zum Seiteninhalt

Physikalisch-Technische Bundesanstalt

FachabteilungenAbt. 1 Mechanik und Akustik > Nachrichten aus der Abteilung 1
Forschungsnachrichten der Abteilung 1

Grundlagen der Metrologie

Modellbasierte Stoßkalibrierung von Kraftaufnehmern

Im Rahmen des europäischen Forschungsprojektes EMRP IND09 „Rückführbares dynamisches Messen mechanischer Größen“ wurde der Ansatz der modellbasierten dynamischen Kalibrierung an Kraftaufnehmern bei stoßförmiger Anregung erforscht. Das dynamische Verhalten von Kraftaufnehmer und Messeinrichtung wird mit Hilfe von Modellen beschrieben, deren charakteristische Parameter aus den Messdaten identifiziert werden sollen.


Analyse von Stoßmessungen für die modellbasierte dynamische Kalibrierung von Kraftaufnehmern

Für die dynamische Kalibrierung von Kraftaufnehmern wird der Ansatz der modellbasierten Kalibrierung verfolgt. Die für das dynamische Verhalten maßgebenden Modellparameter des Kraftaufnehmers sollen dabei aus dynamischen Messdaten ermittelt werden. Um bei einer Stoßanregung des Kraftaufnehmers die Eigenfrequenzen hinreichend stark anzuregen, wurde an der 20-kN-Kraftstoßkalibriereinrichtung der PTB ein Pendelstoß mit kleineren Stoßmassen experimentell erprobt.


Dynamische Drehmomentkalibrierung durch Modellparameter-Identifikation

Im Rahmen des europäischen Metrologieforschungsprogrammes EMRP wurden im gemeinsamen Forschungsprojekt IND09 „Rückführbares dynamisches Messen mechanischer Größen“ Methoden zur dynamischen Kalibrierung von Drehmomentaufnehmern entwickelt. Ziel der Forschung ist ein Verfahren zur Bestimmung des dynamischen Verhaltens der untersuchten Drehmomentaufnehmer mit Hilfe eines mechanischen Modells, einer sogenannten modellbasierten Kalibrierung.


Experimentelles Verfahren für die Bestimmung der Dämpfung von Torsionsschwingungen

Neue Verfahren zur dynamischen Kalibrierung von Drehmomentaufnehmern wurden im Rahmen des europäischen Metrologieforschungsprogrammes EMRP im gemeinsamen Forschungsprojekt IND09 „Rückführbares dynamisches Messen mechanischer Größen“ erforscht. Hierfür wurde eine modellbasierte Beschreibung des zu kalibrierenden Drehmomentaufnehmers entwickelt, die eine Modellierung der Messeinrichtung erfordert. Zur Beschreibung des Dämpfungsparameters der dynamischen Drehmomentmesseinrichtung wurde die Dämpfung von Torsionsschwingungen untersucht.


Referenzquellen für therapeutischen Ultraschall

Wenn Ultraschall zu therapeutischen Zwecken eingesetzt wird, sind im Allgemeinen wesentlich höhere akustische Ausgangsleistungen vonnöten als für diagnostische Anwendungen. Die dafür benötigten hohen elektrischen Leistungen verursachen oftmals durch Erwärmung eine zeitliche Veränderung der Charakteristik der Ultraschallwandler. In der PTB wurde nun mit ausgewählten Geräten und einer Feed-forward-control-Software ein Referenz-Setup aufgebaut und damit die zeitliche Konstanz der Ultraschallfelder signifikant erhöht.


Messunsicherheitsberechnungen mit freier Software

Messunsicherheitsberechnungen können – abhängig vom zugrunde liegenden Modell – sehr unterschiedliche Anforderungen mit sich bringen. Es gibt dafür eine Reihe kommerzieller, aber auch einige freie Softwarepakete. Mit freien Mathematikpaketen (hier am Beispiel des Programmpakets Maxima) und etwas Programmierarbeit kann man deren Funktionalität mit bestmöglicher Flexibilität kombinieren.


