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Forschung und Entwicklung

Arbeitsgruppe 1.71

Forschung und Entwicklung für die Realisierung und Untersuchung von Normalmessverfahren und Normalmesseinrichtungen zur Darstellung und Weitergabe der Einheiten und zugehöriger Skalen von Bewegungsgrößen

In der Forschung und in der Industrie haben die Anforderungen an die Messung von zeitabhängigen mechanischen Größen in den letzten Jahren erheblich zugenommen. Auf nationaler und internationaler Ebene ist es erforderlich geworden, dynamische Messungen zurückzuführen auf die dynamisch dargestellten Einheiten der Beschleunigung, der Winkelbeschleunigung und anderer physikalischer Größen. Dafür werden als nationale Normale solche NME benötigt, mit denen sich diese Größen bei speziellen Zeitabhängigkeiten erzeugen und genau messen lassen. Außer dem Erreger zur Erzeugung (Generierung) der Bewegungsgröße Beschleunigung bzw. Winkelbeschleunigung und dem Laserinterferometer zur Präzisionsmessung gehört zur NME eine hochgenaue Messeinrichtung für elektrische Spannungen und Ladungen, die von Bewegungsgrößen-Aufnehmern (mit und ohne Ladungsverstärker) als Ausgangsgröße abgegeben werden.

In den letzten zwei Jahrzehnten wurden verschiedene NME (nationale Normale) für die Darstellung der Einheiten der physikalischen Größen Beschleunigung und Winkelbeschleunigung entwickelt, mit denen Aufnehmer, Messketten und Messgeräte für die Messgröße Beschleunigung und andere Bewegungsgrößen in weiten Messbereichen mit hoher Genauigkeit (d. h. mit sehr kleiner Messunsicherheit) kalibriert werden können. Die realisierten NME ermöglichen die Untersuchung und Kalibrierung von Aufnehmern für Beschleunigung, Geschwindigkeit, Auslenkung, Winkelbeschleunigung, Winkelgeschwindigkeit und Drehwinkel.

Ein Ergebnis der bisherigen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten sind 7 Normalmesseinrichtungen, die als nationale Normale translatorische bzw. rotatorische Bewegungen in einem gewünschten Freiheitsgrad (geradlinig oder um eine feststehende Achse) mit sinus- bzw. stoßförmigen Zeitabhängigkeiten erzeugen und mit Laser-Interferometrie hochgenau messen:

Diese Normalmesseinrichtungen erlauben die Erzeugung und Präzisionsmessung von Bewegungsgrößen in einem Freiheitsgrad. Sie bestehen hauptsächlich aus luftgelagerten elektromechanischen oder mechanischen Erregern und interferentiellen Messsystemen. Spezielle Messmethoden und rechnergestützte Signalverarbeitungsverfahren werden angewendet zur genauen Messung von Bewegungsgrößen und Aufnehmerkennwerten, insbesondere im Rahmen der Weitergabe der Einheiten translatorischer und rotatorischer Bewegungsgrößen durch normgerechte Primärkalibrierungen von Referenz- und Transfernormalen.

Darüber hinaus wurde die

als neuartige NME zur Darstellung von Bewegungsgrößen simultan in mehreren Richtungen (translatorisch in 3 orthogonale Richtungen X, Y, Z und rotatorisch um eine Achse Z) entwickelt.

Die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten auf dem Gebiet der Weitergabe der Einheiten konzentrieren sich zum einen auf die Identifikation der metrologischen Eigenschaften (z.B. Störgrößen-Empfindlichkeiten, Langzeitstabilität) käuflicher Präzisionsaufnehmer und –messgeräte, die als Normale verwendet oder in Betracht gezogen werden. Zum anderen gehören Eigenentwicklungen spezieller, nicht käuflicher Transfernormale zu diesem Komplex. Theoretische und experimentelle Untersuchungen werden unter anderem zur Ermittlung der Messunsicherheit bei der

Darstellung und Weitergabe der Einheiten und zugehöriger Skalen der Beschleunigung, Winkelbeschleunigung und abgeleiteter Bewegungsgrößen durchgeführt.