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Labor Industrielle Messtechnik / Sensorik

Laborversuch Industrielle Messtechnik
Laborleiter:  Prof. Dr. rer. nat. M. Gratz
Laboringenieur:  Dipl.-Ing. B. Jakobi
Raum:  B 4.01
Tel:  5323

Das Labor ist für eine Reihe von wichtigen Messtechnikaufgaben in der industriellen Praxis ausgelegt. So können unsere Studierenden sich zum Beispiel mit

  • der Erfassung häufig vorkommender produktionstechnischer Größen in der Automatisierungstechnik,
  • einigen Teilaspekten der Informationsübertragung,
  • Energietechnik-Messaufgaben,
  • wichtigen Sensoren für die Industrie und Kraftfahrzeugtechnik,
  • sowie einigen umweltrelevanten Themen

beschäftigen.

Unter anderem werden hier auch allgemeine Messprinzipien für Industrie-Sensoren in Praktikumsversuchen verdeutlicht.

In den Versuchen wird nicht nur das "Hauptthema" entsprechend der jeweiligen Versuchsüberschrift intensiv behandelt, auch wichtige sich ergebende "Randthemen" wie PC-Messtechnik, Signalabtastung, Auflösungsgrenzen der erhaltenen Messwerte oder Kennwerte im Zeit- und Frequenzbereich werden bewusst mit erfasst und ausgewertet. Damit wird der Blick auf vielfältig wirkende Zusammenhänge und Wechselwirkungen in der Messtechnik geschärft, das erlernte Wissen wird für die Praxis griffbereit gestaltet.

Die nachfolgende Zusammenstellung einiger Praktikumsversuche gibt einen Teil-Überblick über die vorhandenen technischen Möglichkeiten und die Zielrichtungen einzelner Versuche.
Die Versuche werden typischerweise in Zweiergruppen in einem Zeitraum von 2 oder 4 Stunden durchgeführt.

Druckversuch

Druckversuch
Wirkprinzip des Drucksensors
Membran-Drucksensor
 
  • Kennenlernen verschiedener Drucksensortypen in der Automatisierungs- und Fahrzeugtechnik
  • Arbeiten mit unteschiedlichen Normsignalen der Sensorausgänge
  • Erkennen von äußeren Einflussfaktoren (Temperatur) auf die Druckkennlinien
  • Beschreibung von Nichtlinearitäten innerhalb der Kennlinie

Berührungsfreie Temperaturmessung

Berührungsfreie Temperaturmessung
  • Sammeln von Erfahrungen und Erkenntnissen bei der berührungsfreien Temperaturmessung an verschiedenen Oberflächen
  • Erkennen von Falschmessungen auf Grund geringer Emissionsgrade der Oberflächen
  • Kennenlernen von Korrekturmethoden bei niedrigen Emissionsgraden im T-Bild
  • Verwenden von Softwarefunktionen (Isothermen) zur einfachen Wärmebildauswertung
  • Bestimmung von Abstrahlverlusten der Oberflächen (wichtig bei Leiterplatten)

Induktive Sensoren der Automatisierungstechnik

Induktive Sensoren
  • Sammeln von Erfahrungen für unterschiedliche Schaltabstände zwischen dem zu detektierenden Material und dem Sensor bei verschiedenen Materialien
  • Reichweite und Form der HF-Öffnungskeule des Sensors feststellen
  • Ermitteln der maximalen Schaltfrequenz des Sensorausganges
  • Anwendung dieser Sensoren zur berührungsfreien Abstandsmessung/Kennlinienerfassung
  • Messung und Berechnung kleinster Messwege mit Hilfe des Sensor-Ausgangsrauschens

Schwingungsmessung in der industriellen Messtechnik

Schwingungsmessung
  • Verstehen, wie piezoelektrische und induktive Sensoren arbeiten, um Kenngrößen von mechanischen Schwingungen zu erfassen (a, v, s)
  • Prüfung der Messgenauigkeit mit einem Kalibrierschwinger
  • Feststellen, welche Wirkung die Eigenresonanz des Sensors auf das Messsignal (Übertragungsverhalten) hat
  • Umgang und Anwedung von Ladungsverstärkern
  • Anwenden eines Beschleunigungssensors zur Erfassung des Schwingungsspektrums (FFT-Analyse) an einer elektrischen Maschine

Berührende Temperaturmessung mit verschiedenen Industriesensoren

Berührende Temperaturmessung
  • Kennenlernen der Funktionsweisen sowie der Handhabung verschiedenartiger Temperatursensor-Prinzipien
  • Erkennen von Wärmeableitproblemen und deren Einfluss auf die Messgenauigkeit
  • Fühlerzeitkonstantenbestimmung bei verschiedenen Fühlerkonstruktionen
  • Praktische Festlegung von Abtastparametern zur Messwerterfassung
  • Aufnahme typischer Kennlinien und Bestimmung von Regressionskurven
  • Kennenlernen von industrieüblicher Messtechnik

Dehnungsmessstreifen (DMS)

