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Modernisierung einer ohmschen Pulsheizapparatur zur Bestimmung

1. Abbildung 36 Bilderexport definieren Ksettagesuc Kceltadus RM seitak2reihst Lor cru Hs KsettaucorrH Ee LEGS Kosttadh ESSI d2relSW DOM EX ROS D KdettaUcorrT Abbildung 35 Datenexport definieren 2 H Fis errk temp 2 H Fig errproz k temp roh Fig Koeff time roh Fig Koeff temp roh Fig Koeff Hs roh Fig errproz time roh Fig errproz temp roh Fig errproz Hs roh Fig errk time roh Fig errk temp roh Fig errk Hs roh Fig errproz k time Bl roh Fig errproz k temp roh Fig errproz k Hs Clear All Select All Most Wanted OK 031 4b log 10 hot 1 alibration fa lining up o alibration polynomial gular distribut 3 2nd Plan Uncertainty of th k s con e 07 Lu ncertainty of calibration factor according to calibration certificate Abbildung 37 bersicht ber die verwendeten Parameter Wurden die in Abbildung 0 bis Abbildung 34 skizzierten Schritte f r jedes einzelne Experiment durchgef hrt so sind alle Elemente der Liste gr n hinterlegt Der Text in der Sta tusanzeige ndert sich auf Press Continue to calculate un certainty for multiple shots
2. ard Index 0 u Puls Heat System Data Acquisation Thanks to Spectrum GmbH wa 4532 5 F Post 30096 Serial no 5770 0 2000 0 2000 0 2000 0 2000 256 Internal Clock PLL Sampling Rate kHz Reference 1000 F 0 1800 0 1800 0 1800 0 1800 Clock Output 0 1600 0 1600 0 1600 0 1600 External TTL Trigger 1 ann External Trigger 0 1200 01200 01200 01200 HighLevel w Pos Ede Bt Pw 2777 0 1000 0 1000 0 1000 0 1000 0 0800 0 0800 0 0800 0 0800 Trig Termination Trigger Delay Samples ZK DI Enable 1000 mV 50 Ohm viors fo E Enable 31000 mV 50 Ohm 2 Enable 2000 5 w se 0 3 DI Enable 5000 mV 50 Ohm 0 0 0400 0 0400 0 0400 0 0400 0 0200 0 0200 0 0200 0 0200 0 0000 0 0000 0 0000 0 0000 0 0200 0 0200 0 0200 0 0200 0 0400 0 0400 0 0400 0 0400 0 0600 0 0600 0 0600 0 0600 0 0800 0 0800 0 0800 0 0800 0 1000 0 1000 0 1000 0 1000 0 1200 0 1200 0 1200 0 1200 0 1400 0 1400 0 1400 0 1400 0 1600 0 1600 0 1600 0 1600 0 1800 0 1800 0 1800 0 1800 0 2000 0 2000 0 2000 0 20000 un an un ere ee epe eaeque dr eget edere eq e ee e quer rr ptt 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 280
3. 5 1 2 Software 222225254 ba RE os ko S be 3 1 2 1 Routine zur Aufzeichnung eines Experiments EE e Ra cs cce ge a 3 1 3 1 Kalibration der 3 1 3 2 Untersuchung von Niob 3 1 3 3 Kompatibilit t zu HOTWIRE und MAPHS 3 2 Datenauswertume aa S 4 9 A Aa CT 3 3 1 Beweis der G ltigkeit von MAPHS 4 Ausblick 4 1 nderungen an MAPHS 2 ee TC 4 1 3 Pyrometerwechsel RTT 4 3 Kalibration der 2 4 4 der alten E A 4 7 nderungen T iii 11 12 12 12 16 16 17 18 22 23 24 27 31 31 31 31 31 32 32 32 33 33 34 AS M214032 ose a b e p E e A 6 8112 1 Ohmsche Pulsheizung Im Pulsheizkreis wird ein zu untersuchendes Material durch einen hohen elektrischen Strom einige tausend Ampere in kurzer Zeit weniger als 50 us erhitzt Die hohe Geschwindigkeit bei der der ge samte Prozess abl uft rechtfertigt einige elementare N herung
4. Abbildung 28 Startfenster nach Aufruf MAPHS_R2 Matlab Command Window Linker Mausklick auf add files l sst ein Datei ffnen Fenster auf die gewohnte Art erscheinen 2 s ELS Uncertainty analysis Specific electri Abbildung 29 Darstellung der in HOTWIRE berechneten spezifischen elektrischen Widerst nde aller ausgew hlten Experimente 35 2 Uncertainty analysis 2500 3000 4000 4500 5000 Temperature Abbildung 30 Ein linker Mausklick auf ein Element der Liste hebt die entsprechende Messung vor dem Hintergrund der brigen Messungen hervor Doppelter Mausklick in die Liste stellt wieder alle Mes sungen gleichberechtigt dar Doppelter Mausklick in den Graphen l t die Markierungen der einzelnen Messpunkte wei e Kreisscheiben verschwinden bzw wiedererscheinen Ein rechter Mausklick auf das markierte Element der Liste ffnet das Kontextmen mit den beiden M glichkeiten Load file und Create Maphs file Anklicken von letzterem startet die Unsicherheitsanalyse f r das entsprechende Experiment gem 4 und 13 gm Plausibility check on measurement data nb170314b Input of instrumentation board V Abbildung 31 Plausibilit tskontrolle der Messdatendatei Der Benutzer ist angehalten die geladene Da tei visuell zu berpr fen 36 Mit Settings Range l sst sich die Abfrage nach den verwendeten Messbere
