Spezielle Messverfahren -...
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iprom Das Drehspulinstrument
Der Zeigerausschlag ist eine Funktion des Stroms
Messprinzip: analog,
Ausschlagprinzip,
im erweitertenen Sinne direkt messend
Bildquelle: Søren Peo Pedersen
iprom Ideales und reales Strommessgerät
Ein ideales Strommessgerät soll in einen Stromkreis eingesetzt werden
können, ohne diesen zu beeinflussen.
iprom Messbereichserweiterung für ein Strommessgerät
S
AASA
R
RIIII 1
RS I
1/9 RA 10 IA
1/99 RA 100 IA
1/999 RA 1000 IA
1/9999 RA 10000 IA
1/99999 RA 100000 IA
iprom Ideales und reales Spannungsmessgerät
Ein ideales Spannungsmessgerät soll an eine Spannungsquelle
angelegt werden können, ohne diese zu beeinflussen.
iprom Messbereichserweiterung für ein Spannungsmessgerät
V
MV
R
RUU 1
Innenwiderstand: RM+RV
RM U
9 RV 10 UV
99 RV 100 UV
999 RV 1000 UV
9999 RV 10000 UV
99999 RV 100000 UV
iprom Ideale und reale Spannungsquelle
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00
Stromstärke
Sp
an
nu
ng
Ideale Spannungsquelle (Ri=0Ω) Reale Spannungsquelle (Ri=5Ω)
V
A
IRUU U 0
iprom Die Braunsche Röhre
Glühkathode
Leuchtpunkt
Fokussierung
Horizontale Ablenkung
Vertikale Ablenkung
Anode
Elektronenstrahl
Leuchtschirm
iprom Strahlablenkung im elektrischen Feld
+
-
Glühkathode
Leuchtpunkt
Fokussierung
Horizontale Ablenkung
Vertikale Ablenkung
Anode
Elektronenstrahl
Leuchtschirm
-1,2
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
-1,2
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
-1,2
-1
-0,8
-0,6
-0,4
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
-5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5
v: kein Signal
h: kein Signalv: Sinus
h: kein Signal
v: Sinus
h: Sägezahn
iprom Oszilloskope - Triggerung
Triggerung: ein neuer Scan startet erst, wenn das Signal einen
bestimmten Signalpegel und eine bestimmte Änderungstendenz
(fallend oder steigend) annimmt.
iprom Oszilloskope
Analogoszilloskop: Braunsche Röhre
Mehrkanalanzeige alternierend
oder „gechoppt“
Speicheroszilloskope: Lang nachleuchtende Fluoreszenzschicht
Digitaloszilloskope: Signal wird digitalisiert
Digitale Signalverarbeitung möglich
Ergebnisdarstellung mit Bildröhre oder LCD
Bildquelle: Tektronix
iprom Widerstandsmessung real
Spannungsfehlerschaltung
Stromfehlerschaltung
Günstig für großes R
Günstig für kleines R
iprom Widerstandsmessung real
Spannungsfehlerschaltung Stromfehlerschaltung
0,0%
5,0%
10,0%
15,0%
20,0%
25,0%
1,E-01 1,E+00 1,E+01 1,E+02 1,E+03 1,E+04 1,E+05 1,E+06
Widerstand
Fehl
er
Stromfehlerschaltung Spannungsfehlerschaltung
Ω
Abweichung
Widerstand
iprom Wheatstone-Brücke
Abgeglichener Zustand:
VUR
R
R
R05
3
4
1
2 Kleine Widerstandsänderungen
führen zu einer Querspannung U5
iprom Wechselstromwiderstände (Impedanzen)
Ohmscher Widerstand:
)()( tIRtU
Strom und Spannung sind in Phase
Bildquelle: http://www.elexs.de/kap2_3.htm
iprom Wechselstromwiderstände (Impedanzen)
Kondensator mit Kapazität C:
)(1
)(
)()()(
tICj
tU
tUCdttItQ
Die Spannung eilt dem Strom nach,
Phasenverschiebung –π/2
Bildquelle: www.faston.pl
Bildquelle: http://maaleteknikk.wikispaces.com/trykk
iprom Wechselstromwiderstände (Impedanzen)
Bildquelle: http://www.ribbeck-art.de/spulen.html
Spule mit Induktivität L:
)()(
)( tIjLt
tILtU
Die Spannung eilt dem Strom
voraus, Phasenverschiebung π/2
iprom Wechselstromwiderstände (Impedanzen)
Ohmscher Widerstand
Strom und Spannung in Phase
Kapazität
Strom eilt Spannung voraus
Induktivität
Strom eilt Spannung nach
RZ
LjZ
CjZ
1
iprom Wien-Robinson-Brücke
Speisung mit Wechselspannung
3
4
1
2
Z
Z
Z
ZBrücke ist abgeglichen für:
Für R3=R4=R
und R1=2R2
und C3=C4=C
gilt die Abgleichbedingung:
RCf
2
1
2
iprom Problem: Widerstand der Zuleitungen
RLL IRU
Bei der Messung kleiner Widerstände R mit langen Zuleitungen
kann es aufgrund des Zuleitungswiderstands
zu einer erheblichen Abweichung kommen.
