Einführung in die Messtechnik

Einführung in die Messtechnik, Tutsch 2 V / 1 UE

Ziel der Lehrveranstaltung ist es, die Studierenden mit den Grundlagen der Messtechnik vertraut zu machen. Dies umfasst insbesondere all jene Aspekte, die es im Vorfeld einer Messung, während der Durchführung einer Messung sowie bei der Auswertung und Interpretation der gewonnenen Messdaten zu berücksichtigen gilt. So soll den Studierenden die Fähigkeit vermittelt werden, mögliche Fehlerursachen beim Messen durch ein Verständnis der Wechselwirkung von Messmittel, Messobjekt, Umwelt und Bediener bereits im Vorfeld zu erkennen und durch geeignete Maßnahmen zu vermeiden oder zu minimieren. Darüber hinaus wird besonderes Augenmerk auf den Umgang mit Messdaten gerichtet. Hierzu gehören insbesondere jene grundlegenden statistischen Verfahren, die es ermöglichen, die Aussagekraft von Messdaten zu überprüfen und eine Abschätzung der Messunsicherheit vorzunehmen. Weiterhin wird den Studierenden ein Überblick über aktuelle Messtechniken zur Erfassung von in den Bereichen Prozessüberwachung und Qualitätssicherung häufig zu überwachenden Größen vermittelt.

Stichworte aus dem Vorlesungsinhalt:

Messtechnik im Maschinenbau, grundlegende Begriffe und Definitionen, Rückführbarkeit, Normale und deren Einheiten, gesetzliche Grundlagen des Einheitensystems, Messsignale und Messverfahren, Messabweichungen und deren Ursachen, statistische Methoden in der Messtechnik (z.B. Fehlerfortpflanzung, lineare Regression, Varianzanalyse, t-Test, Chi-Quadrat-Test), Messsignalverarbeitung, ausgewählte Messaufgaben und anschauliche Beispiele aus der industriellen Messtechnik

Prof. Dr.-Ing. R. Tutsch

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Fragen und Antworten zur Klausur

Terminplan

1. Vorlesungseinheit

  • Messen
  • Messgröße
  • Maßzahl
  • Einheit
  • Normal
  • Zählen
  • SI-Einheiten-System
    • Länge: Meter m
    • Masse: Kilogramm kg
    • Zeit: Sekunde s
    • Stromstärke: Ampere A
    • Temperatur: Kelvin K
    • Stoffmenge: Mol mol
    • Lichtstärke: Candela cd
  • Messsystem
  • Messobjekt
  • Messeinrichtung
  • Messgerät
  • Anzeige
    • Analoganzeige
    • Digitalanzeige

2. Vorlesungseinheit

  • Empfindlichkeit
  • Anzeigebereich
  • Messbereich
  • Unterdrückungsbereich
  • Messwert
  • Messergebnis
  • Kalibrieren
  • Eichen
  • Justieren
  • Kalibrierkette
  • Messprinzip
  • Messverfahren
    • direkte Messverfahren im engeren Sinne
    • direkte Messverfahren im erweiterten Sinne
    • indirekte Messverfahren
  • Ausschlagverfahren
  • Kompensationsverfahren
  • Substitutionsverfahren
  • zeitlich kontinuierliche Verfahren
  • zeitlich diskontinuierlich Verfahren
  • Messfehler
  • Fehlerursachen
  • Repräsentativität
  • Repräsentativitätsfehler
  • Korrektion
  • Störeinflüsse
  • Rückwirkung
  • superponiernde äußere Störeinflüsse
  • deformierende äußere Störeinflüsse
  • Einsatzbedingungen
  • innere Störeinflüsse

3. Vorlesungseinheit

  • systematische Fehler
  • zufällige Fehler
  • wahrer Wert
  • Erwartungswert
  • Mittelwert
  • systematischer Fehler
  • zufällige / statistische Fehler
  • Reproduzierbarkeit
  • Wiederholgenauigkeit
  • statische Fehler
  • dynamische Fehler
  • Lineares System 1. Ordnung
  • Lineares System 2. Ordnung
  • Testfunktion
  • Antwortfunktion
  • Sprungantwort
  • zeitkontinuierlich / zeitdiskret
  • wertkontinuierlich / wertdiskret
  • Digitalisierung
  • Diskretisierung
  • Unterabtastung
  • Aliasing
  • Abtasttheorem nach Shannon
  • Quantifizierung

4. Vorlesungseinheit

  • Fehler bedingt durch Auswertehypothesen
  • Fehlerfortpflanzung
  • Fehlercharakteristiken von Messgrößen
  • Nullpunktsempfindlichkeit
  • Ansprechwert
  • Anlaufwert
  • Umkehrspanne
  • Hysterese
  • Elastische Nachwirkung
  • Auflösung
  • Nullpunktsstabilität
  • Messunsicherheit
  • Fehlergrenzen
  • Linearitätsabweichung
  • Toleranzband
  • Güteklasse
  • Elektrische Messgeräte
  • Drehspulinstrument
  • Voltmeter
  • Amperemeter
  • Multimeter