5. amp MAPHS killed HWgerman Ln 85 Speichern amp MAPHS killed HOTWIRE Ln 166 fe fl menu file savenmaphs killed HWsystem Ln995 115 11 file savenmaphs Enable on killed Ln198 ease menufilesavenmaphs killed Ln73 set fig fl menu file savenmaphs Enable off killed Bug in menu about fixed only first line of strings was printed by substituting strcat with sprintf in HWlanguage Ln 325ff and HWgerman Ln 22911 48 4 Schematische Darstellung des ohmschen Pulsheizkreises 5 IG T HVPS 0 10 1 Trigger Abbildung 43 Schema des Entladekreises aus 5 S 5 HVPS Hochspannungsgenerator S Schalter Rcrow Kurzschlusswiderstand Startignitron Ry Vorschaltwiderstand Rc Lc ohm scher und in duktiver Lastwiderstand PP induktive Strommessung C Kondensatorbank PY Pyrometer BPF In terferenzfilter L Linse 23 4 Spannungsteiler 2 Spannungsschneiden Rs Ls ohm scher und induktiver Widerstand der Probe PG Pulsgenerator Verst rker F Lichtwellenleiter D Photodiode LUngor Ucorp J Trigger Eing nge der Datenerfassung 102 L schignitron 49 5 21 4032 Technische Daten Analog Inputs Clock Resolution 14 bit Internal clock range mode 1 kS s to max see table below Differential no
6. 0 017 d 0 016 0 015 1 0 014 Messunsicherheit 0 013 PA 1 0 012 0 011 0 010 1200 1400 1600 1800 2000 Temperatur Abbildung 22 Gegen berstellung der nach beiden Methoden errechneten Messunsicherheiten des spezi fischen elektrischen Widerstandes von Ni55Ti45 Mit Ausnahme der ersten und letzten paar Datenpunkte ist die Abweichung vernachl ssigbar Die Abweichungen im Randbereich kommen von unterschiedlicher Betrachtung des Signalrauschens MAPHS R2 vs Wilthan nit0911 0 0 1200 1300 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 Temperatur S 12 1 0 E 9 o 0 8 H H 0 6 D gt 04 H lt en Abbildung 23 Relative Abweichung der Ergebnisse beider Programme am Besispiel von Ni55Ti45 Abweichung Qrisin Matlab 100 UOrigin 28 Messunsicherheit Abbildung 24 Gegen berstellung der nach beiden Methoden errechneten Messunsicherheiten des spe zifischen elektrischen Widerstandes von W95Re5 Messunsicherheit um 0 20 0 18 0 16 0 14 0 12 0 10 0 08 0 06 0 04 0 02 0 00 2500 0 020 0 019 0 018 0 017 0 016 0 015 0 014 0 013 0 012 0 011 0 010 2500 MAPHS Re vs Wilthan w5r1607c Wilthan MAPHS Tempera
7. UAIM SIP purs Sq 9 8 TI SNE 114 1o1eour zuo19jos STE IST VAPPU 8 6 3 01 3 erp Ie Aq eidpeuug usyssy zods Sunj ojsroeqnuoSor CT Sunp pqqy M nressdws 006 000 0092 000 0092 0002 0091 00 009 zueJojod ___ N seneu 008 o ueis s seye D 0001 m 00 1 o 00 0091 a 0081 0002 ulejs S senau SA 5 591 21 900 800 x Pa 5 Ee o 700 d ie B i 600 a D o 2 590 E neues System Ne Kilo altes System Ness Referenz 400 1600 1800 2000 2200 2400 2600 2800 Temperatur K Abbildung 16 Linearer Fit der in Abbildung dargestellten Messergebnisse im Bereich der festen Phase 1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 neues System 1100 1 altes System Referenz Spezifische Enthalpie kJ kg 1000 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800 Temperatur K Abbildung 17 Linearer Fit der in Abbildung 15 dargestellten Messergebnisse im Bereich der fl ssigen Phase 3 1 3 3 Kompatibilit t zu HOTWIRE und MAPHS Es war zu gew hrleisten dass die in Lab VIEW generierte Ausgabedatei mit dem
8. LEDZIQU VIA I LEOZLAU WLEOZLAU ErLEDBLAU erLEDBLAU VIA ar LEOBLqU AAH LEDBLQU NIAI 9FLE0BIqU 1E08IQU VIA PFLEDBLAU PrLEDBLAU NIA at LEOBIQU ap LEDBIQU VIA peny je sdajs einje1aduia ay ajearpur saul pay 20 01 2 2 RRRA mopum 5001 vest PPJ au T 43 88879 91855 76908 68018 16187 SLIV8 8tvcY ser 92566 65859 1096 78669 95828 81897 89 96 86605 28666 06667 88658 06911 01719 011 60 88108 ccvI9 c68L gdAL sH N 01 6 6 8 IT oo 86015 15869 TEISS IvLIC 6156 EELE9 LIvLO 19667 6vOLY 60961 07518 8 606 LL960 LOVLt 885 9 GEI 91906 17688 56408 10078 80796 00 06 cccorn EICH 6 01 6 UI 701 701 UC MO D NO D NO v NO gt v dKL sp n 8c 010 0 960601070 566460070 91160070 287880070 768980070 596701070 LLvv0l00 L80L800 0 786060070 91 800 0 0 SL800 0 1711600 0 1176600 0 196080070 897160070 560960070 806060070 196610070 8S17600 0 079680070 880060070 16206000 6188000 6876000 8 0 0 8 1 6
9. at Die Dauer f r die Bearbeitung eines Datensatzes mit HOTWIRE 3 7 oder neuer betr gt etwa 30 Sekunden Die Dauer f r die Bearbeitung eines mit einer lteren HOTWIRE Version erstellten Datensatzes liegt bei knapp einer Minute 25 Messdaten Parameter Messbereich Typ B Literatur Messdaten Parameter p T Messbereich MAPHS Typ B Literatur Mittel wert bildung Unsicherheits Analyse 2 Messdaten Parameter p T Messbereich Typ B Literatur Unsicherheits Analyse N ee ee a eS HOTWIRE 1 a MAPHS u p T i HOTWIRE N e e e ae een ee eee Ee Abbildung 21 Ablaufdiagramm zum Softwarepaket MAPHS_R2 Bei der Betrachtung nach Typ B aus wurden alle greifbaren messbaren Einfl sse beschrieben Nicht beschrieben wurde der Einfluss des Experimentators und des Probenmaterials Aus der Streuung mehrerer Experimente l sst sich eine Unsicherheit nach Typ A bestimmen A lt Die Theorie beschreibt das Experiment hinreichend gut Einfl sse die nicht quan tifiziert wurden tragen nicht oder nur unwesentlich bei Es ist m glich dass die Betrachtung nach Typ B zu konservativ gew hlt wurde Dieser Umstand lie e sich durch ein
