Messeinrichtungen

  Der 50m-Komparator

Abb. 1: Ansicht der geodätischen Basis (50m-Komparator)

Die geodätische Basis ist ein Komparator zur Kalibrierung von Maßverkörperungen und Längenmesssystemen bis zu einer Länge von 50 Metern. Der Komparator besteht aus einem Komparatorbett, auf dem Messbänder oder Maßstäbe aufgelegt werden können und einem auf dem Komparatorbett fahrenden Messwagen. Die Längenmessung erfolgt mit einem HeNe-Laserinterferometer (s. Abbildung). Anstelle eines üblicherweise in einem Interferometer verwendeten Tripelspiegels (drei Spiegel in Form einer Würfelecke) besteht der Reflektor aus drei Einzelspiegeln, die auf der Oberfläche eines gedachten Würfels liegen.
Eine zu prüfende Maßverkörperung (z.B. ein Messband) liegt im Zentrum des Reflektors auf der Messachse des Interferometers, wodurch Abbe-Fehler minimiert werden. Zur Kalibrierung von Messbändern und Maßstäben ist auf dem Messwagen je ein optisches und ein fotoelektrisches Mikroskop zur Erfassung der Strichpositionen angebracht.
Wesentlichen Einfluss auf die erreichbare Messunsicherheit haben der Brechungsindex der Luft und ggf. die Körpertemperatur des Messguts. Die Brechungsindex wird mit Hilfe der Edlen-Formel aus Lufttemperatur, -druck und -feuchte berechnet. Zur Bestimmung der Umweltparameter werden folgende Sensoren eingesetzt:

• 21 Lufttemperatursensoren im Abstand von 2,5 m auf dem Komparatorbett
  (PT 100 - Platinthermometer)
• 21 Materialtemperatursensoren im Abstand von 2,5 m auf dem Messband
  (PT 100 - Platinthermometer)
• ein Barometer zur Messung des Luftdrucks
• ein Hygrometer zur Messung der relativen Luftfeuchte

Abb. 2: Schematische Darstellung des Interferometers

Kalibriermöglichkeit für:

• Messbänder (aufliegend):
  Messbänder werden auf dem Komparatorbett reibungsarm auf Rollen in Abstand von ca. 50cm gelagert. Die erforderliche Spannkraft des Messbandes wird durch eine Masse vorgegeben, die über ein Stahlband und zwei Rollen angebracht wird. Bänder bis zu 50m Länge können in einem Stück gemessen werden. Es besteht auch die Möglichkeit, längere Bänder in mehreren Teilstücken zu vermessen.



• Strichmaßstäbe:
  Maßstäbe werden nach Entfernen der Auflagerollen für Messbänder üblicherweise auf ihre Bessel-Punkte aufgelegt. Da der Komparator für große Längen ausgerichtet ist, kann bei Maßstäben keine konkurrenzfähige Messunsicherheit geleistet werden.



• Entfernungsmessgeräte:
  Bei Entfernungsmessgeräten sind zwei Typen zu unterscheiden. Viele Systeme arbeiten mit planen Reflektoren (spezielle Reflektorfolien oder einfach eine weiße Fläche), die aufgrund ihrer Größe oben auf dem Messschlitten befestigt werden müssen. Die Messachse liegt damit oberhalb der Messachse des Interferometers, was die Abbe-Fehler vergrößert. Einige Entfernungsmessgeräte arbeiten mit Tripelreflektoren, die zum Teil auf der Messachse des Interferometers angebracht werden können.



• Laserinterferometer
  Durch Einsetzen eines weiteren Messwagens mit einem großen (vollständigen) Tripelreflektor lassen sich Laserinterferometer kalibrieren.

Weitere Einzelheiten enthält die Tabelle: Kalibrierung von Längenmessmitteln.

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  Tastermessplatz (im Aufbau)

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  Komparator zur Kalibrierung von Laserinterferometern
    und Messsystemen zur Bestimmung der Brechzahl der
    Luft

Abb. 1: Messplatz mit Wetterstation, im separaten Raum die Messkammer,
innen der Komparator (hier nicht zu erkennen)

Abb. 2: Messkammer des Komparators, im Vordergrund die Laserköpfe der zu vergleichenden Laserinterferometer

Vergleich von kompletten zu kalibrierenden Laserinterferometern mit einem Normal-Laserinter ferometer der PTB bei gleicher Wegänderung, frei von Abbe-Fehlern und unter gleichen Umweltbedingungen in einer Messkammer.
Realisierung durch eine zum Patent angemeldete Messanordnung (siehe Publikationen)

• Messbereich: 0 mm bis 2000 mm
• Erweiterte Messunsicherheit des Komparators: 0,03 µm + 5 ^.10^{-8 .} L   (Messlänge L  in m, Erweiterungsfaktor k=2)
• Vergleich von zu kalibrierenden Luftrefraktometern oder Wetterstationen mit einer Normal-Wetterstation der PTB
• Erweiterte relative Messunsicherheit: 3 ^.10^-8   (Erweiterungsfaktor k=2)

© Physikalisch-Technische Bundesanstalt Page created: 01-Nov-2007 12:24 PM, last update: 01-Nov-2007 12:35 PM, K. Eggert