Volume 84, Issue 2 - Messunsicherheit / Klaus-Dieter Sommer, Rainer Tutsch

Zusammenfassung Bei der Messung mit Berührungsthermometern treten statische und dynamische thermische Messabweichungen auf. Der Wert und der zeitliche Verlauf dieser Abweichungen werden u.a. beeinflusst durch Wärmetransportvorgänge im Thermometer, zwischen Sensor, Einbauwand und Umgebung sowie dem zu messenden Medium. Zusätzlich wirken sich verschiedene Einflussgrößen auf die primäre Abbildungsgröße der Temperatur (z. B. Widerstand, Thermospannung) und weitere Störgrößen in der Messkette auf den Messwert aus. Während die Messunsicherheit bei der Bestimmung der statisch-thermischen Messabweichung immer eine große Rolle gespielt hat, wird sie bei der Ermittlung der dynamischen Kennwerte kaum betrachtet. Im Beitrag werden die Einflussfaktoren, die sich auf die dynamischen Kennwerte der Berührungsthermometer auswirken, näher beleuchtet.

In this paper, we propose a new method for calculating the rise time of pulse generators and oscilloscopes using a correction factor. This new method is advantageous over the well known geometric rule, also known as the root-sum-of-squares (RSS) rule, because its corresponding uncertainty contribution can be estimated, whereas the uncertainty assigned to the RSS method due to systematic error is typically unknown in any given measurement scenario. In our method, the correction factor is estimated from a large set of representative classical response functions. Furthermore, the systematic error caused by the time base distortion of sampling oscilloscopes is corrected in order to reduce the uncertainty of the calibration process.

Zusammenfassung Bei der Richtigkeitsprüfung von Messwandlern für Verrechnungszwecke in anerkannten Stellen müssen zukünftig Unsicherheitsnachweise im Rahmen des Qualitätsmanagements erbracht werden. Im vorliegenden Beitrag werden daher die Messabweichungen von Messwandlern definiert und deren Ursachen analysiert. Die Rückführung der relevanten Prüfmittel für die Messwandlerprüfung auf die nationalen Normale der PTB wird zusammen mit den erreichbaren Messunsicherheiten und den erlaubten Grenzwerten dargestellt. Abschließend ist ein Beispiel einer Messunsicherheitsbilanz für einen Stromwandler der Klasse 0, 2S angegeben.

Zusammenfassung Die aktuelle Methode zur Betrachtung der Messunsicherheit bei der Messung von Explosionsdrücken, welche durch die Prüflaboratorien für explosionsgeschützte Geräte (Ex-Prüflaboratorien) im IECEx-System (International Electrotechnical Commission System for Certification to Standards Relating to Equipment for Use in Explosive Atmospheres) Anwendung findet, wird „exakte Methode“ genannt. Gemeint ist die Minimierung der Variabilität verschiedener Parameter bzw. Messunsicherheitseinflüsse, um die Konformität mit den vorgegebenen Grenzen einzuhalten. Mit Parameter sind beispielsweise die Spannungsversorgung, die Umgebungstemperatur, die Luftfeuchtigkeit der Umgebung, die Volumenkonzentration der Gase sowie die Temperatur und der Druck der Brennstoff-Luft-Gemische gemeint. Zudem werden die Untersuchungen unter „worst case“ Bedingungen mit hohen Sicherheitsfaktoren durchgeführt. Dadurch wird dem Messergebnis bisher üblicherweise keine gesonderte Information über den tatsächlichen Messunsicherheitsbetrag mitgeliefert. Die Auswertung eines internationalen Ringvergleichs zwischen Ex-Prüflaboratorien hat allerdings gezeigt, dass es trotz der Verwendung der „exakten Methode“ zu teilweise abweichenden Ergebnissen bei der Bemessung des Explosionsdruckes kommt. Die Gründe dafür sind vielfältigen Ursprungs und werden in diesem Beitrag aufgezeigt und diskutiert.