10. 2 2 Sen e gt EA 2 2 3 Ce Ulti Ti 2 2 i 1 j 1 8 S 27 4 70 7 Erweiterte Unsicherheit U Die erweiterte Unsicherheit U gibt einen Bereich an von dem er wartet werden kann dass er eine bestimmte Anzahl an Messwerten enth lt U ist definiert als das Produkt der Standardmessunsicherheit mit einem Erweiterungsfaktor k U k ucely Damit ist der Bereich y U bis y U definiert Ein sehr prominentes k ist beispielsweise 1 65 Damit ist im Falle der Rechteckverteilung jener Bereich um den Mittelwert definiert von dem angenommen wird dass er 95 aller Werte enth lt Derselben H ufigkeit entspricht bei der Normalverteilung der Bereich mit k 2 auch als 2 Sigma Bereich bekannt S 38 5 711 8 Protokoll Das Protokoll sollte so ausgelegt sein dass s mtliche Gr en zur Beschreibung der erweiterten Unsicherheiten herangezogen werden nachvollziehbar sind Es sollte daher Infor mationen ber das der Messvorschrift zugrundeliegende Modell beinhalten Die Sensitivit tsko u x zj ist die Kovarianz zu x und 2 18 Welcher voraussetzt dass die Eingangsgr en unkorreliert nicht voneinander abh ngig sind und dass die Modellfunktion f linear ist effizienten sollen angef hrt werden ebenso wie Art der Ermittlung der Standardunsicherhei ten u x und wenn stark von Null verschieden die Korrelationskoeffizienten Die Angabe des Erweiterungsfaktors verl
11. Das Ergebnis einer Messung ben tigt eine Aussage ber die Qualit t der Messung Andernfalls ist die Messung nicht mit anderen Messungen Referenzwerten oder Werten aus der Literatur vergleich bar M chten unterschiedliche Forschungsgruppen ihre Ergebnisse miteinander vergleichen so sollte die Beurteilung ihrer Messungen nach einem gemeinsamen Standard erfolgerl Die zwingende Schlussfol gerung ist die Suche nach einer allgemein g ltigen Bildungsvorschrift f r eine Aussage ber die Qualit t der Messung Sal 01 5 81 Um dieses Bed rfnis zu befriedigen wurde im Jahre 1997 von den sieben internationalen Organisatio die 1993 den Leifaden zur Angabe von Unsicherheiten beim Messen GUM und das internatio nale W rterbuch der Metrologie VIM erarbeitet hatten ein gemeinsamer Ausschuss f r Leitf den in der Metrologie JCGM ins Leben gerufen Dieser Ausschuss wird vom Direktor des Internationalen B ros f r Ma und Gewicht BIPM geleitet Das JCGM bernahm die Verantwortung f r diese beiden Dokumente von der ISO Technische Beratungsgruppe 4 Tag4 9 S 6 II Weitere Anwendungsbeispiele sind Qualit tsmanagement Kalibrierung von Normalen und Messger ten Einhaltung und Durchsetzung von Gesetzen und Vorschriften 5 91 Die Messunsicherheit als eine beschreib wie bezifferbare Gr e ist noch relativ jung gegen ber ver alteten Begriffen wie Fehlerrechnung Darin ist die Ursache zu fi
12. Leistet man dieser Aufforderung folge so wird der Benutzer aufgefordert das Rauschen des spezifischen elektrischen Widerstandes f r tiefe und f r ho he Temperatur mittels verschiebbarer Cursor abzuschneiden siehe Abbildung B8 auf Seite 39 Maus 2 File Options Uncertainty analysis n 2500 3000 3500 4000 4500 5000 Temperature Abbildung 38 Zwei verschiebbare Cursor sind zu platzieren um das Rauschen zu Beginn der festen Pase und am Ende der fl ssigen Phase auszublenden Mit einem Klick auf Continue werden die Bereichsan gaben bernommen und das n chste Widerstandssignal zur Bearbeitung angeboten Uncertainty analysis NS grape s ARA HR ee Specific electric resistivity n 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Temperature Abbildung 39 Auswahl f r welche Bereiche Unsicherheitsanalysen ausgewertet werden sollen 40 Der mittlere Balken AbbildungB9 auf Seite 40 stellt den Wert der Schmelztemperatur aus der Literatur dar wird bei der Datenauswertung abgefragt Mit den beiden mittleren Balken strichliert kann der Be reich des Phasen berganges ausgeblendet werden Die beiden u eren Balken dienen dazu Anfangs und Endtemperatur der Auswertung festzulegen Sie sind entsprechend der Voreinstellung nicht verschieb bar und begrenzen den Bereich innerhalb dessen Messer