iprom Vierleiterschaltung
LRLMLL UIRIRU ´
Da der Innenwiderstand des Spannungsmessgerätes groß ist, ist
IM in der Regel erheblich kleiner als IR
iprom A/D-Umsetzer nach dem Parallelverfahren
Sehr schnell:
Nur ein Takt je Umsetzung
Schaltungstechnisch aufwendig:
Für jede Digitalisierungsstufe ein
Komparator
(z.B.: 255 Komparatoren für einen
8-Bit A/D-Umsetzer)
Anwendungsbereich:
Videosignale
Oszilloskope
iprom A/D-Umsetzer nach dem Wägeverfahren
Geschwindigkeit: im Mittelfeld (je Bit ein Takt erforderlich)
Schaltungstechnischer Aufwand: im Mittelfeld
Breites Anwendungsfeld in der Sensorsignalverarbeitung
iprom A/D-Umsetzer nach dem Zählverfahren
Langsam: So viele Takte wie Digitalisierungsstufen erforderlich
(z.B.: 256 Takte für 8-Bit-Umsetzung)
Kostengünstig, da schaltungstechnisch einfach
Anwendungsbereiche:
Kostengünstige Sensoren mit hoher Auflösung (16-24 Bit)
ohne Anforderung an Dynamik, z.B. Waagen
iprom Antaststrategien am Beispiel einer Welle
Bildquelle: Profos/Pfeifer (Hrg): Handbuch der industriellen Messtechnik
iprom Strukturierung der geometrischen Messverfahren
Eindimensionale Messverfahren
Handmessmittel
Abstandssensoren
Einbauwegmesssysteme
Zweidimensionale Messverfahren
Zweieinhalbdimensionale Messverfahren
Dreidimensionale Messverfahren
iprom Handmessmittel
Maßstab
Bandmaß
Messschieber
Messschraube
Bügelmessschraube
Tiefenmessschraube
Innenmessschraube
Messuhr
Winkelmaß
iprom Charakteristika von Abstandssensoren
Auflösungsvermögen:
normal: kleinste nachweisbare
Änderung z
lateral: Abmessung der Wechsel-
wirkungsfläche auf dem Objekt.
Häufig oval mit x, y oder
kreisförmig (x = y).
Zeitauflösung:
Abtastung mit N Messungen/s
Dauer einer Abtastung:
iprom Klassifikation abstandsmessender Verfahren
Abstandssensoren
berührend berührungslos
kapazitiv induktiv optisch akustisch(Ultraschall)
Radar
iprom Kapazität eines Plattenkondensators
ε0: elektrische Feldkonstante
εr: relative Dielektrizitätszahl
des Mediums
Vakuum: εr = 1,0
Luft: εr = 1,00059
dest. Wasser: εr = 80
A: Fläche der Kondensatorplatten
d: Abstand der Kondensatorplatten
iprom Prinzipbild eines kapazitiven Abstandssensors
Das elektrische Wechselfeld und damit die Kapazität der Sensoranordnung
kann beeinflusst werden durch:
Nichtleitende Objekte (r>1)
Elektrisch leitfähige, isoliert angebrachte Objekte
Elektrisch leitfähige Objekte auf Massepotential
Für Präzisionsmessungen wird in der Regel ein leitfähiges Objekt
auf Massepotential angetastet.
iprom Kapazitiver Abstandssensor mit Schutzring
Durch den auf gleichem Potential wie die Messelektrode liegenden
Schutzring wird ein im Bereich der Messelektrode homogenes elektrisches
Feld erzeugt. Randeffekte können weitgehend vernachlässigt werden.
