Kalibrierung eines neuen Messaufbaus für die Kraftmessung. - Ilmenau. - 48 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
In der vorliegenden Masterarbeit wurde ein Torsion Messaufbau beschreiben, welcher ein Teil der Lorenzkraft-Anemometrie ist. Die Anwendung dieses Messaufbaus ist die Strömungsgeschwindigkeit niedrig leitfähiger Flüssigkeiten zu Messen. Zuerst wurde die Neigungsempfindlichkeit des Messaufbaues mit Hilfe eines präzisen Kipptisches untersucht, dann wurde die Neigungsempfindlichkeit durch selber konstruierte Gewichte kompensiert. Des Weiteren wurde mit einem Autokollimator der Drehwinkel des Messaufbaus beobachtet, dadurch wurde das Ausgangssignal des Positionssensors als elektrische Spannung in einen Drehwinkel umgewandelt. Die Faktoren sind KDW1= -0.4325 ± 0.0004 mrad/V, KDW2= -0.4288 ± 0.0005 mrad/V. Außerdem wurde der Messaufbau durch eine bekannte Neigungskraft zur Bewegung geführt, dann wurde das Ausgangssignal des Positionssensors auch in eine Kraft umgerechnet. Die Faktoren sind KK1= -40.0243 ± 0.0659 [my]N/V, KK2= -39.6740 ± 0.0681 [my]N/V. Auch die Langzeitstabilität wurde getestet. Die Experimente wurden zweimal durchgeführt, einmal als die Temperatur stabil war und das andere Mal, als sich die Temperatur veränderte. Durch das erste Experiment wurde festgestellt, dass nach ca. 12 Stunden eine Stabile Situation im Messaufbau erreicht wurde und die Eigenfrequenz bei 0.064 Hz liegt. Auch die beiden Standardabweichungen aus dem Originalsignal des ersten Sensor S1 = 0.0537 [my]N und aus dem gefilterte Signal dieses Sensors S1 = 0.0052 [my]N wurden berechnet. Zum Filtern wurde der Durchschnittsfilterwert mit dem Filterkoeffizient 25 verwendet. Aus den gewonnenen Daten des zweiten Experiments kann man sagen, dass die Temperatur beeinflusst die Messung. Für die Datenerfassung der Positionssensoren, des Autokollimator, der Temperaturwiderstände und der Verarbeitung der Messdaten, sowie für die Erstellung von Grafiken, wurden mehrere Codes im Programm MatLab geschrieben.
Frequenzstabilisierung eines polarisierten 1-Moden He-Ne Lasers. - Ilmenau. - 50 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Frequenzstabilisierung eines Ein-Moden-HeNe-Lasers für messtechnische Anwendungen unter Einbezug der Intensität des Laserlichtes. Dazu sind ein Versuchsaufbau konstruiert und gefertigt sowie ein Regelkreis aufgebaut worden. Anschließend konnte die Möglichkeit einer Frequenzstabilisierung untersucht werden.
Optimierung einer Methode zur optischen Winkelmessung mit einem Kösters-Prisma. - Ilmenau. - 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Im Rahmen der Arbeit wurde ein kompakter Interferometeraufbau zur Winkelmessung realisiert. Das divergente Licht einer fasergekoppelten LED wird in eine Anordnung aus einem Kösters-Prisma und einem Messspiegel eingekoppelt und erzeugt ein Weißlichtinterferenzmuster. Die Winkellage und der Abstand der Interferenzstreifen ändern sich in Abhängigkeit des Winkels des Messspiegels und werden mittels einer Kamera erfasst. In Experimenten konnte das Interferenzmuster in einem Winkelbereich von 16' ausgewertet werden. Die Winkelfehler (Schielfehler) der verwendeten Kösters-Prismen haben dabei einen entscheidenden Einfluss auf die Ausbildung des Interferenzmusters. Zwischen der Kippung des Messspiegels und der Neigung der Interferenzstreifen besteht ein Zusammenhang in Form einer Arkustangens-Funktion. Je größer der Schielfehler ist, desto flacher ist der Anstieg am Nullpunkt dieser Arkustangens-Funktion. Zudem wurde herausgefunden, dass die Abstände der Interferenzstreifen mit größer werdendem Versatz der Lichtpunkte auf der CMOS-Zeile immer schmaler werden. Das Verhältnis zwischen Streifenneigungs- und Spiegelkippwinkel im Experiment beträgt am Umkehrpunkt 1˚=0,67'' (Versuchsreihe 3, Messreihe 2).
