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Grundlagen der Messtechnik (GMT)5 ECTS (englische Bezeichnung: Fundamentals of Metrology)
Modulverantwortliche/r: T. Hausotte Lehrende:
Tino Hausotte, Assistenten
Start semester: |
SS 2013 | Duration: |
1 semester | Cycle: |
halbjährlich (WS+SS) |
Präsenzzeit: |
60 Std. | Eigenstudium: |
90 Std. | Language: |
Deutsch und Englisch |
Lectures:
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Grundlagen der Messtechnik
(Vorlesung, 2 SWS, Tino Hausotte, Mon, 12:15 - 13:45, H12; starting 18.4.2013; Vorlesung statt Übung: 1. bis 2. Vorlesungswoche; weitere Verschiebungen werden in der Vorlesung und auf StudOn bekanntgegeben.; Preliminary meeting: 18.4.2013, 8:15 - 9:45 Uhr, H4)
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Grundlagen der Messtechnik - Übung
(Übung, 2 SWS, Tino Hausotte et al., Thu, 8:15 - 9:45, H4; Vorlesung statt Übung: 1. bis 2. Vorlesungswoche; weitere Verschiebungen werden in der Vorlesung und auf StudOn bekanntgegeben.)
Inhalt:
Allgemeine Grundlagen
Wesen des Messens: SI-Einheitensystem • Definitionen der SI Einheiten (cd, K, kg, m, s, A, mol) • Messung • Extensive und intensive Größen • Messen, Prüfen und Lehren • objektives und subjektives Prüfen • Grundvoraussetzungen für das Messen • Weitergabe und Rückführung der Einheiten • Gebrauch und korrekte Angabe der Einheiten • Messwert, wahrer Wert, ausgegebener Wert • Messabweichung
Messprinzipien und Messmethoden: Messprinzip, Messmethode und Messverfahren • Ausschlagmessmethode, Differenzmessmethode, Substitutionsmessmethode und Nullabgleichsmethode (Kompensationsmethode) • direkte und indirekte Messmethoden • analoge und digitale Messmethoden • absolute und inkrementelle Messmethoden • Auflösung und Empfindlichkeit • Kennlinie und Kennlinienarten
Statistik – Auswertung von Messreihen: Berechnung eines Messergebnisses anhand von Messreihen • Grundbegriffe der deskriptiven Statistik • Darstellung und Interpretation von Messwertverteilungen (Histogramme) • Häufigkeit (absolute, relative, kumulierte, relative kumulierte) • Berechnung und Interpretation grundlegender Parameter: Lage (Mittelwert, Median, Modus), Streuung (Spannweite, Varianz, Standardabweichung), Form (Schiefe, Kurtosis bzw. Exzess) • Stochastik und Verteilungen (Rechteck-, U- und Normalverteilung) • statistische Tests und statistische Schätzverfahren • Korrelation und Regression
Messabweichungen und Messunsicherheit: Messwert, Wahrer Wert, vereinbarter Wert, erfasster Wert, ausgegebener Wert • Einflüsse auf die Messung (Ishikawa-Diagramm) • Messabweichung (systematische, zufällige) • Korrektion bekannter systematischer Messabsweichungen • Kalibrierung, Verifizierung, Eichung • Messpräzision und Messgenauigkeit • Wiederholbedingungen/-präzision, Vergleichsbedingungen/-präzision, Erweiterte Vergleichsbedingungen/-präzision • Messunsicherheit • korrekte Angabe eines Messergebnisses • Übersicht über Standardverfahren des GUM (Messunsicherheit)
Messgrößen des SI Einheitensystems
Messen elektrischer Größen und digitale Messtechnik: Messung von Strom und Spannung (strom- und spannungsrichtige Messung), Bereichsanpassung • Wheatstonesche Brückenschaltung (Viertel-, Halb- und Vollbrücke, Differenzverfahren und Nullabgleichverfahren) • Charakteristische Werte sinusförmiger Wechselgrößen (Wechselspannungsbrücke) • Operationsverstärker (Invertierender Verstärker, Nichtinvertierender Verstärker, Impedanzwandler) • Digitalisierungskette (Filter, Abtast-Halte-Glied, Analog-Digital-Wandlung) • Abweichungen bei der Analog-Digital-Wandlung