Unter Laborbedingungen Auflösungsvermögen bis < 1nm erreichbar.
iprom Induktivität einer Spule
Induktivität L einer Spule:
Mit: 0: magnetische Feldkonstante
r: Permeabilitätszahl
N: Windungszahl
l
ANL r
2
0
Paramagnetische Stoffe: r ≿ 1, diamagnetische Stoffe: r ≾ 1
Ferromagnetische Stoffe: r ≫ 1, z.B.: Schmiedeeisen: r = 5000
iprom Induktiver Abstandssensor
Das magnetische Wechselfeld und damit die Induktivität der Sensoranordnung
kann beeinflusst werden durch:
Ferromagnetische Objekte
µr≫1, Erhöhung der Induktivität der Spule
Elektrisch leitfähige Objekte
Induktion von Wirbelströmen, Energieentzug
Nicht leitfähige Materialien beeinflussen das magnetische Feld nicht.
iprom Induktion von Wirbelströmen
Das magnetische Wechselfeld
der Spule induziert in einem
leitfähigen Material einen
Wirbelstrom, der wiederum
ein Magnetfeld erzeugt, das
dem Magnetfeld der Spule
entgegen wirkt und dieses
abschwächt.
Der Spule wird dadurch
Energie entzogen.
Ersatz-
schaltbild:
L: Induktivität
RCu: Wicklungswiderstand
RF: Feldverluste
iprom Kapazitive und induktive Sensoren
Betrieb mit Wechselspannung einer Trägerfrequenz fT
Trägerfrequenz fT muss wesentlich größer (mindestens 10x) als
die höchste zu messende Schwingungsfrequenz fmax sein.
Abstand zu leitfähigen Objekten kann mit beiden Sensoren gemessen werden.
Abstand zu Isolatoren kann nur mit kapazitiven Sensoren gemessen werden.
Induktive Sensoren reagieren empfindlich auf ferromagnetische Objekte.
Bündiger Einbau in metallische Trägerbleche in der Regel nicht zulässig,
da elektrische bzw. magnetische Wechselfelder mit den Blechen
wechselwirken. Speziell abgeschirmte Bauformen für bündigen Einbau
sind verfügbar, haben meist aber einen kleineren Messbereich.
iprom Kapazitive und induktive Sensoren
Verschiedene Auswertetechniken, am häufigsten:
Messung der Veränderung von C bzw. L
mit einer Wechselstrom-Messbrücke
Messung der „Verstimmung“ eines Schwingkreises
(Eigenfrequenz, Dämpfung)
Die Wechselwirkungsfläche auf dem Objekt hat etwa den dreifachen
Durchmesser des Sensors. Für hohe Lateralauflösung sind daher
Sensoren mit kleinem Durchmesser günstig.
Der Messbereich des Sensors nimmt mit dem Durchmesser zu.
Bei vorgegebenem Abstand nimmt das S/N-Verhältnis mit dem
Durchmesser zu. Daher sind Sensoren mit großem Durchmesser günstig.
Kompromiss erforderlich!
Auflösungsvermögen < 1µm ist in der Praxis erreichbar.
iprom Optischer Reflexsensor
Für Präzisionsmessungen schlecht geeignet
Farbe, Oberflächenstruktur, Neigungswinkel der Oberfläche haben großen
Einfluss.
iprom Faseroptischer Reflextaster
An schwer zugänglichen
Messstellen einsetzbar
In Ex-Schutz-Bereichen
einsetzbar
Starke Abhängigkeit von
Oberflächeneigenschaften
(Farbe, Struktur, Neigung)
Sonderversionen mit
mehreren Rückführungs-
bündeln ermöglichen
Korrekturen der
Oberflächeneinflüsse
Messbereich typisch
wenige mm
iprom Triangulationssensor
Nicht die Intensität des
rückgestreuten Lichts wird
ausgewertet ⇒ geringer Einfluss
der Oberflächeneigenschaften
PSD: Positionsempflindlicher
Photodetektor
Verkippung des Detektors
gemäß der Scheimpflug-
Bedingung ⇒
Abstandsunabhängig scharfe
Optische Abbildung
iprom Triangulationssensor, Eigenschaften
Großes Produktspektrum auf dem Markt
Preisbereich von € 100,- bis > € 10.000,-
Relatives Auflösungsvermögen: 10-3 bis < 10-4
Abtastrate von ca. 100 Hz bis ca. 50 kHz
Typischer Messbereich: 10 -50 mm
Typischer Messfleckdurchmesser: 10µm - 1mm
Typischer Triangulationswinkel: 15°-30°
Oberflächeneigenschaften beeinflussen die Rückstreuindikatrix und damit
die Helligkeitsverteilung auf dem Zeilensensor.
