Grundlagen der Metrologie
Untersuchung des dynamischen Verhaltens der 250-kN-Kraftstoß-Normalmesseinrichtung
Zur Charakterisierung des dynamischen Verhaltens einer 250-kN-Kraftstoß-Normalmesseinrichtung wurden experimentelle Messungen mit montiertem Kraftaufnehmer durchgeführt und die stärksten Eigenschwingungen identifiziert. Für das Beispiel eines 25 kg schweren Aufnehmers wurde das beobachtete Schwingverhalten mittels Finite-Elemente-Modellierung bestätigt. Weitere Experimente belegen, dass die Koppelresonanz des montierten Kraftaufnehmers stark von der mechanischen Adaption und den Anziehdrehmomenten abhängt.
Bestimmung von Massenträgheitsmoment und Torsionssteifigkeit für die Modellierung einer dynamischen Drehmoment-Messeinrichtung
Im Rahmen des Europäischen Metrologieforschungsprogramms EMRP wird im gemeinsamen Forschungsprojekt IND09 die dynamische Messung mechanischer Größen (Kraft, Druck, Drehmoment) erforscht. Für die Bestimmung von Modelleigenschaften einer Messeinrichtung für dynamische Drehmomentkalibrierung sollen Massenträgheitsmoment und Torsionssteifigkeit von Komponenten der Einrichtung bestimmt werden. Zu diesem Zweck wurden zwei Messaufbauten entwickelt.
Neues Doppler-Lidar-Transfernormal zur rückgeführten Messung von Windgeschwindigkeiten
Zur Beurteilung der Wirtschaftlichkeit von Windparks werden Windpotentialanalysen durchgeführt, die bislang auf der Messung von Windgeschwindigkeiten mithilfe von Messmasten beruhen. Durch ein in der PTB entwickeltes Doppler-Lidar-System zur rückgeführten bodengestützten laseroptischen Windgeschwindigkeitsmessung könnten in Zukunft aufwendig zu errichtende Messmasten entfallen.
Gedruckte Streuteilchen für die LDA-Kalibrierung
Es wurden erstmals gedruckte Streuteilchen für die Kalibrierung von Laser-Doppler-Anemometern (LDA) genutzt. Diese sollen zu einer besseren Vergleichbarkeit der Kalibrierergebnisse verschiedener LDA-Systeme beitragen.
Berücksichtigung dynamischer Effekte bei der Rückführung von Durchflussmessungen
Als aktueller Stand der Technik bei der komponentenweisen Rückführung von Durchfluss-Normalmesseinrichtungen – basierend auf den SI-Einheiten Masse, Dichte, Temperatur und Zeit - wird eine rein statische Rückführung dieser in der Durchflussmessung involvierten Messgrößen praktiziert. Bereits eine modellbasierte theoretische Betrachtungsweise lässt eindeutig erkennen, dass dynamische Einflüsse bzw. Störeffekte wirksam werden. Primäre Ursachen der wesentlichen und dominanten Fehlereinflüsse sind zeitliche Schwankungen des in der betreffenden Anlage generierten Referenzdurchflusses.
PTB-Referenzanlage für Fahrzeuggeschwindigkeiten durch GPS-Inertialsystem eindrucksvoll bestätigt
Für die auf piezoelektrischen Drucksensoren basierende Referenzanlage der PTB für Fahrzeuggeschwindigkeiten wurde das Messunsicherheitsbudget durch Vergleiche mit einem hochwertigen GPS-Inertialsystem verifiziert.
Charakterisierung hochintensiver fokussierter Ultraschallfelder (HIFU) mit breitbandigen Membranhydrophonen und numerischer Modellierung
Die numerische Simulation einer nichtlinearen parabolischen Gleichung (KZK-Gleichung) kann vorteilhaft zur Bestimmung von extrem hohen Schalldruckamplituden moderner therapeutischer Ultraschallgeräte eingesetzt werden und ergänzt die experimentelle Hydrophonmesstechnik.
Metrologie für die Wirtschaft
Verbesserte Rückführung von Prandtlschen Staurohren mittels Laser-Doppler-Anemometrie
Die als Pitot-Static-Tubes bezeichneten Prandtlschen Staurohre werden derzeit fast ausschließlich in den akkreditierten Kalibriereinrichtungen der Windenergiebranche als Bezugsnormale für die Kalibrierung von allein in Deutschland weit über 10.000 Anemometern eingesetzt. Vergleichsmessungen mit Laser-Doppler-Anemometern als Transfernormalen haben gezeigt, dass sich mit Prandtlschen Staurohren auf die SI-Einheiten rückführbare Strömungsgeschwindigkeitsmessungen mit Messunsicherheiten im Promillebereich erzielen lassen.