Messen optischer Größen: Licht und Eigenschaften des Lichtes • Fotodetektoren (Fotowiderstände, Fotodioden) • Empfindlichkeitsspektrum des Auges • Radiometrie und Photometrie • Lichtstärke (cd, candela) • Strahlungsgesetze
Messen von Temperaturen: Temperatur, SI-Einheit, Definition • Wärmeübertragung (Wärmeleitung, Konvektion, Wärmestrahlung) • Fixpunkte (Tripelpunkte, Erstarrungspunkte), Fixpunktzellen, internationale Temperaturskala (ITS-90) • Berührungsthermometer • Metall-Widerstandsthermometer, Messschaltungen für Widerstandsthermometer • Thermoelemente, Messschaltungen für Thermoelemente • Messabweichungen von Berührungsthermometern • Strahlungsgesetze, Pyrometer (siehe Optische Größen) • Messabweichungen von Pyrometern
Zeit und Frequenz: Zeitmessung • Atomuhr • Globales Positionssystem • Darstellung der Zeit • Verbreitung der Zeitskala UTC • Frequenz- und Phasenwinkelmessung
Längenmesstechnik: Meterdefinition • Abbesches Komparatorprinzip, Abweichungen 1.- und 2.-Ordnung • Längenmessung mit Linearencodern, Bewegungsrichtung, Ausgangssignale, Differenzsignale • Absolutkodierung (V-Scannen und Gray Code) • Interferometer, Michelson-Interferometer, Grundlagen der Interferenz, Homodynprinzip, Heterodynprinzip, Interferenz am Homodyninterferometer, destruktive und konstruktive Interferenz, Einfluss Luftbrechzahl
Winkel und Neigung: ebener Winkel, Winkeleinheiten • Maßverkörperungen • Winkelmessgeräte • Neigungsmessung • optische Winkelmessgeräte • Messabweichungen • räumlicher Winkel, Raumwinkel
Kraft und Masse: Definition SI-Einheit Kilogramm, Massenormale, Prinzip der Masseableitung • Definition Masse, Kraft und Drehmoment • Messprinzipien von Waagen • Balkenwaage, Federwaage, Unter- und oberschalige Waagen, Ecklastabhängigkeit, DMS-Waage, EMK-Waage, Massekomparatoren • Einflussgrößen bei Massebestimmung • Kraftmessung, Kraftmessung mit DMS, magnetoelastische und piezoelektrische Kraftmessung
Teilgebiete der industriellen Messtechnik
Prozessmesstechnik (Druck und Durchfluss): Definition des Druckes • Druckarten (Absolutdruck, Überdruck, Differenzdruck) • Druckwaage (Kolbenmanometer), U-Rohrmanometer, Rohrfedermanometer, Plattenfedermanometer • Drucksensoren (mit DMS, piezoresistiv, kapazitiv, piezoelektrisch) • Durchflussmessung (Volumenstrom und Massestrom, Strömung von Fluiden) • volumetrische Verfahren, Wirkdruckverfahren, Schwebekörper-Durchflussmessung, magnetisch-induktive Durchflussmessung, Ultraschall-Durchflussmessung • Massedurchflussmessung (Coriolis, Thermisch)
Fertigungsmesstechnik: Teilaufgaben der Fertigungsmesstechnik, Ziele der Fertigungsmesstechnik • Gestaltparameter von Werkstücken (Mikro- und Makrogestalt), Gestaltabweichungsarten, Messen, Prüfen, Überwachen • Gegenüberstellung klassische Messtechnik und Koordinatenmesstechnik, Standardgeometrieelemente • Bauarten und Grundstruktur von Koordinatenmessgeräten • Vorgehensweise bei Messen mit einem Koordinatenmessgerät
Mikro und Nanomesstechnik: Anforderungen der Mikrosystemtechnik an die Messtechnik • Sensoren und Tastsysteme für Mikrosystemtechnik (taktile Sensoren, opto-taktiler Fasertaster, Fokussensor, Chromatischer Weißlichtsensor) • Rasterkraftmikroskop (Aufbau, Arbeitsweisen), Rastertunnelmikroskop • Nanokoordinatenmessung: 3-D Realisierung des abbeschen Komparatorprinzips • Maßnahmen zur Reduktion der Einflüsse
Lernziele und Kompetenzen:
Lernziele
Basiswissen zu Grundlagen der Messtechnik, messtechnischen Tä-tigkeiten, Beschreibung der Eigenschaften von Messeinrichtungen und Messprozessen, Internationales Einheitensystem und Rückführung von Messergebnissen.
