. In der Neufassung wurden der Unterschied des dynamischen Verhaltens der Berührungsthermometer beim Einsatz in Fluiden von dem bei der Messung an bzw. in Oberflächen von Festkörpern und der Einfluss der Temperaturabhängigkeit von Materialdaten auf das dynamische Verhalten verdeutlicht. In diesem Sinne wurden die Prüfvorschriften und Vorrichtungen zur Bestimmung der dynamischen Kennwerte erweitert. Die Richtlinie wurde von den Mitgliedern des Richtlinienausschusses „VDI/VDE-GMA FA 2.52 Berührungsthermometrie“ erarbeitet.

In this work, we present a low cost multi gas detection system for simultaneous measurement of up to three gases. The main conclusions are based on the investigation of the concentrations of CO 2 gas as well as of CH 4 gas and of H 2 O vapor. It was found that the continuous heating of the IR source and the absolute values of thermopile voltages are not suitable parameters for the gas detection because of their high sensitivity to the influence of temperature and/or gas flow parameters. A sine like signal is preferential for our measurement system. The amplitude of the sine is very stable and is proportional only to the concentration of particular gas (according to the optical filter) and is not dependent on the concentration of other gases or on temperature. In this way, the CO 2 gas concentration can be measured from 50 ppm to 400000 ppm with the same measurement setup. The lowest detectable concentration of CH 4 was about 500 ppm.

Zusammenfassung Strategische Überlegungen und Veröffentlichungen zur Zukunft der industriellen Produktion sind heute wesentlich durch den Begriff „Industrie 4.0“ geprägt. Daher muss sich auch der Bereich der Messtechnik für die industrielle Produktion mit diesem Begriff auseinandersetzen, wenn über zukünftige Trends und Herausforderungen in der Messtechnik nachgedacht wird. Dazu wurde im Jahr 2011 die Roadmap Fertigungsmesstechnik 2020 der VDI/VDE-Gesellschaft für Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) veröffentlicht VDI/VDE-Gesellschaft Mess- und Automatisierungstechnik (GMA) Herausgeber: Fertigungsmesstechnik 2020, Technologie-Roadmap für die Messtechnik in der industriellen Produktion, VDI Verein Deutscher Ingenieure e. V., Düsseldorf April 2011 ISBN 978-3-00-034706-1; Imkamp, D., Schmitt, R., Berthold, J.: Blick in die Zukunft der Fertigungsmesstechnik, in: tm – Technisches Messen, Vol. 79, No. 10, 433–439, 2012, https://www.vdi.de/uploads/media/tm$_$Blick$_$in$_$die$_$Zukunft$_$der$_$Fertigungsmesstechnik$_$2012.0251.pdf. . Der Inhalt dieser Roadmap wird hier an den neuen Entwicklungen aus dem Bereich Industrie 4.0 gespiegelt und in entsprechend erweiterter und aktualisierter Form dargestellt.

Zusammenfassung Kraftsensoren basierend auf Dehnungsmesstreifen werden häufig in statischen oder quasistatische Messaufgaben verwendet. Hierfür sind statisch kalibrierte Aufnehmer gut geeignet. Bei dynamischen Messungen treten ab der ersten Resonanzfrequenz des mechanischen Systems eine starke Messabweichungen auf. Dieser Artikel beschreibt daher die dynamische Charakterisierung eines Mehrkomponenten Kraftsensors, welcher für Messungen in der Lorentzkraft-Wirbelstromprüfung, einem neuartigen Verfahren der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung, eingesetzt wird. Dieses Verfahren basiert auf einer dynamischen Kraftmessung. Für die dynamische Kalibrierung wird ein System vorgestellt, welches die Nutzung verschiedener Testsignale zur Bestimmung der Systemparameter des Kraftsensors ermöglicht. Für verschiedene Testsignale werden Messergebnisse gezeigt und die Hauptursachen für Messabweichungen diskutiert. Basierend auf einer Parameterschätzung kann eine Entfaltung der Sensorcharakteristik anhand eines inversen Filters [1]aus den Messsignalen erfolgen.

This paper presents an application of the fiber coupled homodyne interferometers for the tide caused earth crust deformation measurements. Deformation of the earth crust mainly results from the tidal forces of sun and moon acting on the Earth, but also comes from seismic wave propagation or regional and local sources. The devices used for monitoring of such processes called strainmeters. The Geodynamic Observatory Moxa in Thuringia/Germany records and compares over the years the values gained by different stainmeters. The first laser interferometer was installed in the observatory in 2002. The new laser interferometer based setup, presented in this paper, allows direct monitoring of north-south and east-west components of the earth deformation in the range of 1–2 μm at measuring distances of 26 m.

Zusammenfassung In vielen Anwendungen wie beispielsweise der Strömungsmesstechnik, in der Robotik oder der zerstörungsfreien Werkstoffprüfung werden hochauflösende Mehrkomponentenmessysteme für Kraft und Drehmoment benötigt. Eine Vielzahl der in der Literatur vorgestellten Sensoren basiert auf Messungen der Verformung oder davon abgeleiteter Größen wie Spannung oder Dehnung. Diese Größen können mit verschiedenen Wandlern in elektrische Signale überführt werden. Im Folgenden wird ein neuartiger Sechsachs-Kraft-/Momentensensor vorgestellt, welcher auf dem Prinzip der elektromagnetischen Kompensation von Kraft und Drehmoment beruht. Das dargestellte System ist für ± 7 N und ± 0.35 N m ausgelegt, wobei das Messprinzip auch auf andere Messbereiche übertragbar ist. Durch das hier vorgestellte Messprinzip, welches ohne mechanische Deformationselemente auskommt, können gleichzeitig eine hohe Messauflösung und eine hohe Überlastsicherheit gewährleistet werden. Zusätzlich werden die Kräfte und Drehmomente ohne Verschiebungen und Verdrehungen der Krafteinleitungsstelle gemessen, was in vielen Anwendungen vorteilhaft ist. Nach einer Einführung in das Funktionsprinzip werden die Komponenten des Systems vorgestellt und deren messtechnische Parameter anhand von Messergebnissen diskutiert. Des Weiteren wird die Anwendbarkeit des Systems für statische und dynamische Messaufgaben untersucht.

The requirements on the precision lengths measurement rises due to the rapid technical development, in particular of nanotechnologies and precision optics. According to the roadmap “Dimensional metrology for micro- and nanotechnologies” of the European National Metrology Institutes EURAMET: Science and Technology Roadmaps for Metrology, https://www.euramet.org/Media/docs/Publications/roadmaps/EURAMET$_$Science$_$and$_$Technology$_$Roadmaps$_$for$_$Metrology.pdf in the next few years “traceable 2D (3D) metrology at (sub)-nm accuracy over several 100 mm range” will be required. Circumstantial measurement uncertainty considerations can supply a crucial contribution to realize these ambitious requirements.