PTB organisiert ersten DAkkS-Ringvergleich zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften von Massenormalen
Neun akkreditierte Kalibrierlaboratorien nehmen an dem ersten im Zuständigkeitsbereich der Deutschen Akkreditierungsstelle GmbH (DAkkS) organisierten Ringvergleich zur Bestimmung der magnetischen Eigenschaften von Massenormalen teil. Die PTB übernimmt die Rolle des Pilotlabors hinsichtlich der Vorbereitung, Koordinierung und Auswertung der Vergleichsmessungen.
Erfolgreicher Ringvergleich zwischen den DAkkS-Laboratorien für Beschleunigung und der PTB
Ein Ringvergleich zwischen den im DAkkS akkreditierten Laboratorien für die Messgröße Beschleunigung und der PTB bestätigt das hohe Niveau der messtechnischen Rückführung auf diesem Gebiet in Deutschland. Die guten Ergebnisse wurden nun international veröffentlicht.
Feuchteeinfluss auf Präzisions-Drehmomentaufnehmer einfach gemessen
Präzisions-Drehmomentaufnehmer, die auf Dehnungsmessstreifen beruhen, können - sofern sie nicht hermetisch gekapselt sind - von der Feuchte der Umgebungsluft beeinflusst werden. Der Feuchtekoeffizient, der diese Eigenschaft beschreibt, konnte bisher nur mit sehr aufwendigen Verfahren gemessen werden. Deshalb waren Messungen dieses Koeffizienten den akkreditierten Kalibrierlaboratorien aus Kostengründen nicht möglich. Da dort jedoch zum Teil feuchteempfindliche Drehmomentaufnehmer als Referenz zum Einsatz kommen, muss der Beitrag von Luftfeuchteeinflüssen zur Messunsicherheit bestimmt werden. Vereinfachte Messmethoden, die dies ermöglichen, wurden in der PTB auf ihre Eignung hin untersucht.
Neue Kalibrierverfahren für kritisch betriebene Düsen mit inerten Gasen
Im Rahmen des Leistungsangebots der PTB können Kalibrierungen von kritisch betriebenen Venturidüsen mit inerten Gasen und Gasgemischen im Druckbereich von p = 0,8 bar bis 6 bar und bis zu einem Durchfluss von Q = 10 m³/h im Normzustand standardmäßig durchgeführt werden.
Neue Anlage zur kombinierten Kraft- und Drehmomenterzeugung
Nach aufwendiger Planung befindet sich die Umsetzung einer Maschine zur gleichzeitigen Erzeugung von Längskraft und Drehmoment in der Endphase. Die Messvorrichtung erweitert die Möglichkeiten der PTB zur Kalibrierung sogenannter Mehrkomponenten-Sensoren.
Forschungsvorhaben zur Messkapselproblematik von Wasser- und Wärmezählern erfolgreich abgeschlossen
Auf der Grundlage eines umfangreichen Messprogramms und unter Einbeziehung moderner laseroptischer Verfahren zur Diagnose der Strömungsbedingungen vor und im Inneren der Zähler konnte der Nachweis erbracht werden, dass Wasser- und Wärmezähler auch in Messkapselausführung den messtechnischen Anforderungen der Europäischen Messgeräterichtlinie MID an Wasserzähler entsprechen.
Metrologie für die Gesellschaft
Ballistische Experimente an Glasrepliken 300.000 Jahre alter, steinzeitlicher Levallois-Pfeilspitzen für die Archäologie
In Kooperation mit dem Römisch-Germanischen Zentralmuseum (RGZM) in Neuwied wurde im Rahmen eines DFG-Projektes ein Verfahren für reproduzierbare ballistische Experimente mit steinzeitlichen Speerspitzen entwickelt. Die Originale aus der Altsteinzeit waren zum einen individuell unterschiedlich, zum anderen war eine Zerstörung der Originale zu vermeiden. Daher dienten entsprechende identische Glasrepliken als reproduzierbare Versuchsobjekte. Die Speerspitzen wurden an einem kurzen Schaft befestigt, mit einer Druckluftbeschleunigungsanlage auf definierte Geschwindigkeiten gebracht und auf ein simuliertes Ziel gerichtet. Mit den Experimenten wurde dann ein systematischer Zusammenhang zwischen den Bruchspuren an den Pfeilspitzen und den ballistischen Parametern bzw. dem Jagdverhalten hergestellt.