Gravimetric compensation system for LNG calibration. - Ilmenau. - 160 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Die Kalibrierung ist in der Messtechnik ein unverzichtbares Mittel zur präzisen Charakterisierung von Messgeräten für die Forschung, Wirtschaft, Industrie und den Privatgebrauch. Um hohe Zusatzkosten bei der Nutzung zu vermeiden, werden immer geringere Kalibrierunsicherheiten von den Messgeräten gefordert. Ein Beispiel dafür sind Durchflussmessgeräte, welche an Tankstellen, am Gas- und Wasserzähler oder bei der Auffüllung der heimischen Gas- bzw. Öltanks eingesetzt werden. Damit hohe Genauigkeiten der Messgeräte erreicht werden, müssen optimale und präzise Versuchsstände zur Kalibrierung entwickelt werden. Ein Versuchsaufbau zur Kalibrierung von Durchflussmessgeräten für LNG (Flüssigerdgas) befindet sich am VSL - dem Niederländischen Metrologischen Institut - in Delft. Um die Genauigkeit der Durchflusskalibrierung zu steigern, befasst sich die vorliegende Masterarbeit mit der Entwicklung eines gravimetrischen Kompensationssystems für die LNG Kalibrierung. Zur systematischen Umsetzung des Themas werden zunächst die Entwicklungsaufgabe und die Hintergründe des Projektes analysiert und mit Hilfe einer Anforderungsliste präzisiert. In diesem umfangreichen Anforderungskatalog werden die verschiedenen Teilmodule abgegrenzt, welche es im folgenden Entwicklungsprozess umzusetzen gilt. Hierzu gehören unter anderem die Auswahl aller benötigten elektrischen Komponenten, die Konstruktion der mechanischen Bauteile und die Auswahl und Programmierung einer industriellen Steuerung. Die Durchführung der Entwicklung wird durch Berechnungen, Simulationen und/oder Testmessungen unterstützt. Unter Beachtung der Vorschriften für explosionsgeschützte Umgebungen, deren Berücksichtigung aufgrund des Einsatzes von LNG dringend erforderlich ist, den benötigten Genauigkeiten und vorherrschenden Kraftverhältnissen wird ein vollständiges und funktionierendes Kompensationssystem entwickelt, welches in den vorhandenen Versuchsaufbau integriert wird und zu einer signifikanten Steigerung des Kalibrierergebnisses führt.
Konstruktion, Aufbau und Untersuchung eines neuartigen hochauflösenden Tiltmeters. - Ilmenau. - 67 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Analyse, Optimierung und der messtechnischen Untersuchung monolithischer Tiltmeter, mit nanorad Auflösung, basierend auf dem Pendelprinzips. Die Anwendungsgebiete liegen in der Geodäsie, Gehophysik und Präzisionsmesstechnik. Zu Beginn wird durch Analyse eines Prototypen die Anforderungsliste für das Gesamtsystem abgeleitet. Anhand analytischer Betrachtungen kann das statische und dynamische Verhalten der Pendel beschrieben werden. Mit Hilfe der Modelle kann ein stehendes und ein hängendes Pendel als Messsystem optimiert ausgelegt werden. Die statischen und dynamischen Eigenschaften werden anhand von FEM-Simulationen verifiziert. Aus den Umgebungsbedingungen und Einflussfaktoren werden Designrichtlinien für ein Gehäuse abgeleitet. In der messtechnischen Untersuchung werden die Positionssensoren bezüglich ihrer Langzeitstabilität, sowie den Temperatur- und Feuchtekoeffizienten untersucht. Die Ergebnisse der Untersuchung ermöglichen eine relative Qualifizierung der Sensoren. Das dynamische Verhalten kann mit Hilfe der Messung der Übertragungsfunktion bestätigt werden. Abschließend zeigt eine Untersuchung des statischen Verhaltens von zwei stehenden Pendeln eine erwartete Erhöhung der Empfindlichkeit. Ausblickend werden weitere Optimierungen bezüglich der Fertigung, sowie Anwendungsmöglichkeiten in anderen Bereichen der Messtechnik aufgezeigt.
Schwingungsuntersuchungen sowie Optimierungen an einer ultrapräzisen Koordinatenmessmaschine. - Ilmenau. - 95 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Die Positionierung und Messung von Bauteilen und Strukturen im Nanometerbereich ist für die weitere industrielle Entwicklung sehr wichtig. Steigende Anforderungen an Produkte mit Strukturen und Oberflächen von höchster Genauigkeit schaffen die Notwendigkeit für geeignete Messmaschinen. An der TU Ilmenau, im Kompetenzzentrum NPMM 200, kann im Bereich Längenmessung schon heute ultrapräzise gemessen werden. Die Messgenauigkeit steht allerdings in Abhängigkeit zu einer stabilen Messumgebung ohne Störeinflüsse. Zu den Störeinflüssen zählen auch Schwingungen, welche die Messgenauigkeit herabsetzen. Diese Arbeit befasst sich mit der schwingungstechnischen Untersuchung der Nanopositionier- und Nanomessmaschine NPMM-200 und umfasst die Bereiche Schwingungstechnik, Messtechnik und Signalverarbeitung.