13. 1s bei Wechselspannung Wechselstrom 30 000 Messungen 128kB Schutzklasse EN 61010 1 105 254V 50 60 Hz CAT 8W 5 40 C 20 70 C 5 80 ohne Kondensation 285 x 75 x 365mm 3kg max 1 nach einer Aufw rmzeit von 1 5 Stunden bei rel Luftfeuchtigkeit 6096 Im Lieferumfang enthalten Netzkabel Bedienungsanleitung Messleitung HZ15 Schnittstellenkabel 214 CD Empfohlenes Zubeh r H0112 H0880 HZ10S HZ10R HZ10B HZ13 HZ33 HZ34 HZ42 HZ72 HZ887 19 Einbausatz 2HE Messstellenumschalter Einbau nur ab Werk als 8112 35 IEEE 488 GPIB Schnittstelle galvanisch getrennt 5 x Silikon Messleitung Schwarz 5 x Silikon Messleitung Rot 5 x Silikon Messleitung Blau Schnittstellenkabel USB 1 8m Messkabel 500 0 5m Messkabel 500 1 0m IEEE 488 GPIB Schnittstellenkabel 2m Temperaturmesssonde 100 50 400 C nderungen vorbehalten Abbildung 45 Technische Daten des Pr zisions Multimeter HM8112 51 Literatur 1 2 3 4 ar 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Schmon Alexander Thermophysikalische Charakteristika von CuMnNi Legierungen Tempera turbereich von 400 K bis 2000 K Diplomarbeit Technische Universit t Graz 2011 Preis Karl Thermophysikalische Daten von Nimonic 80A in der festen und fl ssigen Phase
14. 2013 Matus Michael Koeffizienten und Ausgleichsrechnung Die Messunsicherheit nach GUM Techni sches Messen 72 10 2005 Pottlacher Gernot High temperature thermophysical properties of 22 pure metals Edition Keiper Graz 2010 Macher Thomas Unsicherheitsanalyse unter Verwendung von GUM am Beispiel des Pulsheizkrei ses Bachelorarbeit Technische Universit t Graz 2012 Metrodata GmbH http www metrodata de GUM Workbench Benutzerhandbuch f r Version 1 3 2 3 und 2 4 2011 52 Danksagung Diese Masterarbeit entstand am Institut f r Experimentalphysik der TU Graz Sie basiert zu einem Gro auf Wissen welches in der Arbeitsgruppe Thermophysik ber die Jahrzehnte zusammengetragen wurde Allen Mitgliedern aktiven wie ehemaligen geb hrt daher mein Dank Ganz besonders m chte ich mich bei Prof Gernot Pottlacher f r das Angebot dieser Arbeit die Leitung sowie gebotene Hilfestellung be danken Sein unvergleichlicher F hrungsstil f rderte Kreativit t und Eigeninitiative auf h chstem Ma e Dipl Ing Alexander Schmon seis gedankt mich in die diversen T cken der Apparatur eingeweiht zu ha ben Auch stand er mir bei den Umbauarbeiten Kalibrationen und schwierigen Textpassagen stets sehr geduldig zur Seite F r unz hlige kl rende Gespr che die Unsicherheitsanalyse betreffend bin ich Dr Boris Wilthan zu Dank verpflichtet Wenngleich mich einige seiner Sonderw nsche an MAPHS gele gentlich zur Wei glut trieben
15. meinsam mit jenen aus der Literatur dargestellt werden um damit den Beweis der Reproduzierbarkeit anzutreten Es wurde hierf r nach einem Material gesucht das folgende Eigenschaften vereint Einfache und gefahrlose Handhabe im Experiment Existenz von Literaturwerten Geh riger Fundus an Erfahrung im Umgang mit dem Material Gro e gr ne Taste Kleine gr ne Taste 16 Vor dem Hintergrund dieses Kriterienkataloges fiel die Entscheidung auf Niob Bevor die Untersuchun gen an Niob beginnen konnten mussten noch die Spannungsteiler neu kalibriert werden Wie und warum wird im folgenden Kapitel 3 1 3 1 dargestellt 3 1 3 1 Kalibration der Spannungsteiler Die an der Drahtprobe gemessenen Hochspannungen werden ber ohmsche Widerst nde an die Eing nge der Messkarte angepasst Zu diesem Spannungstei ler tragen auch die Leitungswiderst nde und bergangswiderst nde s mtlicher Steckverbindungen bei F r den Anschluss der neuen Messkarte wurde der erste bergabepunkt nach der alten Messkarte BNC female dupliziert und von dort an den Eingang der neuen Messkarte gef hrt 3 mm SMB female An diesem bergabepunkt kann der Benutzer wahlweise die Signale an das alte oder neue System zur Da tenerfassung weiterleiten Diese teilweisen nderung der Leitungen erforderten eine Kalibration der Spannungsteiler des neuen Systems Zudem musste f r die Unsicherheitsanalyse eine Bewertung der Unsicherheit des Teilungsverh ltnisses erstellt
16. nb170314b asc 17 Mar 2014 11 26 34 Result data file nb170314b dat 20 Mar 2014 12 56 06 Status HOTWIRE mode Manual voltage correction Full data set Length of wire 33 96 mm Diameter of wire 0 507 mm Density of wire 8570 kg m Melting temperature 2750 K Centre wavelength interference filter 1570 nm Calibration factor for temperature 1450 Loadvoltage 5382 Voltage divider hot 1045 1 voltage divider cold 310 02 Calibration factor current 4868 15 Interval of used data points 0 409 5 us offset correction interval for intensity signal 180 227 us lt trigger gt 229 8 lt trigger gt lt crowbar gt 285 6 lt crowbar gt lt sampleinterval gt 0 1 lt sampleinterval gt lt drivativecurrent gt 637 lt drivativecurrent gt lt currentmax gt 5636 lt currentmax gt lt timeimax gt 254 lt timeimax gt lt INDUCTANCE gt 43 58 lt INDUCTANCE gt lt inductancepul gt 1 283 lt inductancepul gt lt startresistivity gt 0 222 lt startresistivity gt lt UTm gt 1 8947888 lt UTm gt lt hotwire gt Smoothing of input data voltage and current Filtertype without Filterparameter 5 Intensity pyrometer Filtertype without Filterparameter 5 Filterparameter smoothing current for derivative 10 Trigger point 229 8 us crowbar 285 6 us Sample interval 0 1 us First derivative of current at t 0 637 5 Maximum current 5636 A Time maximum current 254 us wire inductance 43 58 nH w