Richtcharakteristik von Luftultraschallquellen

Luftultraschall kann sehr stark gerichtet von Schallquellen wie Reinigungswannen oder Schweißgeräten abgestrahlt werden. Durch diese Bündelung können örtlich sehr hohe und gehörgefährdende Schallpegel auftreten. In einem neuen Messplatz können nun Richtcharakteristiken verschiedener Schallquellen hochaufgelöst und pegelgenau bestimmt werden.


Metrologie für die Wirtschaft

Die größte Kraft-Normalmesseinrichtung der PTB durch Modernisierung substantiell verbessert

Um große Kräfte bis 16,5 MN mit kleinsten Messunsicherheiten zu realisieren, werden die Gewichtskräfte von Belastungsmassen über hydraulische Kolben-Zylinder-Systeme auf große Kräfte übersetzt. Die Rückführung erfolgt einerseits über die Gewichtskräfte, die sich aus der Masse der Belastungskörper, der Auftriebskorrektur und der wirkenden Erdbeschleunigung ergeben, und andererseits über die wirksamen Flächen der Kolben-Zylinder-Systeme, die sich aus deren geometrischen Abmessungen bestimmen lassen. Um alle Einflussgrößen zu berücksichtigen, ist eine vollständige Untersuchung der Messeinrichtung erforderlich, wie sie jetzt erneut nach einer umfangreichen Modernisierung der Anlage durchgeführt wurde.


Erfolgreiche Vergleichsmessung mit PTB-Wind-Lidar-System

Ein neu entwickeltes Lidar-System erlaubt die vektorielle Bestimmung der Windgeschwindigkeit anhand des Streulichts einzelner Aerosole innerhalb eines räumlich hochaufgelösten Messvolumens in Höhen von 5 m bis über 200 m mit einer Geschwindigkeitsauflösung von 0,1 m/s. Im Gegensatz zu konventionellen Wind-Lidar-Systemen, welche für die präzise Messung des Windvektors nahezu homogene Strömungsfelder im Umkreis von 100 m voraussetzen, kann das von der PTB entwickelte Wind-Lidar damit auch in komplexen Geländestrukturen eingesetzt werden.


Laser-Doppler-Profilsensor zur hochaufgelösten Erfassung von Strömungsgeschwindigkeitsprofilen

Die Ortsauflösung kommerzieller LDV-Systeme zur Messung von lokalen Strömungsgeschwindigkeiten in Gasen und Flüssigkeiten liegt im Bereich von 1 mm bis 10 mm und wird durch die Schnittvolumenlängen der sich kreuzenden Laserstrahlen vorgegeben. Im Rahmen eines Kooperationsprojektes des „Zentralen Innovationsprogrammes Mittelstand“ (ZIM) wurde nach einem  an der PTB entwickelten Verfahren ein kompaktes Profilsensor-Nachrüstmodul für bestehende LDV-Systeme realisiert, das Messungen von Geschwindigkeitsprofilen mit  einer Ortsauflösung von 0,3 % der Messvolumenlänge erlaubt.


Ein Kompaktprüfstand für die Bestimmung der Trittschallminderung von Bodenbelägen

Die Trittschallminderung ist die für Bodenbeläge wesentliche akustische Kenngröße. Ihre Bestimmung erfolgt gemäß DIN EN ISO 10140 in einem Prüfstand bestehend aus zwei übereinander angeordneten Räumen mit einem jeweiligen Volumen von mindestens 50 m³. Dieser Prüfstand muss bestimmten Anforderungen genügen, wodurch der Aufbau und das Vorhalten eines solchen Prüfstandes besonders für kleine und mittlere Unternehmen (sog. KMUs) unrentabel ist. Das an der PTB entwickelte Kompaktverfahren verringert sowohl den Kostenaufwand für eine solche Messung, als auch den zeitlichen Aufwand.


