Die vorliegende Vorlesungsmitschrift behandelt zunächst die Grundlagen der Messtechnik, um im weiteren Verlauf näher auf die Längenmesstechnik, die Winkelmessung sowie die Oberflächenmesstechnik und Dehnungsmessstreifen einzugehen.
Inhaltsverzeichnis
1. Grundlagen der Messtechnik
1.1 Einführung
1.2 Gesetzliche Grundlagen des Messwesens
1.3 Auswertung von Messungen (Messabweichungen, Messfehler, Fehlerrechnung)
1.3.1 Grundlegende Betrachtungen
1.3.2 Auswertung einer Messreihe (Mehrmalige direkte Messungen einer Messgröße)
1.4 Ausgleichsrechnung / Regression
2. Längenmesstechnik
2.1 Allgemeines
2.2 Messfehler und ihre Berücksichtigung
2.2.1 (Abbe’sche) Komparatorprinzip
2.2.2 Temperatureinfluss
2.2.3 Messkraft und Schwerkraft
2.3 Mechanische Messmittel
2.4 Analoge Wegsensoren
2.4.1 Induktive Wegsensoren
2.4.2 Kapazitive Wegsensoren
2.4.3 Wegaufnehmer mit Dehnungsmessstreifen (siehe Kapitel Kraftmesstechnik)
2.4.4 Pneumatische Längenmessverfahren
2.5 Digitale Längenmessverfahren
2.5.1 Grundlegende Eigenschaften
2.5.2 Inkrementalverfahren
2.5.3 Kodeverfahren
2.5.4 Digitale Längenmessgeräte
2.5.5 Frequenzverfahren mit Ultraschallsensoren
2.6 Koordinatenmesstechnik
2.6.1 Messmikroskope
2.6.2 Dreikoordinatenmessgeräte
2.7 Lasermessverfahren und optoelektronische Sensoren
2.7.1 Laserlichtquellen für die Messtechnik
2.7.2 Laserinferometer
2.7.3 Lasertriangulationsverfahren
2.7.4 Laserdopplerverfahren
2.7.5 Autofocusverfahren
2.7.6 Optoelektronische Sensoren
2.7.7 Faseroptische Sensoren
3. Winkelmessung
4. Oberflächenmesstechnik
4.1 Begriffe und Kenngrößen
4.2 Verfahren und Geräte
4.2.1 Tastschnittverfahren
5. Dehnungsmessstreifen
5.1 Grundlagen der Dehnungsmessstreifen (DMS) Technik
5.2 Messtechnische Eigenschaften
5.3 Messschaltungen für DMS
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit vermittelt die theoretischen Grundlagen und praktischen Methoden der Mess- und Sensortechnik, wobei der Fokus auf der präzisen Bestimmung physikalischer Größen durch unterschiedliche Sensorkonzepte und Auswertungsverfahren liegt.
- Grundlagen der messtechnischen Fehlerrechnung und Ausgleichsrechnung.
- Methoden der Längenmesstechnik, einschließlich analoger und digitaler Sensoren.
- Einsatz optischer Messverfahren wie Laser-Interferometrie und Triangulation.
- Koordinatenmesstechnik und taktile sowie optische Antastsysteme.
- Dehnungsmessstreifen-Technik und deren schaltungstechnische Implementierung.
Auszug aus dem Buch
2.4.1 Induktive Wegsensoren
Bei induktiven Wegsensoren wird durch einen mechanischen Eingriff (Verschiebung) die Induktivität oder die Kopplung (Gegeninduktivität) innerhalb eines magnetischen Kreises beeinflusst. Im Aufnehmer werden durch die Einwirkung des Messsignals keine Spannungen induziert, sondern nur Induktivitäten geändert. Diese Änderungen beeinflussen einen angeschlossenen elektrischen Messkreis.