17. 20Hz 10 kHz 0 01 0 008 bei 10 100 kHz 0 08 0 01 Crestfaktor 7 1 max 5 x Messbereich Integrationszeit 0 1s 60s Messbereichsende 120 000 Digit 200 000 Digit 600 V Bereich 600 00 Digit 600 000 Digit Aufl sung 00 nV berlastschutz 0 gegen V N LO und gegen Geh use Messbereiche andauernd Max Eingangsspannung Masse gegen Geh use Messbereiche alle 850 Vspitze oder 600 Voc 250 Ver bei max 60 Hz oder 250 Voc 00 pA 1 mA 10 mA 100mA Integrationszeit 0 1s 605 Messbereichsende 20 000 Digit 200 000 Digit 1 A Bereich 00 000 Digit 000 000 Digit Aufl sung nA 00 Genauigkeit DC 45Hz 1kHz 1 5kHz 1 Jahr 23 2 0 02 0 002 0 1 0 08 0 2 0 08 Temperaturkoeffizient C RATE 25 40 C Yrdg f s 0 002 0 001 0 01 0 01 B rde lt 600 mV 1 5V Einschwingzeit 5s bis 0 1 vom Messwert Crestfaktor 7 1 max 5 x Messbereich Eingangsschutz Widerstand Messbereiche Sicherung FF 1A 250V 000 1KO 10kQ 100kQ 1 MO 10MQ Integrationszeit 0 1s 1 60s Messbereichsende 20 000 Digit 1 200 000 Digit Aufl sung 100 0 ntegrationszeit 10 ms 60 s Verschiedenes Messpausen Bereichs oder Funktionswechsel Speicher Schutzart Netzanschluss Leistungsaufnahme Arbeitstemperatur Lagertemperatur Rel Luftfeuchtigkeit Abmessungen B x H x T Gewicht ca 125 ms bei Gleichspannung Gleichstrom Widerstand ca
18. 6800 86c8900 ISSTLOO 6 0c800 Lv9c800 1915800 7 99800 68ccL00 1086900 818LL00 7751400 0891900 8066010 60cc900 0 00 6 900 1 7500 86c1900 680900 1466700 cIc900 6608900 8 100 STL9900 6166700 86 110 v dt 17508761 SOI E 9I 16 69 1 77 06 VI c009 VI 61058 El SI DEIER 099797 1 voloc 0I OEEST II 9 656880711 ETEOSII LSSOT EI 787686 0599778 1001711 959 11 79666701 86080711 TETEFOI Oresr 01 58750716 1181940 SH N 7159610 ELYSTIO 006IcI10 T90 cI0 0801 10 60 10 6018 10 870 10 9564010 T6L0c10 c0L6010 5790110 LLEZPIO 91 1110 70680107 9871110 7960110 1716010 1141010 9097010 5906010 FottrlIO 0079110 7850110 017010 1186160 1181940 oun 668 IT 10658 18811 Ive68 58796 amp 89 9 IIvc6 amp 6 YIE6S 124 1700 ct 609 66710 86066 SCHEI 89560 S8L6T 069L0 06691 04851 6191 878 16700 9 8 c6vv8 DIER 7849 7199 7059 7959 179 609 765 815 995 ESS Ors OES ETS 506 967 GER cov 877 9er 807 LIV 107 007 I6 8LE SH suorje no eo ur 06 18 95 08 ESTOS VCCOL 61581 96911 7199
19. Angabe der Un sicherheit der Dichte variiert Da diese nderungen eher selten vorkommen sind die entsprechenden Variablen nicht nach au en gef hrt und eine nderung ist nur ber den Quellcode m glich Im Programmordner MAPHS R2 die Funktion GumGuiFun m in Matlab ffnen Suche nach 11 f hrt zu der in Listing lauf Seite 31 gezeigten Stelle im Code Listing 1 Unsicherheiten bez glich der Bestimmung der Masse Gum Bestimmung der Masse aus Laenge Durchmesser Dichte bei Raumtemperatur Daten aus Hotwire Logfile 1 d roh Laenge 1 Abstand der Spannungsschneiden mm dll Unsicherheit des Nullpunktes mm 412 Unsicherheit bei Messwert mm 413 Unsicherheit bei Anzeige durch Skala mm Durchmesser 2 Durchmesser des Drahtes mm ddl Unsicherheit des Nullpunktes mm dd2 Unsicherheit bei Messwert mm dd3 Unsicherheit bei Anzeige durch Skala mm Dichte roh roh Dichte des Drahtes kg m 3 droh wenn keine Angaben dann abgeschaetzt aus angegebenen Stellen kg m 3 411 0 05 412 0 1 413 0 1 ddl 0 002 dd2 0 002 443 0 002 droh 10 4 1 3 Pyrometerwechsel Wird ein neues Pyrometer der Anlage hinzugefiigt so ist die Zuordnung der Unsicherheit durch die Abweichung von der effektiven Wellenl nge Variable dTeff f r dieses Pyrometer einzubinden Zur Bewertung dieser Gr e sei auf 3 und verwiesen Funktion GumG
20. Eingangsgr en und u Vp sind in Gleichung und 4 3b Kapitel 4 2 angegeben 7 Grund hierf r ist vermutlich in einem vorgeschalteten Uberspannungsschutz Marke Eigenbau zu finden 17 Spannungsteiler Hei neuer PC 20 03 2014 2 4 Equation y a b 2 2 Weight No Weighting Residual Sum 0 00206 of Squares 2 0 Pearson s r 0 9998 Adj R Square 0 99957 Value Standard Error 1 8 Intercept 0 00578 0 00814 U_ein Slope 1 04507 0 00542 1 6 1 4 V 1 2 U_ein 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 02 04 06 0 8 1 0 12 14 1 6 1 8 20 22 2 4 U_pc mV Abbildung 11 Kalibration des Spannungsteiler hei Die Steigung der Ausgleichsgeraden entspricht dem Teilungsverh ltnis Tabelle 2 Teilungsverh ltnis der Spannungsteiler System Nheiss Nun alt 1030 6 1 7 310 7 0 2 neu 1045 1 4 2 310 6 1 3 3 1 3 2 Untersuchung von Niob Anhand von Drahtproben aus Niob wurde mit der umgebau ten und kalibrierten Anlage der zu Beginn von Kapitel 3 1 3 geforderte Beweis der Reproduzierbarkeit erbracht Aus den einzelnen Experimenten wurde die Enthalpie berechnet und mit dem in Kapitel 3 3 be schriebenen Programm MAPHS daraus ein nach der Unsicherheit gewichteter Mittelwert gebildet Jene Mittelwerte sind den Literaturwerten aus dem Standardwerk von Prof Pottlacher gegen bergestellt Sowohl in der festen Phase siehe Abbild