Volumenstreuer (Kunststoffe, Keramik): Der Antastpunkt liegt unter der
geometrischen Oberfläche.
S/N-Verhältnis hängt von der Intensität des in die Empfangsoptik
rückgestreuten Lichts ab. Dunkle und glänzende Oberflächen sind
problematisch.
iprom Autofokussensor, Eigenschaften
Miniaturbaugruppen aus
CD-Abspielgeräten werden
messtechnisch genutzt.
Im Prinzip ist ein Auflösungsvermögen
< 1 µm erreichbar, bei Laborgeräten
bis ca. 10 nm.
Problematisch: Der Sensor basiert auf einem Regelkreis,
daher ist die Dynamik begrenzt. Für die Messung
hochfrequenter Schwingungen ungeeignet.
iprom Ultraschallsensoren
Prinzip des Echolots
Aussensden von Ultraschallpulsen
Messen der Laufzeit zum Objekt und wieder zurück
In Luft: Frequenz < 100kHz
Auflösung im Bereich mm
Anwendungen: Einparksensoren für Kfz,
Abstandssensoren für Bauaufnahme
In Festkörpern: Frequenz bis > 100MHz möglich
Auflösung im Bereich µm möglich
Anwendung: Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung
iprom Mikrowellensensoren
Frequenzbereiche mit geringer Dämpfung in Luft liegen bei
35 GHz, 90 GHz, 140 GHz, 230 GHz.
Die zugehörigen Wellenlängen liegen zwischen 8,5 mm und 1,3 mm,
also drei bis vier Größenordnungen größer als Lichtwellenlängen.
Metallische Objekte reflektieren Mikrowellen fast vollständig.
Bei Kunststoffen, Glas, Keramik tritt teilweise Reflexion, teilweise
Transmission und teilweise Absorption auf.
Industrieller Einsatz derzeit vor allem: Füllstandsmessung in Silos.
iprom Mikrowellensensoren
Abstandsmessungen mit Mikrowellen basieren auf
Laufzeitmessungen oder
interferometrischer Auswertung der Phasenverschiebung oder
der Auswertung der Dopplerverschiebung der Frequenz
(wie beim Laservibrometer)
Laufzeitmessung erreicht aufgrund der hohen Lichtgeschwindigkeit
nur eine Auflösung in der Größenordnung mm.
Bei den auf die Wellenlänge bezogenen Messtechniken ist auf kurze
Distanzen eine Auflösung in der Größenordnung µm erreichbar.
iprom Inkrementale Wegaufnehmer
Ausgangssignal ist periodische Funktion des Weges.
Die Perioden des Signals werden gezählt.
Zwei Probleme:
a) Wie bestimmt man den Nullpunkt?
b) Wie bestimmt man die Bewegungsrichtung?
iprom Interferometrische Sensoren / Laservibrometer
Interferometrische optische Sensoren erreichen ein Auflösungsvermögen
von < 1nm.
Dennoch: Die praktisch erreichbare Messunsicherheit ist aufgrund diverser
Störeinflüsse selten besser als 10-6, d.h. 1µm je m.
Ein wesentlicher Einfluss ist die Abhängigkeit des Brechungsindex der Luft
von Temperatur, Luftdruck und Luftfeuchtigkeit (Edlén-Formel).
Dadurch bedingt ist die Lichtwellenlänge, die als Maßstab dient, von den
Umgebungsbedingungen abhängig.
Klassische Interferometer können bis zu Objektgeschwindigkeiten von
ca. 1m/s eingesetzt werden.
Für schnellere Objekte sind Laservibrometer anwendbar.
iprom Strukturierung der geometrischen Messverfahren
Eindimensionale Messverfahren
Handmessmittel
Abstandssensoren
Einbauwegmesssysteme
Zweidimensionale Messverfahren
Zweieinhalbdimensionale Messverfahren
Dreidimensionale Messverfahren
iprom Licht
Licht ist eine spezielle Form
elektromagnetischer Wellen
An einem Ort im Raum gekennzeichnet durch:
Farbe, definiert durch Frequenz bzw. Wellenlänge,
allgemein: spektrale Intensitätsverteilung
Ausbreitungsrichtung
Polarisation
Phasenlage
iprom Messtechnische Nutzung
Die Eigenschaften des Lichtes können
messtechnisch genutzt werden.