1. Querankerwandler
Das Haupteinsatzgebiet von Querankerwandlern liegt in der berührungslosen Abstandsbestimmung. Der Einsatz dieser Wandler ist jedoch auf ferromagnetische Materialien beschränkt, da die magnetischen Feldlinien durch das Messobjekt selbst geschlossen werden. Durch die Veränderung der Größe des Luftspaltes zwischen Wandler und Werkstückoberfläche ändert sich die Induktivität des magnetischen Kreises, der aus Spule, dem ferromagnetischen Kern und dem Messobjekt gebildet wird.
Eine wesentliche Voraussetzung für exakte Messergebnisse ist ein geradliniger Verlauf der Feldlinien im Luftspalt. Aus diesem Grund kann der Querankerwandler nur für die Messung kleiner bis sehr kleiner Wege eingesetzt werden.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Grundlagen der Messtechnik: Vermittlung der Definitionen von Messgrößen, gesetzlicher Rahmenbedingungen sowie statistischer Verfahren zur Fehleranalyse und Ausgleichsrechnung.
2. Längenmesstechnik: Detaillierte Darstellung von Messfehlern, mechanischen Mitteln, induktiven/kapazitiven Sensoren sowie digitalen und optischen Verfahren zur Wegmessung.
3. Winkelmessung: Einführung in Methoden zum Vergleich von Winkeln mittels Teilkreisen und die Analyse spezifischer Fehler wie Schenkel- und Scheiteldeckungsfehler.
4. Oberflächenmesstechnik: Erläuterung von Begriffen wie Rauheit und Welligkeit sowie die Vorstellung von Tastschnittverfahren zur Qualitätsprüfung technischer Oberflächen.
5. Dehnungsmessstreifen: Behandlung der physikalischen Funktionsweise von DMS, deren messtechnischer Eigenschaften und der schaltungstechnischen Realisierung zur Temperaturkompensation.
Schlüsselwörter
Messtechnik, Sensortechnik, Messfehler, Längenmessung, Induktive Sensoren, Laser-Interferometrie, Koordinatenmesstechnik, Oberflächenmesstechnik, Rauheit, Dehnungsmessstreifen, DMS, Brückenschaltung, Kalibrierung, Wegsensor, Fehlerrechnung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit behandelt die Grundlagen und Anwendungsgebiete der Mess- und Sensortechnik mit einem starken Fokus auf industriell relevante Messverfahren.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen umfassen Längen- und Winkelmessung, Oberflächenprüfung sowie den Einsatz von Sensoren zur Dehnungsmessung und Koordinatenerfassung.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist die Vermittlung der physikalischen Wirkprinzipien von Sensoren und die korrekte Auswertung von Messdaten zur Bestimmung physikalischer Größen.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?
Es werden mathematische Methoden der Fehlerrechnung, Regressionsanalyse sowie physikalische Messprinzipien (induktiv, kapazitiv, optisch) eingesetzt.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Messtechnik für Länge, Winkel und Oberflächen sowie in spezielle Sensorik, wie sie in der Automatisierungstechnik zum Einsatz kommt.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Messunsicherheit, Sensorik, Komparatorprinzip, Inkrementalverfahren und Dehnungsmessstreifen.
Wie funktioniert das Abbe'sche Komparatorprinzip?
Es besagt, dass Fehler erster Ordnung vermieden werden können, wenn Messobjekt und Maßverkörperung fluchtend hintereinander in einer Achse angeordnet sind.
Warum werden induktive Sensoren oft als Differentialanordnung genutzt?
Die Differenzschaltung dient der Verbesserung der Linearität des Ausgangssignals und ermöglicht eine Kompensation von Störeinflüssen.
Was ist der Unterschied zwischen Inkrementalverfahren und Kodeverfahren?
Inkrementale Verfahren zählen Wegschritte ausgehend von einem Nullpunkt, während Kodeverfahren eine sofortige absolute Position nach dem Einschalten liefern.
Warum sind Dehnungsmessstreifen in einer Vollbrückenschaltung zu bevorzugen?
Die Vollbrücke bietet unter der Annahme gleicher Grundwiderstände und gleichmäßiger Temperatureinwirkung eine vollständige Temperaturkompensation.
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- Anonym (Autor), 2014, Mess- und Sensortechnik, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/281937