Einfluss einer Motorrad-Schräglage auf Geschwindigkeitsmessungen mit Videonachfahrsystemen
Bei der Verwendung von Videokrädern für die Messung der Geschwindigkeit von Fahrzeugen ergibt sich der Schräglageneffekt, eine von der Schräglage abhängige Verringerung des Abrollumfangs. Um Benachteiligungen von Betroffenen auszuschließen, sind daher Einschränkungen in der Anwendung erforderlich. Die PTB hat jetzt detaillierte Experimente zum Schräglageneffekt durchgeführt und ausgehend von den Ergebnissen ein Verfahren entwickelt, den Effekt ohne zusätzliche Sensoren zu kompensieren.
Sichere Unsicherheit
Auf Initiative der PTB wird die Behandlung von Messunsicherheiten in der Normung elektroakustischer Geräte künftig für alle verständlich.
Audiometrie mit reinen Tönen und schmalbandigen Testsignalen: Kalibrierung und Messunsicherheiten
Die Bestimmung der Hörschwelle mit Tönen ist das gebräuchlichste und grundlegendste audiometrische Verfahren. Wie bei allen Messverfahren ist dabei die korrekte Kalibrierung eine entscheidende Voraussetzung für die Verlässlichkeit der Ergebnisse. In der Neufassung der Norm DIN EN ISO 8253-1 (Akustik – Audiometrische Prüfverfahren Teil 1: Grundlegende Verfahren der Luft- und Knochenleitungs Schwellenaudiometrie mit reinen Tönen) werden zusätzlich Angaben zur Berechnung eines Messunsicherheitsbudgets gemacht, um den im "Guide to the expression of uncertainty in measurement" (GUM) geforderten Umgang mit Messunsicherheiten gerecht zu werden. Unsere Forschungsarbeiten haben ergeben, dass die interindividuellen Streuungen der Gehörgangsgeometrie zu einer mit der Frequenz ansteigenden Unsicherheit der Hörschwellenbestimmung führen. Ein Bezug der individuellen Hörschwelle auf den individuellen Trommelfellschalldruck (und nicht auf mittlere Bezugshörschwellen) würde eine genauere Bestimmung der Hörschwelle erlauben.
Geschwindigkeits- und Abstandsmessung von Kraftfahrzeugen an schwierigen Fahrbahnabschnitten
Bislang konnte eine videobasierte Geschwindigkeits-und Abstandsmessung von Kraftfahrzeugen nur an Fahrbahnabschnitten mit nahezu kurvenfreiem und flachem Verlauf durchgeführt werden. Jedoch sind es gerade Autobahnabschnitte mit engkurvigen, hügeligen und Querneigungs-Verläufen, an denen es zu verstärktem Unfallgeschehen kommt. Durch die Erweiterung der Bauartzulassung für das Verkehrs-Kontroll-System (VKS) der Fa. VIDIT können jetzt auch Geschwindigkeits- und Abstandsmessungen an diesen häufig unfallträchtigen Streckenabschnitten durchgeführt werden.
Bezugs-Hörschwellen für Gehörgangssonden zur Messung otoakustischer Emissionen
Für eine handelsübliche Gehörgangssonde zur Messung otoakustischer Emissionen wurden Bezugs-Hörschwellen ermittelt. Das erlaubt zukünftig den Einsatz dieser Sonde auch bei subjektiven Hörtests.
Erstmalige Messung des Leistungseintrages eines Phakoemulsifikationsgerätes in das Auge
Der graue Star (Katarakt) zählt zu den häufigsten Erkrankungen im Alter und ist durch eine Trübung der Augenlinse gekennzeichnet. Im Fall einer deutlichen Absenkung der Sehschärfe wird die getrübte Augenlinse mittels Ultraschall entfernt (Phakoemulsifikation) und durch eine Kunststofflinse ersetzt. Als Komplikationen während der Operation können hierbei thermische Schäden auftreten. An der PTB wurde nun erstmals die durch Phakoemulsifikationsgeräte eingebrachte Leistung gemessen und damit eine Abschätzung über das thermische Schädigungspotential ermöglicht.