Ausbreitungsrichtung -> Schattenwurf
optische Abbildung
Polarisation -> Optische Materialeigenschaften
Farbe (Wellenlänge) -> Spektroskopie
Phasenlage -> Interferometrie
Holographie
Speckle-Messtechnik
iprom Die optische Abbildung, die Kameramesstechnik
Die optische Abbildung ordnet einem
dreidimensionalen Objekt eine zweidimensionale
Helligkeitsverteilung in einer Bildebene zu.
Damit ist in der Regel ein Informationsverlust
verbunden.
Ziel der Kameramesstechnik:
Quantitative Bestimmung geometrischer Größen
des Objekts durch Auswertung des
zweidimensionalen Bildes
iprom Eigenschaften von Lichtquellen
Halogenglühlampen:
Weißes Spektrum, hohe Lichtleistung
Große strahlende Fläche -> schlecht fokussierbar
Geringe Lebensdauer, hohe Wärmeabgabe, geringe Kosten
Bogenlampen (Xe, Hg):
Reinweißes Spektrum, höchste Lichtleistung
Gut fokussierbar, lange Lebensdauer, hohe Wärmeabgabe, hohe Kosten
Leuchtdioden (LED):
Einfarbig (rot, gelb, grün, blau) oder weiß
Gut fokussierbar, sehr lange Lebensdauer, relativ geringe Wärmeabgabe
Mäßige Kosten
Laser, speziell Laserdioden:
Einfarbig, sehr gut fokussierbar, kohärent (interferenzfähig)
Kohärenz führt bei Bildauswertung zu Problemen
-> nur für besondere Anwendungen (3D-Sensoren)
iprom Kenngrößen von Objektiven
Brennweite f -> Abbildungsmaßstab
Festbrennweite / Zoomoptik
Öffnungsverhältnis (maximale Aperturblende)
z.B. f/2,8 -> Blendenzahl 2,8
Je kleiner die Blendenzahl, um so lichtstärker
das Objektiv
Halbe Blendenzahl -> vierfache Lichtstärke
Auflösungsvermögen: Kleinster Abstand zwischen zwei
Linien, der noch im Bild erkennbar ist.
Kontrast: „Unterschied zwischen hellsten (Imax) und
dunkelsten (Imin) Stellen im Bild.“
Exakt: K=(Imax-Imin) / (Imax + Imin)
Bester Kontrast: K=1
iprom Das Auflösungsvermögen
Das Auflösungsvermögen eines Objektivs ist selbst bei
perfekter Optik durch die Beugung begrenzt.
Hochwertige Fotoobjektive können Strukturen von wenigen
Mikrometern auflösen.
Mikroskopobjektive können Strukturen bis ca. 0,5 µm
auflösen.
Unabhängig davon kann die Position einer Objektkante
bei gutem Kontrast mit einer Auflösung bis zur
Größenordnung 1/1000 µm gemessen werden.
iprom Optische Aberrationen
Optische Abbildungssysteme weisen in der
Regel Abbildungsfehler auf. Diese werden in der
Optik als Seidelsche Aberrationen klassifiziert:
Sphärische Aberration
Koma
Astigmatismus
Bildfeldwölbung
führen zu Unschärfe im Bild
-> Auflösungsvermögen und Kontrast
verschlechtern sich
Verzeichnung führt zu fehlerhaftem Abbildungsmaßstab
Zusätzlich: chromatische Aberration
iprom Abbildungsfehler Verzeichnung
Ohne
VerzeichnungTonnenförmige
Verzeichnung
Kissenförmige
Verzeichnung
Verzeichnung guter Messobjektive < 1/1000 Messbereich
Verzeichnung einfacher Weitwinkelobjektive > 1/100 Messbereich
Für Präzisionsmessungen ist Kalibrierung erforderlich.
iprom Konventionelle optische Abbildung
G
G B1
B2
B>B1 2
Ebene desBildsensors
Der Maßstab ist abhängig vom Objektabstand
(asymmetrische Defokussierung)
iprom Telezentrische optische Abbildung
Der Maßstab ist unabhängig vom Objektabstand
(symmetrische Defokussierung)
G
G
B1
B2
B=B1 2
Ebene desBildsensors
iprom Strukturierung der geometrischen Messverfahren
Bilder werden digitalisiert und im Rechner gespeichert.