DKD-Ringvergleich für statische Drehmomente bis 200 N·m erfolgreich abgeschlossen

Die zuverlässige Messung statischer Drehmomente spielt in vielen Bereichen eine große Rolle, bildet sie doch neben der Messung von Reaktionsmomenten nach wie vor auch die Basis für die Drehmomentmessung im rotierenden und häufig auch dynamischen Anwendungsfall. Die Weitergabe der Einheit erfolgt dabei von der PTB über die akkreditierten Laboratorien bis hin zum Endanwender. Von großer Wichtigkeit für eine erfolgreiche Verbreitung der Einheit sind gute Ergebnisse von Vergleichsmessungen zwischen den akkreditierten Laboratorien und der PTB. Im Rahmen des Deutschen Kalibrierdienstes ist von der PTB so ein Vergleich für das statische Drehmoment bis 200 N·m organisiert, durchgeführt und abgeschlossen worden.


Metrologie für die Gesellschaft

Mehr Barrierefreiheit im öffentlichen Verkehrsraum durch Optimierung von Lautsprecherdurchsagen für Schwerhörende

Die Übertragungsqualität von Beschallungsanlagen wird mit dem Speech-Transmission-Index (STI) qualifiziert (DIN EN 60628-16), welcher im Wesentlichen die Güte der Modulationsübertragung beschreibt. Dabei entspricht ein STI von 0 einem kompletten Verlust der Signalmodulationen und ein STI von 1 einer idealen Signalübertragung. Für Notfallwarnsysteme wird ein STI ≥ 0,5 gefordert, was für Normalhörende einer Satzverständlichkeit von ≥ 95% entspricht. Bei Hörbehinderung sinkt jedoch die Satzverständlichkeit für gegebenen STI. Ziel dieses Projektes war die Ermittlung von objektiven Parametern zur Bewertung der Sprachverständlichkeit bei Hörbehinderten im öffentlichen Verkehrsraum und die darauf aufbauende Ableitung von modifizierten Anforderungen, um für Hörbehinderte bei Notfalldurchsagen ebenfalls eine ausreichende Satzverständlichkeit zu erreichen.


Das Ende einer fragwürdigen Tradition: Trittschall-Dämmmaße sollten Norm-Trittschallpegel ersetzen

Die Fähigkeit von Gebäuden, direkte Schallanregung wie z. B. Gehen von Menschen zu unterdrücken, wird messtechnisch so charakterisiert, dass ein kleines Hammerwerk als Anregung verwendet und der erzeugte Schallpegel im interessierenden Raum ("Norm-Trittschallpegel") bestimmt wird. Diese Methode ignoriert jedoch die mechanische Wechselwirkung von Quelle und angeregter Struktur und führt zu undurchsichtigen und oftmals irreführenden Ergebnissen. Ein Ersatz des Norm-Trittschallpegels durch ein sauber definiertes Trittschall-Dämmmaß kann hier Abhilfe schaffen.


Schallquelle für die objektive Untersuchung der auditorischen Wahrnehmung von Infraschall mittels Magnetoenzephalographie (MEG) und Magnetresonanztomographie (MRT)

Entgegen der allgemeinen Meinung ist das Hören von Infraschall (f < 16 Hz) möglich und führt zu individuell unterschiedlicher Belästigung. Die Mechanismen dieser auditorischen Wahrnehmung durch den Menschen sind aber bis heute weitgehend ungeklärt. Im Rahmen des europäischen Forschungsprojektes „EARS“ werden diese Mechanismen mit Hilfe von objektiven Verfahren der Medizintechnik, wie z.B. Magnetresonanztomopraphie (MRT) und Magnetoenzephalographie (MEG) näher untersucht und objektive Schwellen ermittelt.


Kann das Schalldämmmaß von Gebäuden auch bei tiefen Frequenzen angewendet werden?