21. Gr en unter der Ausnut zung bekannter Gesetzm igkeiten der Natur Dabei treten zwei zentrale Fragen auf e Wie gut stimmt die bekannte Gesetzm igkeit sprich das Modell welches der Natur unterstellt wird mit der Realit t berein e Wie gut stimmen Messwerte mit der beobachteten Gr e berein Einer jeden Messung liegt ein Modell zugrunde und ein Modell st tzt sich auf Messwerte Daraus ist ersichtlich dass eine getrennte Betrachtung beider Begriffe wenig Sinn macht Nichtsdestotrotz wird in dieser Arbeit das Modell als hinreichend bekannt und gut betrachtet um die gesamte Aufmerksamkeit ganz alleine einer Frage zu widmen Wie bestimme ich die Qualit t einer Messung Seit mehreren Jahrzehnten werden an der TU Graz mit einem ohmschen Pulsheizkreis thermophysikalische Daten von Metallen ermittelt Anhand dieser komplexen Einrichtung soll die Antwort auf die zuvor gestellte Frage kurz skizziert werden 2 2 Motivation und Entstehungsgeschichte In diesem Kapitel soll der Begriff GUM erkl rt und seine Bedeutung in Forschung und Technik erl utert werden GUM ist eine Abk rzung des englischen Begriffes Guide to the evaluation of uncertainty in measu rement und wird mit Leitfaden zur Angabe der Unsicherheit beim Messen bersetzt GUM dient sowohl als Synonym f r die Publikation an sich siehe beispielsweise 7 alle darauf aufbauenden Pu blikationen sowie f r den beschriebenen Modus Operandi
22. Probenoberfl che wird auf die Photodiode abgebil det Up T G Lys Az T e T T E Az 1 3 Geometriefaktor Az zentrale Wellenl nge des Interferenzfilters T usd Transmissionsfaktor des Messaufbaus Interferenzfilter Linsen Lichtleiter Fenster der Probenkammer E Empfindlichkeit der Photodiode AA Breite des spektralen Transmissionsbereiches S mtliche Gr en die n herungsweise als temperaturunabh ngig betrachtet werden k nnen werden zur Kalibrationskonstanten K zusammengefasst womit sich 1 3 vereinfacht zu K e Der Wert von kann durch Kalibration des Pyrometers an einem Schwarzen K rper ermittelt werden Ebenso l sst sich die Kalibrationskonstante bestimmen indem man das Spannungssignal auf einen be kannten Temperaturpunkt referenziert Letztere Methode wurde im Rahmen dieser Arbeit angewandt F r Niob l sst sich im Pyrometersignal sehr gut ein Schmelzplateau erkennen welchem ein Literatur wert f r die Schmelztemperatur zugeordnet wird Der Emissionsgrad wurde als temperaturunabh ngig angenommen und durch den Wert bei mittlerer Temperatur des Schmelz berganges Tm approximiert Die Rechfertigung dieser N herung wurde bereits von Seifter 6 erbracht und beruht darauf dass der Emissionsgrad lediglich als logarithmisches Verh ltnis zu seinem Wert am Schmelz bergang in die Tem peraturbestimmung eingeht Man erh lt den Zusammenhang zwischen gemessenem Spannungssignal Spannungssignal am Schme
23. derives specific enthalpy specific heat capacity and specific electrical resistivity of the sample material To ensure maintenance of the pulse heating gadget it had to undergo retrofitting in the following way The established data acquisition system was replaced by a new system hardware and software The esta blished data evaluation software was re adjusted to a modern operation system A software for evaluation of uncertainty by means of GUM has been compiled Inhaltsverzeichnis 1 Ohmsche Pulsheizung 11 Prozesssteuerung und Ablauf des Experiments SE Sea Ca Rae Pome eo eb Pak AUR da eae SUP ae gang S dis Spannung dae eee aoe 9 Sue BSR 3 ee ae Shih qk ded Wee RS eke 1 2 3 Strahl schtel ox xod dox ek en A ee ele nd Me HOD dep DY EE Oh ree sink Ba SM aye 1 3 1 22 2222 2222 2 42 24 40242 45 ILL 1 3 3 Spezifischer elektrischer 2 12 Einleitung u e be ee EA poate ee 2 3 GUM Begriffsbildung 2 3 1 Begriff der Messunsicherheit Bee Wade Se EE Re ee Poe ERA 3 1 Datenerfassung 3 1111 Offset Korrektur
24. fl menu file savenmaphs Enable off added 7 Version 3 5 was absentminded and forgot to document any changes it had something to do with MAPHS and how it can be started out of other programs Version 3 6 cursor bug fixed HOTWIRE when doing the manuell voltage correction you clicked first on the left cursor axes it vanished to the left side and you couldn t grab it anymore You had to go out start the voltage correction anew Afterwards it would work This bug had to do something with the usage of the global variable pos but I just couldn t get it Workaround solution HWSystem Ln 1245 if paraml 47 xrange 2 2 else xrange 1 1 end Since these lines are canceled out xrange uses the coordinates of the shown screen and the bug doesn t reappear Ln 1253 mmotionvert the uppermost and lowermost 2 have been disabled so that you can t set the vertical cursor line on the left or right edge of the plot while doing e g the manuel voltagecorrection Version 3 7 Since MAPHS has been totaly wrecked I came in like a wrecking ball down and built up in an astonishing compact and optimized way I undid the changes from Version 3 4 It isn t possible anymore to start MAPHS out of HOTWIRE HWlanguage 1 182
