Grundlagen der Messtechnik (GMT)5 ECTS
(englische Bezeichnung: Fundamentals of Metrology)
(Prüfungsordnungsmodul: Grundlagen der Messtechnik)

Lehrveranstaltungen:

• • Grundlagen der Messtechnik
    (Vorlesung, 2 SWS, Tino Hausotte, Fr, 10:15 - 11:45, H11; ab 10.10.2014; Einführungsveranstaltung zur Vorlesung und Übung am 10.10.2014)
  • Grundlagen der Messtechnik - Übung
    (Übung, 2 SWS, Tino Hausotte et al., Mo, 10:15 - 11:45, H11; ab 20.10.2014; Einführungsveranstaltung zur Vorlesung und Übung am 10.10.2014. Am 13.10.2014 keine Lehrveranstaltung.)

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:

Wissen

• Die Studierenden kennen das Basiswissen zu Grundlagen der Messtechnik und messtechnischen Tätigkeiten.

• Die Studierenden haben Grundkenntnisse zur methodisch-operativen Herangehensweise an Aufgaben des Messens statischer Größen, zum Lösen einfacher Messaufgaben und zum Ermitteln von Messergebnissen aus Messwerten.
  

Verstehen

• Die Studierenden können die Eigenschaften von Messeinrichtungen und Messprozessen beschreiben.

• Die Studierenden können das Internationale Einheitensystem und die Rückführung von Messergebnissen beschreiben.
  

Anwenden

• Die Studierenden können einfache Messungen statischer Größen durchführen.

Evaluieren (Beurteilen)

• Die Studierenden können Messeinrichtungen, Messprozesse und Messergebnisse bewerten.

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:

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

1. Mechatronik (Bachelor of Science): 5. Semester
   (Po-Vers. 2009 | weitere Pflichtmodule | Grundlagen der Messtechnik)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Grundlagen der Messtechnik (Prüfungsnummer: 45101)

(englischer Titel: Fundamentals of Metrology)

Prüfungsleistung, Klausur, Dauer (in Minuten): 60, benotet

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

weitere Erläuterungen:

• Prüfungstermine, eine allgemeine Regel der Prüfungstagvergabe und Termine der Klausureinsicht finden Sie auf StudOn: Prüfungstermine und Termine der Klausureinsicht

  • Die Lehrveranstaltungen Grundlagen der Messtechnik [GMT] im Wintersemester und Fundamentals of Metrology [FoM] im Sommersemester sind inhaltlich identisch. Beide Lehrveranstaltungen werden bilingual (Vorlesungsunterlagen: englisch-deutsch, Vortragssprache: deutsch) gehalten.

• Die Prüfungen über Grundlagen der Messtechnik [GMT] (Prüfungnr. 45101) und Fundamentals of Metrology [FoM] (Prüfungnr. 47701) sind inhaltlich identisch. Die Aufgabenstellung der Prüfung über GMT ist nur in Deutsch, während die Aufgabenstellung der Prüfung über FoM bilingual (englisch-deutsch) ist.

Erstablegung: WS 2014/2015, 1. Wdh.: SS 2015, 2. Wdh.: WS 2015/2016

1. Prüfer:

Tino Hausotte

Termin: 12.02.2015, 16:00 Uhr, Ort: s. Aushang
Termin: 30.07.2015, 14:00 Uhr, Ort: s. Aushang
Termin: 18.02.2016, 08:00 Uhr, Ort: s. Aushang
Termin: 28.07.2016, 16:00 Uhr