Lärm bei tiefen Frequenzen nimmt zu. Aber die Kenngröße zum Schutz gegen Lärm – das Schalldämmmaß – ist für diesen Bereich nicht definiert. Es wurde untersucht, ob es bei tiefen Frequenzen trotzdem noch anwendbar ist.


Ursachen von Zellschädigungen im Zusammenhang mit Katarakt-Operationen zur Behandlung des grauen Stars

Nach einer Katarakt-Operation werden bei der überwiegenden Mehrzahl der Patienten Schädigungen der auf der Innenseite der Hornhaut liegenden Endothelzellen beobachtet. Die Ursachen für diese Zellschäden sind bisher nur unvollständig geklärt und können zu einer Beeinträchtigung der von diesen Zellen bewerkstelligten Hornhautdehydrierung führen. Die in diesem Fall geminderte Leistungsfähigkeit der Endothelzellen verursacht bei den betroffenen Patienten eine vorrübergehende Schwellung der Hornhaut. Bei sehr seltenen Vorbelastungen durch Vorerkrankungen oder früheren Augenoperationen besteht jedoch zudem die Gefahr einer Hornhaut-Trübung und damit einer permanenten Erblindung des Patienten. In einem interdisziplinären Forschungsprojekt mit Beteiligung von Augenärzten konnten an der PTB nun neue Erkenntnisse über die mögliche Ursache für die Zellschädigungen erzielt werden.


Internationale Angelegenheiten

Bilateraler Vergleich der Flüssigkeitsprüfstände von PTB und NEL erfolgreich abgeschlossen

Die Qualität von Vergleichsmessungen wird wesentlich von den Eigenschaften der verwendeten Transfernormale bestimmt, deren Messstabilität unmittelbar in die Berechnung des sogenannten Standardized Degree of Equivalence (EN) eingeht. Auf dem Gebiet der Flüssigkeitsmessung sind hierbei insbesondere Temperatur- und Druckanhängigkeit, Wiederhol- und Vergleichpräzision sowie die Drift des Messgerätes von Bedeutung. In Vorbereitung auf den bevorstehenden BIPM-Schlüsselvergleich (CCM.FF-K1), für den die PTB als Pilotlabor agieren wird, wurden unter diesem Gesichtspunkt zur gezielten Untersuchung und Auswahl geeigneter Transfernormale, umfangreiche Voruntersuchungen durchgeführt.


Erfolgreiche Entwicklung von Prüfprozeduren und Prüfberichtsvorlagen zur OIML-Empfehlung R 117-1 "Dynamische Messanlagen für Flüssigkeiten außer Wasser"

Die OIML-Projektgruppe „Dynamische Volumen- und Massemessung“ hat erstmalig weltweit einheitliche Prüfverfahren und einheitliche Dokumentation der jeweiligen Prüfergebnisse für Messanlagen für Flüssigkeiten außer Wasser entwickelt.


Hervorragende Bestätigung der PTB-Technologie für volumetrische Primärnormale im Anwendungsbereich für atmosphärische Luft im Rahmen zweier internationaler Ringvergleiche

Die CMC-Einträge der PTB für Durchflussmessung mit atmosphärischer Luft wurden in zwei internationalen Ringvergleichen auch bei Verwendung eines neuen Primärnormals mit verringerter Messunsicherheit von 0,045% eindrucksvoll bestätigt.


Europäische Harmonisierung des Kubikmeters für die Erdgasmessung neu gestaltet

Die Darstellung und Weitergabe eines harmonisierten Kubikmeters im Bereich der Volumenmessung von Erdgas unter hohem Druck wird mit nunmehr vier Partnern auf vertraglich neu gestalteter Basis fortgesetzt.


Archiv der Forschungsnachrichten | Jahresberichte

Zum Archiv der Forschungsnachrichten aus den Jahresberichten


© Physikalisch-Technische Bundesanstalt, letzte Änderung: 2014-06-27, Webmaster Abteilung 1 Seite drucken DruckansichtPDF-Export PDF