Ein digitales Bild enthält eine große Informationsmenge
(Größenordnung 1 MByte)
Es gibt spezielle Auswertealgorithmen zur effizienten
Verarbeitung derartiger Daten: Digitale Bildverarbeitung
Ziel ist es, Information über das Messobjekt zu gewinnen,
z.B. Konformität mit den Anforderungen.
Im Vergleich zu taktilen Verfahren ist die mit digitalen Kameras
erreichbare Datenrate sehr hoch
(typisch mehr als 1 Bild/s, in manchen Fällen > 1000 Bilder/s)
Digitale Bildverarbeitung wird in der Vorlesung
„Messsignalverarbeitung“ (Sommersemester) und im
Labor „Industrielle Bildverarbeitung“ behandelt.
iprom Strukturierung der geometrischen Messverfahren
Eindimensionale Messverfahren
Handmessmittel
Abstandssensoren
Einbauwegmesssysteme
Zweidimensionale Messverfahren
Zweieinhalbdimensionale Messverfahren
Dreidimensionale Messverfahren
iprom Aktive Triangulation 1D: Triangulationssensor
a b
Objektpunkt
LichtquelleBildpunkt
Detektor
Basis
iprom Aktive Triangulation 3D: Streifenprojektionsverfahren
Musterprojektor
Meßobjekt
Kamera
Rechner
iprom Strukturierung der geometrischen Messverfahren
Eindimensionale Messverfahren
Handmessmittel
Abstandssensoren
Einbauwegmesssysteme
Zweidimensionale Messverfahren
Zweieinhalbdimensionale Messverfahren
Dreidimensionale Messverfahren
iprom Koordinatenmessgerät in Portalbauart
Taster
z-Achsex-Achse
y-Achse
Taster
z-Achsex-Achse
y-Achse
Verfahrbares Portal Verfahrbarer Messtisch
iprom Formmessgerät für rotationssymmetrische Werkstücke
z-Achse
r-Achse
-Achse
Kurbelwellen-messung
Zahnrad-messung
Wellen-messung
iprom Funktionsprinzip eines schaltenden Sensors für einen
Koordinatentaster
Werkstück
Tastkugel
Taststift
Sensor
iprom Funktionsprinzip eines messenden Sensors für einen Koordinatentaster
x
y z
y
x Werkstück
Tastkugel
Taststift
Sensor
Blattfeder Blattfeder
induktiverWegsensor
3 orthogonaleFederparallelogramme
iprom Scannendes Messen
NC-Werkzeugmaschinen: nur unabhängige Achsen
Scannendes KMG: mindestens eine abhängige Achse
Hohe Anforderung an die Dynamik des Regelkreises
Einzelpunktantastung Scannende Antastung
iprom Bezug zwischen den Koordinatensystemen
Bezug zwischen Geräte- und Tasterkoordinatensystem:
Einmessen an einem Kalibrierwerkstück
Bezug zum Objektkoordinatensystem:
Antastung von Bezugsflächen am Messobjekt
Dadurch wird eine genaue Ausrichtung des Werkstücks
unnötig.
iprom Messung von Verformungen
Messung von Verformungen
Messung von Materialparametern
ReH: Obere Streckgrenze
ReL: Untere Streckgrenze
Rm: Zugfestigkeit
AL: Lüdersdehnung
Ag: Gleichmaßdehnung
A: Bruchdehnung
Bildquelle: Wikipedia
Spannungs-Dehnungs-Diagramm
Festigkeitsuntersuchung an Bauteilen Zugmaschine Bildquelle:
Fa. Zwick Roell
iprom Messung von Verformungen - Extensometer
Zugmaschine Bildquelle:
Fa. Zwick Roell
Extensometer
Bildquelle: https://uwaterloo.ca/
fatigue-stress-analysis-lab/
research-areas/
multiaxial-fatigue-mg-alloys
Optisches
Extensometer
Bildquelle: http://www.zwick.com/
en/products/extensometers/
non-contact-extensometers/
lightxtensr.html
iprom Dehnungsmessstreifen
A
lR
Empfindlich für einachsige Dehnung/Stauchung
Relative Empfindlichkeit ca. 10-6
Temperaturempfindlichkeit wesentlich höher
-> Stets in Brückenschaltungen eingesetzt
Bildquelle:
www.phyta.net
iprom Anwendung der Photogrammetrie: Objektrasterverfahren
x
y
z
Bildebenen
Objektoberfläche
applizierte Rasterstruktur
Bildebenen
applizierte Rasterstruktur
Objektoberfläche
z
yx
Kameras
Probe in Belastungsvorrichtung
iprom Objektrasterverfahren 3D
Probewerkstück mitstochastischem Raster
xz
y
Anwendung: Verzug beim T-Stoß-Schweissen
iprom Objektrasterverfahren 3D
Anwendung: Verzug beim T-Stoß-Schweissen
GemessenerVerzug
x y
z ges.