Installationsgeräuschmessungen nach neuer Messvorschrift liefern im Mittel um 2 dB höhere Werte
Durch eine umfangreiche Messreihe und ergänzende Computersimulationen konnte gezeigt werden, dass die nach der neuen Norm DIN EN ISO 10052 gemessenen Installationsgeräuschpegel im Mittel um 2 dB höher sind als die nach der alten Norm DIN 52219 ermittelten Werte.
Internationale Angelegenheiten
Aktuelles aus der OIML
Vom 1. bis 5. Oktober 2012 fanden die 14. Konferenz der Internationalen Organisation für das gesetzliche Messwesen (OIML) und die 47. Sitzung des Internationalen Komitees für das gesetzliche Messwesen (CIML) in Bukarest, Rumänien, statt. Insgesamt nahmen knapp 170 Delegierte und Beobachter aus 48 (von 57) Mitgliedstaaten, 12 korrespondierenden Mitgliedstaaten sowie mehreren internationalen Organisationen teil. Die wichtigsten Entscheidungen und Entwicklungen werden nachfolgend vorgestellt.
Wissenschaftliche Zusammenarbeit zwischen der PTB und dem NPL Indien bei der Darstellung der Kraft
Die präzise Messung von Kräften ist für viele Produktionsprozesse sowie in der Forschung und Entwicklung eine Voraussetzung für beste Arbeitsergebnisse. Neben der Qualität der Kraftmessgeräte ist die exakte Definition der Krafteinheit Newton in den nationalem Metrologieinstituten von großer Bedeutung. Insbesondere aufstrebende Länder wie Indien bauen in den letzten Jahren dazu neue Anlagen auf, mit deren Hilfe bessere Produkte für eine höhere Lebensqualität entstehen sollen. Für das dortige Staatsinstitut wurde von einer deutschen Firma eine neue Kraft-Normalmesseinrichtung entwickelt, die besonders wirtschaftlich mit hoher Genauigkeit einen großen Anwendungsbereich abdeckt. Die Bestimmung der Messunsicherheiten dieser Anlage in Neu-Delhi wurde in einem Forschungsprojekt zusammen mit der PTB durchgeführt.
Neue CCM-Richtlinie zur Verbesserung der Messunsicherheitsbestimmung bei Durchflussmessungen
Anlässlich der 8. Sitzung der WGFF im Juni 2012 in Colorado Springs/USA wurden konkrete Vorschläge zur Umsetzung der aktuellen Dokumente von CIPM und ILAC bezüglich der für CMC-Einträge und in Kalibrierzertifikaten anzugebenden Messunsicherheiten speziell für den Bereich der Durchflussmessung diskutiert und in Form einer entsprechenden Richtlinie zusammengefasst.
Start des EMRP-Projektes „NewKILO“
Unter Beteiligung von vierzehn Partnern aus dreizehn Ländern startete am 1. Juni dieses Jahres das europäische Forschungsprojekt „Developing a practical means of disseminating the new kilogram“ (EMRP/SIB05).
Internationaler Workshop „Dosimetrie für Ultraschall-Therapien“
Ein zweitägiger Workshop über Exposimetry und Dosimetry für therapeutischen Ultraschall wurde am 14. und 15.06.2012 in Heidelberg abgehalten an dem 37 Experten von 26 Institutionen aus 9 Staaten teilnahmen. Der Workshop war ein erster Schritt des EMRP (European Metrology Research Programme) Projektes „Dosimetry for Ultrasound Therapy“ (www.DUTy-project.eu).
Erfolgreicher Abschluss einer europäischen Zusammenarbeit über hochintensiven therapeutischen Ultraschall (HITU)
Hochintensiver therapeutischer Ultraschall (HITU) ist ein nichtinvasives und nicht-ionisierendes Therapie-Verfahren, bei dem durch starke Fokussierung eines Ultraschallfeldes lokal begrenzt sehr hohe Ultraschallintensitäten (> 10 kW/cm²) im Körper erzeugt werden können. Diese hohen Intensitäten bewirken dann zum Beispiel eine Nekrotisierung und damit Zerstörung von Tumorgewebe. Obwohl die Zahl der Anwendungen stetig steigt, existieren kaum verlässliche Messmethoden für die Charakterisierung oder Bewertung von HITU-Geräten.
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Archiv der Forschungsnachrichten aus den Jahresberichten
© Physikalisch-Technische Bundesanstalt, letzte Änderung: 2012-11-23, Webmaster Abteilung 1
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