5. Vorlesungseinheit

  • Oszilloskope
  • Triggern
  • Abtast-Halte-Schaltung
  • A/D-Umsetzer
  • Single-Slope-Verfahren
  • Parallel-Verfahren
  • Messung von Ohmschen Widerständen
  • Spannungsfehlerschaltung
  • Stromfehlerschaltung
  • Messbrücke
  • Abgleichbedingung
  • Vierleiterschaltung

6. Vorlesungseinheit

  • Geometrische Messtechnik
  • Antaststrategien
    • 1-Punkt-Antastung
    • 2-Punkt-Antastung
    • 3-Punkt-Antastung
  • 1-dimensional
    • Handmessmittel
      • Höhenmessgerät
      • Messschieber
        • Nonius
        • Abbe-Fehler
        • Fehler 1. Ordnung
      • Bügelmessschraube
        • Fehler 2. Ordnung
        • Messschraube
        • Innenmessschraube
        • Tiefenmessschraube
      • Messtaster
      • Fühebeltaster
    • Einbau-Wegmesssysteme
      • Potentiometrische Messsysteme
      • Inkrementale Wegmesssysteme
        • A quad B Signal
      • optische inkrementale Wegmesssysteme
        • Moiré-Effekt

7. Vorlesungseinheit

  • Laserinterferometer
  • kapazitive inkrementale Wegmesssysteme
  • induktive inkrementale Wegmesssysteme
  • magnetische inkrementale Wegmesssysteme
  • Abstandsmessung
    • berührend
      • Taster mit induktiver Auswertung
      • Taster mit kapazitiver Auswertung
      • Taster mit Gittermaßstab
    • berührungslos
      • optischer Reflextaster
      • Triangulationssensor (PSDs)

8. Vorlesungseinheit

  • Geometrische Messtechnik
    • 2-dimensional
      • Profilprojektor
      • Kameramesssystem/Bildauswertung
    • 2½-dimensional
      • Kameramesssysteme mit z-Achse und Autofokus
        • Messmikroskop
        • optisches Koordinatenmessgerät
      • Kameramessgerät mit strukturierter Beleuchtung
    • 3-dimensional
      • Koordinatenmessgerät
      • Taster
        • schaltend
        • messend
      • Radiuskorrektor für Tastkugel
      • Multisensorkoordinatenmessgerät
  • Geometrieelemente
  • Statistische Auswertung von Messdaten
    • Histogramm
    • Relative Häufigkeitsdichte
    • Summenhäufigkeit
    • Wahrscheinlichkeitsdichteverteilung
    • Verteilungsdichte
    • Wahrscheinlichkeitsfunktion
    • Verteilungsfunktion

9. Vorlesungseinheit

  • Deskriptive Statistik
  • Skalentypen
    • Nominalskale
    • Ordinalskala
    • Kardinalskala
  • Lageparameter
    • (arithmetischer) Mittelwert
    • Modalwert
    • Medianwert
  • Streuungsparameter
    • Spannweite
    • Quartilsabstand
    • Varianz
  • Mittelwert
  • Erwartungswert
  • Streuung
  • Standardabweichung
  • Varianz
  • Spezielle Verteilungsfunktionen
    • Normalverteilung
    • Rechteckverteilung
    • Dreieckverteilung

10. Vorlesungseinheit

  • Kenngrößen von Verteilungen
    • statistische Sicherheit
    • Vertrauensbereich
  • Standardabweichung des Mittelwerts
  • Konfidenzintervall
  • statistische Sicherheit
  • Studentsche t-Verteilung
  • Chi-Quadrat-Verteilung
  • Fehlerfortpflanzung
  • Fehlerfortpflanzung für systematische Fehler
    • Wahrer Wert von Y
    • Erwartungswert von Y
    • Systematischer Fehler Y

11. Vorlesungseinheit

  • Fehlerfortpflanzung für zufällige Fehler
  • Angabe von Messunsicherheiten nach GUM

12. Vorlesungseinheit

  • Statistische Tests
  • Hypothesen
  • Fehlentscheidung 1. Art
  • Fehlentscheidung 2. Art
  • t-Test für den Erwatungswert
  • Alternativhypothese
  • Einseitige Alternativhypothese
  • Zweiseitige Alternativhypothese

13. Vorlesungseinheit

  • Vergelich zweier Erwartungswerte
  • Der Chi-quadrat-Test für Verteilungsfunktionen
  • Lineare Regression
  • Regressionskoeffizient

14. Vorlesungseinheit

  • Restvarianz
  • Messverfahren
    • Dehnungsmessgeräte
      • Mehnungsmessstreifen
      • Objektrasterverfahren
    • Zeitmessgeräte
      • Oszillator
    • Frequenzmessung
    • Schwingungsmessgeräte
      • absolute Schwingungsmessung /seismische Masse)
    • Kraftmessgeräte
      • Federkörper, Hookesches Gesetz
    • Drehmomentmessgeräte
    • Massenmessgeräte (Waagen)
      • effektive Erdbeschleunigung
      • 4 Gebrauchszonen
      • Auftrieb
      • Wägewert
      • konventioneller Wägewert