25. function definition was eliminated wherever found if condition task end was given some nice semicolons if condition task end HWeval m variable log replaced by variable logf Ln109ff if dat delay 1 replaced by if dat delay 1 Ln523 if mode amp dat mode 1 amp replaced by amp amp HWgerman m Ln312 str docl the sequence of the elements 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 has been changed to 1 2 3 4 9 10 5 6 7 8 in order to pair the related numerical values and units HWsystem Ln41 if 2 amp dat cm 1 1 0 replaced by if paraml 2 amp amp dat cm 1 1 220 Ln775 if assigncount 4 I isempty find param1 5 7 replaced by if assigncount 4 II isempty find param1 5 7 Ln777 if paraml 7 amp paraml 6 replaced by if param1 7 amp amp param1 6 Ln1113 if pos 1 pos 3 lt 0 95 amp pos 2 pos 4 lt 0 95 replaced by if pos 1 pos 3 lt 0 95 amp amp pos 2 pos 4 lt 0 95 HWstartupl Ln97 if isnumeric which_menu isempty which menu replaced by 46 Version 3 2 In this version excessive path hopping has been undone This is to get rid of the problem that matlab changes into some directory e g where a source file is stored and wants to start m files which are in the Ho
26. im Pulsheizkreis Anwendung zu finden Hauptanforderung an die Messkarte sind eine hohe Genauigkeit der Spannungsmessung sowie eine Abtastrate von 10 MS s Beide Anforderungen werden von 21 4032 erf llt Der verwendete Rechner ist ein handels bliches preiswertes Modell der Kategorie Office Rechner Er zeichnet sich dadurch aus dass er m glichst aus tauschbar ist und somit f r die geplante Einsatzdauer der Datenerfassung Plkeinen limitierenden Faktor darstellt 3 1 1 Offset Korrektur Die Messkarte bietet die M glichkeit einen Offset der Spannungsmessung durch den Benutzer h chst komfortabel korrigieren zu lassen Diese Option ist ber die Software Spectrum Control Center verf g bar Sie l sst sich ber Start Alle Programme Spectrum GmbH Spectrum Control Center Spectrum Control Center starte Es erscheint ein Fenster wie in Abbildung 3 auf Seite 13 dargestellt Nach Auswahl der betreffenden Karte gelangt man ber den Men punkt Calibration zu einem Fenster in dem der Benutzer aufgefordert wird die vier analogen Kan le der Karte vor dem Fortfahren frei zu schalten Siehe Abbildung 4 auf Seite 13 Die 4 analogen Eing nge der Messkarte sind dem System zugeordnet wie folgt Spannungsabfall zwischen hei er Spannungsschneide und Masse Ukat Spannungsabfall zwischen kalter Spannungsschneide und Masse Ch2 I Spannungssignal von der induktiven Strommessung Ch3 Pyrometer Spannungssignal vom Pyro
27. in einer ASCII Datei Name out asc aufbereitet und der Benutzer wird nach einem Speicherort befragt Output Images ffnet Auswahlfenster gem Abbildungen B6 auf Seite 39 Bei Auswahl von zumin dest einem Bild erfolgt eine Abfrage nach dem Speicherort Die Ansicht wechselt zur ck auf die bersicht ber alle ausgew hlten Experimente entsprechend Ab bildung 29 auf Seite 35 Die Datei fiir welche zuvor die Unsicherheitsanalyse erstellt wurde ist nun in der Liste griin hinterlegt 38 Ec Eom u KdTausr d2Ucorr lt io Kdlges Kddges Een karont TEEN Keettac2 un EGGS ESSI 2 u KdeltaukT drelHs KeettacvaT TEEN Kcettal dettak2iind dettak2ingdT Kdettagesuh Bl temp Fig Koeff time Bl temp Fig Koeff temp Bl temp Fig errproz time a temp Fig errproz temp temp Fig errk time Bl temp Fig errk temp temp Fig errproz k time Bl temp Fig errproz k temp strom Fig Koeff time Bl strom Fig Koeff temp m strom Fig errproz time m strom Fig errproz temp strom Fig errk time a strom Fig errk temp strom Fig errproz k time strom Fig errproz k temp Uc Fig Koeff time m Uc Fig errproz time Uc Fig errk time Ir Uc Fig errproz k time I H Fig Koeff time