Charakterisierung der Nichtlinearitäten eines 3-Achs-Heterodyninterferometers. - Ilmenau. - 56 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Diese Masterarbeit handelt über die Inbetriebnahme und die anschließenden Untersuchungen an einen Drei-Strahl-Heterodyninterferometer, welches im Fachgebiet Präzisionsmesstechnik entwickelt wurde. Dieses Interferometer ist vom optischen Grundaufbau so gestaltet, dass periodische Nichtlinearitäten infolge von Strahlüberlagerung weitgehend vermieden werden können. Bei den Untersuchungen wurden die übrigen periodischen Nichtlinearitäten ermittelt sowie eine Diskussion hinsichtlich ihrer Ursachen vorgenommen. Dabei fanden sowohl Tests der Auswertungselektronik mittels eines Funktionsgenerator als auch Untersuchungen der drei Teilstrahlen im laufenden Betrieb statt. Zwecks dazu war die Konzeption und die Realisierung geeigneter Versuchsaufbauten notwendig um die periodischen Nichtlinearitäten bei der Längenmessung und der Winkelmessung erfassen zu können. Weitere Anstrengungen betrafen die Entwicklung einer Software in LabVIEW zum Auslesen der von der Phasenmessung ermittelten Messwerte. Es gelang die Identifizierung mehrerer sowohl aperiodischer als auch periodischer Fehlerquellen für den Messbetrieb. Diese Fehlerquellen wurden hinsichtlich ihrer Ursachen und den Maßnahmen zwecks ihrer Vermeidung diskutiert.
Konzipierung eines neuen Wegmesssystems für Ventile. - Ilmenau. - 102 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
In vielen Industriebereichen übernehmen Ventile als Teil einer Anlage die Aufgabe, Stoffströme in sinnvoll zu beeinflussen. Nicht nur die Betriebssicherheit, sondern auch die Wirtschaftlichkeit der Anlagen ist von ihnen abhängig. Für die Steuerung und Regelung der Ventile ist es notwendig, Kenntnis über die aktuelle Ventilstellung zu erlangen. Die Firma GEMÜ Gebr. Müller Apparatebau GmbH & Co. KG setzt dafür in Stellungsreglern- und rückmeldern einen Linearpotentiometer ein. Das aktuelle System unterliegt einem Verschleiß und stellt sich als komplex in der Adaption dar. Ziel dieser Arbeit ist es daher, ein optimiertes Wegmesssystem für Ventile zu konzipieren, das dem aktuellen System aus technischer und wirtschaftlicher Sicht in nichts nachsteht. Nach einer Einführung in die Ventil- und Messtechnik werden, basierend auf einer Anforderungsanalyse, geeignete Wegmesstechnologien verglichen, gefiltert, getestet und ausgewählt. Zudem werden Ansätze möglicher Adaptionen dargestellt. Ergebnis der Masterarbeit ist die Konzipierung eines geeigneten Messsystems, welches hinsichtlich der Messtechnik und der Adaption Vorteile gegenüber dem aktuell eingesetzten Potentiometer aufweist. Des Weiteren konnte ein Messsystem gefunden werden, welches sich für die direkte Integration in Ventilantriebe eignet.
Erstellung einer Prüf-Strategie und Validierung für die oberflächennahe Ultraschallprüfung an Wälzkörpern. - Ilmenau. - 73 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017
Die vorliegende Arbeit behandelt die Erstellung einer Prüfstrategie für die oberflächennahe Ultraschallprüfung an Wälzkörpern. Die Prüfstrategie bezieht sich dabei maßgeblich auf die Bestimmung eines optimierten Einschallwinkels, um die Prüfempfindlichkeit zu verbessern. Hierfür werden zunächst die theoretischen Grundlagen ermittelt und beleuchtet. Anschließend werden mehrere Versuchszyklen mit Wälzlagerrollen, die oberflächennahe Ungänzen aufweisen, durchgeführt. Jeder Zyklus beinhaltet Ultraschallversuche mit verschiedenen Einschallwinkeln, eine Wirbelstromprüfung und das anschließende Abtragen einer Materialschicht. Auf diese Weise können Prüfergebnisse der oberflächennahen Ungänzen in verschiedenen Abständen zur Prüflingsoberfläche aufgenommen werden. Dann wird die Versuchsauswertung vorgestellt und anhand der Auswertung die Grundlagen einer Justagestrategie für den ermittelten Einschallwinkel ausgearbeitet.
Analyse biogener Gasgemische und Biogasproben mit Hilfe der Resonator verstärkten Raman-Spektroskopie. - 99 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016
In dieser Arbeit wird die Validierung der Raman-Spektroskopie für die Analyse eines biogenen Gasprozesses dargestellt. Dazu wurden die grundlegenden Parameter des Messsystems überprüft. Des Weiteren wurde ein Gasprozess simuliert und mit Hilfe der Raman Spektroskopie analysiert. In letzter Konsequenz wurden Gasproben aus einem Laborreaktor auf den Gehalt der Gase Stickstoff, Sauerstoff, Methan und Kohlenstoffdioxid untersucht. Mit Hilfe der aufgenommenen Daten konnte der Verlauf im Prozess der Gasbildung nachvollzogen werden.