Grundkenntnisse zur methodisch-operativen Herangehensweise an Aufgaben des Messens statischer Größen, Lösen einfacher Mess-aufgaben und Ermitteln von Messergebnissen aus Messwerten
Kompetenzen
Literatur:
- DIN e.V. (Hrsg.): Internationales Wörterbuch der Metrologie – Grundlegende und allgemeine Begriffe und zugeordnete Benennungen (VIM) ISO/IEC-Leitfaden 99:2007. Beuth Verlag GmbH, 3. Auflage 2010
Hoffmann, Jörg: Handbuch der Messtechnik. 4. Auflage, Carl Hanser Verlag München, 2012 – ISBN 978-3-446-42736-5
Lerch, Reinhard: Elektrische Messtechnik. 6. Auflage, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2012 – ISBN 978-3-642-22608-3
Richter, Werner: Elektrische Meßtechnik. 3. Auflage, Verlag Technik Berlin, 1994 - ISBN 3-341-01106-4
Kohlrausch, Friedrich: Praktische Physik : zum Gebrauch für Unterricht, Forschung und Technik. Band 1-3, 24. Auflage, Teubner Verlag, 1996 – ISBN 3-519-23001-1, 3-519-23002-X, 3-519-23000-3
Ernst, Alfons: Digitale Längen- und Winkelmesstechnik. 4. Auflage, Verlag Moderne Industrie, 2001 – ISBN 3-478-93264-5
Pfeifer, Tilo: Fertigungsmeßtechnik. R. Oldenbourg Verlag München Wien, 1998 – ISBN 3-486-24219-9
Keferstein, Claus P.: Fertigungsmesstechnik. 7. Auflage, Vieweg+Teubner Verlag, 2011 – ISBN 978-3-8348-0692-5
Warnecke, H.-J.; Dutschke, W.: Fertigungsmeßtechnik. Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York Tokyo, 1984 – ISBN 3-540-11784-9
Organisatorisches:
- Unterlagen zur Lehrveranstaltung werden auf der Lernplattform StudOn (www.studon.uni-erlangen.de) bereitgestellt. Das Passwort wird in der ersten Vorlesung bekannt gegeben.
Weitere Informationen:
www: http://www.fmt.tf.fau.de/lehre/lehrveranstaltungen.php
Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan: Das Modul ist im Kontext der folgenden Studienfächer/Vertiefungsrichtungen verwendbar:
- Medizintechnik (Bachelor of Science): 3. Semester
(Po-Vers. 2009 | Modulgruppen B6 und B8.2 - Kompetenzfeld Gerätetechnik | Modulgruppe B6 - Kernmodule | Grundlagen der Messtechnik)
- Medizintechnik (Bachelor of Science): 3. Semester
(Po-Vers. 2009 | Modulgruppen B6 und B8.2 - Kompetenzfeld Gerätetechnik | Modulgruppe B8.2 - Vertiefungsmodule MB/WW/CBI | Grundlagen der Messtechnik)
Studien-/Prüfungsleistungen:
Grundlagen der Messtechnik (Prüfungsnummer: 45101)
- Prüfungsleistung, Klausur, Dauer (in Minuten): 60, benotet
- Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %
- weitere Erläuterungen:
Allgemeine Regel der Prüfungstagvergabe: Die Prüfung findet am zweiten Donnerstag im 1. Prüfungszeitraum statt. Der 1. Prüfungszeitraum umfasst die ersten zwei Wochen der Semesterferien unmittelbar nach Vorlesungsende. Liegt ein Feiertag im Prüfungszeitraum werden alle Prüfungen um einen Tag nach vorne verschoben. Abweichungen von dieser Regel sind möglich. (Quelle: Allgemeine Hinweise des Prüfungsamtes )
- Erstablegung: SS 2013, 1. Wdh.: WS 2013/2014, 2. Wdh.: keine Wiederholung
- Termin: 01.08.2013, 15:30 Uhr, Ort: Mensa-Süd
Termin: 20.02.2014, 16:00 Uhr, Ort: s. Aushang
Termin: 24.07.2014, 16:00 Uhr, Ort: Mensa-Süd
Termin: 12.02.2015, 16:00 Uhr, Ort: s. AushangTermin: 01.08.2013
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