xz
y
iprom Kraftmessung
Kraftmessung
Federelement zur Umsetzung Kraft -> Verformung
Messung der lokalen Dehnung mit DMS
Messung der absoluten Verformung, z.B. kapazitiv
iprom Kraftmessung
Kraftmessung
Federelement zur Umsetzung Kraft -> Verformung
Messung der lokalen Dehnung mit DMS
Messung der absoluten Verformung, z.B. kapazitiv
Piezolektrische Aufnehmer (für dynamische Anwendungen)
http://bridell.com/how-to-use-a-piezo-element-as-an-arduino-sensor/
iprom Drehmomentmessung
Drehmomentmessung
Messwelle = Torsionsfeder
Messung der lokalen Dehnung mit DMS
Bildquelle:
www.sensortelemetrie.deBildquelle:
TU Ilmenau
iprom Druckmessung
Druckmessung
Rückführung auf eine Kraftmessung
Verformung einer Membran
Verschiebung eines Kolbens
http://blog.wika.de/know-how/funktionsprinzip-resistiver-drucksensor/
iprom Gewichtsmessung / Messung der Masse
Gewichtsmessung / Messung der Masse:
Wägen: Feststellung der unbekannten Masse eines Körpers
Abwägen: Herstellung einer bestimmten Masse
Klassier- oder Grenzwägen: Zuordnung zu einer „Gewichtsklasse“
(präziser, aber ungebräuchlich: „Massenklasse“)
Messen eines kontinuierlichen Mengenstroms
Nutzung des Prinzips der schweren Masse:
Auf der Erde: Gewichtskraft = m g
Aber: g ist keine Naturkonstante!!
Wägewert: Messwert, der von der Waage angezeigt wird.
Konventioneller Wägewert: Wägewert mit Korrektur des Auftriebs in Luft
Dichtevergleich: Luft: 1,29 kg/m3 , Stahl: 8000 kg/m3
iprom Messmethoden beim Bau von Waagen
Erzeugung einer Gegenkraft zur Kompensation der Gewichtskraft:
Balkenwaage: Kompensation mit bekannten Vergleichsmassen
Federwaage: Messung der elastischen Verformung eines Federkörpers
Elektrodynamische Waage: Regelung eines Elektromagneten
iprom Messung der Dichte
Messprinzip: Verdrängung von Flüssigkeit durch Eintauchen eines Körpers
a) Messung der Dichte eines Festkörpers:
Messung der Gewichtskraft in Luft (besser in Vakuum)
Messung des Volumens des Körpers
(verdrängte Flüssigkeit)
Dichte = Quotient
b) Messung der Dichte einer Flüssigkeit
Eintauchen eines Körpers bekannter Dichte und Masse
Messung der Gewichtskraft in der Flüssigkeit
Differenz = Auftrieb = Gewichtskraft der verdrängten Flüssigkeit
iprom Temperaturmessung
Thermometer:
Stabausdehnungsthermometer
Bimetallthermometer
Flüssigkeitsthermometer
Widerstandsthermometer
Metall PTC (Positive Temperature Coefficient)
Halbleiter NTC (Negative Temperature Coefficient)
Thermoelemente
Strahlungsthermometer
iprom Plancksches Strahlungsgesetz für schwarze Körper
http://www.rapp-instruments.de/foto/Unvis/infrared/infrared.htm
http://www.dias-infrared.de/magazin/
einfluss-emissionsgrad-beruehrungslose-temperaturmessung
Wärmebild einer IR-Kamera
Nur bei Kenntnis des lokalen Emissionsgrades quantitativ auswertbar!
http://www.focus.de/fotos/
ein-waermebild-gelingt-am-besten-wenn-es-draussen-trocken-und-kalt_mid_1171040.html