Dehnmessstreifen
  • Kennenlernen des Aufbaus, der Beschaltung und Anwendungsmöglichkeiten von Dehnungsmessstreifen (DMS)
  • Applizieren von DMS
  • Vertrautmachen mit der benötigten Messtechnik, insbesondere Messverstärkern
  • Durchführung eines Biegeversuchs, in dem eine mechanische Größe (Kraft und Weg) in eine elektrische Größe umgeformt und anschließend gemessen wird
  • Feststellung von elektronischen Messgrenzen und deren Auswirkungen auf die Messgrößen

Drehzahlmessung

Drehzahlmessung
  • Kennenlernen von Merkmalen einiger typischer Drehzahlsensoren der industriellen Technik und der Kfz-Technik
  • Aufnahme von Mess-Signalen und Ermittlung charakteristischer Parameter zur Beurteilung der Einsatzbedingungen und Signalcharakteristika der Sensoren
  • Einflüsse von Abständen zwischen Sensoren und Impulsgeberrad auf das Messsignal
  • Feststellung der Drehrichtung und des Drehwinkels aus den erhaltenen Signalgrößen

Ultraschall in der Fahrzeugsensorik

Ultraschall in der Fahrzeugsensorik
  • Kennenlernen von Merkmalen charakteristischer Ultraschallsensoren der Kfz-Technik
  • Aufnahme von Messsignalen und Ermittlung charakteristischer Parameter zur Beurteilung der Einsatzbedingungen der Sensoren
  • Kennenlernen der Ausbreitungscharakteristik des Ultraschallsignals und weiterer Signalparameter des ausgesendeten Schallsignales

Mess-Signalübertragung mit Strom- und Spannungsquellen

Mess-Signalübertragung

Untersuchungen zu verschiedenen Messsignal-Übertragungsmethoden mit Hilfe (a) einer Stromquelle und (b) einer Spannungsquelle  und damit verbundener Eigenschaften des Übertragungsweges und der erhaltenen Signale.

Schlussfolgerungen sind zu ziehen hinsichtlich:

  • der erhaltenen Übertragungsfehler an einer entfernten Auswertungsstelle,
  • maximal möglicher Leitungslängen und deren Einfluss auf die Übertragungsgenauigkeit sowie
  • Auswirkungen von eingekoppelten Störsignalen in den Übertragungsweg bei Spannungs- bzw. Stromübertragung auf das erhaltene Messsignal.

Kalibration

Kalibration
  • Kennenlernen eines messwertanzeigenden Temperatur-Signaltransmitters mit Stromquellenausgang,
  • Erprobung von Eingangs- und zugehörigen Ausgangsgrößen eines Transmitters, insbesondere der Normausgänge
  • Kennenlernen der grundlegenden Ziele und Arbeitsweisen eines Kalibrators und dessen Anwendungsmöglichkeiten in der Fertigung
  • Manuelle Ausführung eines Kalibriervorganges am Beispiel der Prüfung eines Temperaturtransmitters mit Stromquellenausgang
  • Automatische Erstellung von kompletten Kalibrierprotokollen einschließlich  Berechnung  der Übertragungsfehler eines Signaltransmitters

Induktive Strom- und Spannungswandler in der Energietechnik

Induktive Strom-Spannungswandler
  • Kennenlernen des elektrischen Verhaltens von Strom- und Spannungswandlern
  • Bestimmung des Fehlverhaltens einer industriellen AC-I-Wandler-Zange als Funktion ihrer Stromaussteuerung unterhalb und oberhalb ihres Nennstrombereiches von 200A
  • Bestimmung des Amplituden-Messfehlers einer Stromzange in Abhängigkeit ihrer Aussteuerung,  der Mess-Frequenz und des damit verbundenen Phasenfehlers

Elektrische Energiequalität

  • Kennenlernen und Erfassung von Merkmalen in Übertragungsnetzen zur Charakterisierung der elektrischen Energiequalität, wie sie im Bild dargestellt werden
  • Kennenlernen der Funktionsweise und der Handhabung des Netzanalysators "MAVOLOG 10S" zur Bestimmung von Energiequalitätsparametern
  • Aufnahme von Mess-Signalen und Ermittlung charakteristischer Parameter zur Beurteilung der elektrischen Energiequalität

Lehrveranstaltungen im Labor

  • Praktikum "Sensorik"
    im Bachelor-Studiengang Elektrotechnik und Informationstechnik
  • Praktikum "Messtechnik"
    im Bachelor-Studiengang Wirtschaftsingenieurwesen - Technical Management

Anleitungen und Materialien

Die Teilnehmer an Lehrveranstaltungen im Labor erhalten die Versuchsanleitungen und weitere Materialien (Protokolldeckblatt, Messwertetabelle, Laborordnung, Praktikumsordnung) über das Stud.IP-System der Hochschule.

Leistungssprektrum für die Industrie

Versuchsaufbau im Labor Industrielle Messtechnik

Im Zusammenhang mit dem breit ausgestatteten Praktikum und der damit zur Verfügung stehenden Messtechnik werden bei Bedarf die unterschiedlichsten messtechnische Dienstleistungen auf obigen Gebieten insbesondere für die Thüringer Industrie erbracht.