Zusammenfassung In flächenhaft messenden optischen 3D-Messystemen stellt das Rauschen der eingesetzten Kameras den dominierenden Unsicherheitsbeitrag dar, wenn optisch kooperative Oberflächen unter gut kontrollierten Umgebungsbedingungen gemessen werden. In der industriellen Praxis wird für diese Art von Messsystemen häufig auf Wiederholungsmessungen verzichtet. Dies führt im weiteren Verlauf des Messprozesses zu statistisch suboptimalen Ergebnissen, da die wichtige Aussage über die Qualität der einzelnen Messpunkte verloren geht. In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, wie sich für Messsysteme mit strukturierter Beleuchtung eine solche Qualitätsaussage auf der Grundlage einer Rauschmodellierung gewinnen lässt. Mit Hilfe eines Streifenprojektionssystems wird beispielhaft die Leistungsfähigkeit des Ansatzes demonstriert und gezeigt, dass auf diese Weise für jeden Messpunkt neben der gesuchten geometrischen Information auch eine Schätzung für die aus dem Kamerarauschen resultierenden stochastischen Abweichungen bestimmt werden kann. Darüber hinaus eignet sich die dargestellte Methode sehr gut als Werkzeug zur statistischen Analyse von Auswertealgorithmen. Dies wird exemplarisch anhand zweier verschiedener Triangulationsverfahren demonstriert.

Quality control is an important aspect of modern production processes. Obtaining quantitative information not only helps to ensure the function of machinery and products, but also enables cost reduction by feedback control of process parameters. A multitude of modern industrial applications feature an increasing amount of highly integrated machinery, resulting in a requirement for new measuring devices. Two new measuring systems are presented for in-situ inspection tasks in confined spaces. A combination of endoscopy techniques with structured illumination enables capturing areal 3-D geometry information of functional elements in integrated machinery. Depending on the requirements for inspection, either rigid or flexible image guides may be used to transport the structured light patterns. While a flexible endoscope allows for a more flexible positioning of the sensor head, its resolution is limited by the number of individual fiber cores. Alternatively, if constraints on the versatility of sensor positioning can be accepted, rigid endoscopes feature higher image quality. Both approaches are described in detail and compared based on evaluations on features of a calibrated micro contour standard.

Many applications in research and industry require accurate measurements of force and torque vectors G. Schicker, R. Wegener. Drehmoment richtig messen. Hottinger-Baldwin-Messtechnik , 2002; R. Schwartz. Teil B: Sensoren, Kraft, Masse, Drehmoment. In H.-J. Gevatter and U. Grünhaupt, editors, Handbuch der Mess- und Automatisierungstechnik in der Produktion , VDI-Buch, pages 55–92. Springer, Dordrecht, 2006. 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 D. Schwind and H. Raabe. A new Calibration Procedure for Multicomponent transducers. XX IMEKO World Congress, Metrology for Green Growth, Busan, Republic of Korea , September 9–12, 2012. and methods for evaluation of measurement uncertainty. In many applications statically calibrated mulicomponent sensors are used for measurement of dynamic quantities Y.-K. Park, R. Kumme, and D.-I. Kang. Dynamic investigation of a binocular six-component force-moment sensor. Measurement Science and Technology , 13(8):1311–1318, 2002. 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 Druckmessgeräte werden von akkreditierten Kalibrierlaboratorien nach der Richtlinie DKD-R 6-1 DKD-R 6-1:2014. Kalibrierung von Druckmessgeräten. Deutscher Kalibrierdienst (DKD) unter Schirmherrschaft der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB), Ausgabe 03/2014. kalibriert. Diese Richtlinie legt Mindestanforderungen an das Kalibrierverfahren und an die Messunsicherheitsbetrachtung bei der Kalibrierung von Druckmessgeräten fest. Die Bestimmung der Messunsicherheit erfolgt dabei grundsätzlich nach dem in der Schrift DAkkS-DKD-3 beschriebenen Verfahren. Der vorliegende Beitrag stellt die Herangehensweise vor, wie die Messunsicherheit bei der Kalibrierung von Druckmessgeräten berechnet werden kann. Des Weiteren wird auf die einzelnen Unsicherheitsbeiträge und deren Ermittlung bzw. Herkunft eingegangen. Abschließend wird als Ergebnis eine Beispiel-Messunsicherheitsbilanz aufgezeigt, welche ein wichtiges Tool bei der Messunsicherheitsberechnung darstellt.