28. lt 2425K 104 564 0 488 T 2947K lt T lt 3723K alter Pc 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 Spezifische Enthalpie kJ kg 400 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Temperatur K Abbildung 13 Darstellung aller Enthalpien die f r die mit dem alten System erfassten Datens tze er rechnet wurden neuer Pc 2200 2000 1800 2 1600 3 1400 g 1200 o 1000 X o 2 800 H 600 Ke 400 1500 2000 2500 3000 3500 Temperatur Abbildung 14 Darstellung aller Enthalpien die f r mit dem neuen System erfassten Datens tze errechnet wurden 20 nb2403a nb2403b nb2403c nb2403e 2403 nb2403g nb2403h nb2408i nb2503a nb2503b nb2503c 4500 5000 5500 nb170314b 170314 nb170314d nb1708314e nb170314f nb180314a nb180314b nb180314c nb180314d nb180314e 4500 5000 5500 6 lt uoj e sop uoneJqi e y 1891 4 uoj e 8 JOSHO Jaq STe 00 6 72 519 M 0082 UN 351 Sunssej1ouoje uonou 8 NA x
29. nur die erweiterte Ge samtunsicherheit k 2 empfohlen und voreingestellt oder sowohl erweiterte Gesamtunsicherheit als auch erweiterte Unsicherheiten nach Typ und Typ B jeweils 2 in einer Textdatei ausgeben lassen will Die Textdatei enth lt zus tzlich noch Information ber die herangezogenen Einzelexperimente wie in Listing 44 dargestellt ist Im letzten Schritt wurde die Vereinfachung herangezogen dass nach Faltung beliebig vieler Rechteckverteilungen und Gaussverteilungen wieder etwas entsteht dass mit der konservativen Annahme einer Gaussverteilung nicht vollkommen falsch beschrieben wird 3 3 1 Beweis der G ltigkeit von MAPHS Die Ergebnisse der Unsicherheitsanalyse nach Wilthan wurden wie in HI beschrieben mit der Software GUM Workbench verifiziert Bei MAPHS handelt es sich wie bereits ausf hrlich beschrieben um eine freie bersetzung umfangreicher LabTalk Skripten nach Matlab Dass die damit erzielten Ergebnis se nicht minder g ltig sind soll in diesem Abschnitt unter Beweis gestellt werden Da die Auswertung der Daten rund 10 Jahre vor der Modernisierung von HOTWIRE stattgefunden hat m sste man in der Bewertung mit MAPHS das Schmelzplateau erneut bestimmen siehe Kapitel 3 2 Dies h tte eine Abweichung der beiden Temperaturskalen zueinander zur Folge was nur einen quali tativen Vergleich beider Messunsicherheiten zueinander erlauben w rde Eine Betrachtung der Abwei chung beider Kurven vo
30. 0 0 005 0 001 0 0008 0 0008 1MQ 0 05 0 002 0 002 0 002 10MQ 0 5 0 02 0 01 0 01 Mess Strom Bereich Strom 1000 1kO 1 10kQ 100 pA 100kQ 10pA 1MQ 10MQ 100 nA Max Messspannung ca 3V berlastschutz 250Vs Temperaturmessung 100 1000 60751 Messbereich Aufl sung Toleranz Temperaturkoeffizient 10 21 C und 25 409 2 und 4 Draht Messung 200 800 C 0 01 C Messstrom 1mA 0 05 C Messf hlertoleranz 0 08 lt 0 0018 C C NiCr Ni Messbereich 270 1 372 C Aufl sung 6 Toleranz 0 7 rdg 0 3K NiCr Ni J Typ Messbereich 210 1 200 C Aufl sung 0 1 C Toleranz 0 7 rdg 0 3 Frequenzmessung und Periodendauer Messbereich Hz 100 kHz Aufl sung 0 00001 1Hz Genauigkeit 0 05 rdg Messzeit 1079 Technische Daten Messstellenumschalter H0112 siehe Seite 29 Bereich 20Hz 1kHz 1 10kHz 10 50kHz 50 100kHz 100 300 kHz Schnittstelle Dual Schnittstelle USB RS 232 0820 EEE 488 GPIB optional Steuerung Datenabfrage essfunktion Messbereich ntegrationszeit Startbefehl esswerte Messfunktion Messbereich Funktionen Eingangsdaten Ausgangsdaten 0 1V 0 1 0 08 5 0 5 5 2 10V 0 08 0 08 0 15 0 08 0 3 0 1 0 8 0 15 7 0 15 10 07 0 08 0 08 0 1 0 08 0 3 0 1 0 8 0 15 4 0 15 100 0V 0 08 0 08 0 1 0 08 0 3 0 1 0 8 0 15 600 0V 0 08 0 08 0 1 0 08 Temperaturkoeffizient 10 21 C und 25 40 C rdg f s bei
31. 0 3000 3200 3400 3600 3800 4000 4200 el Abbildung 5 Benutzeroberfl che PHS4 vi zum Ansteuern der Messkarte 21 4032 mit LabVIEW 23 Anfang 2013 zur Zeit der Preisanfragen f r Dewesoft7 und SBench6 24 PHS4 vi handelt es sich um eine Modifikation der von Spectrum GmbH zur Verf gung gestellten Beispieldatei sco pe_4channel vi 14 Die dem Benutzer zug nglichen Optionen sind in den Abbildungen 6 bis 9 im Detail hervorgehoben S mtliche Voreinstellungen sind in bereinstimmung mit der bestehenden Anlage gew hlt Abbildung 6 stellt die Einstellm glichkeiten f r den Aufnahmemodus dar Der Modus Singleshot entspricht den Anforderungen im Normalbetrieb der Pulsheizanlage und ist daher voreingestellt Sollte es erforderlich sein einen der drei anderen Modi Multiple Recording Gated Sampling oder ABA Mode zu verwenden so sei f r weiterf hrende Information auf das Handbuch Kapitel Mode Multiple Recording S 101ff Mode Gated Sampling Re play S 104ff sowie ABA Mode S 125ff verwiesen Mit dem Feld Mem l t sich die Anzahl der aufgezeichneten Datenpunkte festlegen Mit dem Feld Post definiert man die Anzahl der Aufnahmen nach dem Triggerereignis Es werden 4096 Datens tze unmittelbar nach Eintreten des Triggerereignisses akquiriert Die Auswahlm glichkeit betreffend der Zeitnahme ist auf die Verwendung einer internen Uhr voreingestellt Wollte man beispielsweise der Karte ber den Eingang Ck ein
32. 1 CLVSL 90 71 17861 0681 81101 VSIL 09501 CS869 14189 96119 76049 15099 18159 69950 01809 Ltcc9 67119 DEIER ou poriopisuoo eq ZT 1Ju9121jjooo uorsuedxq 60 26 61 vIOC 1dy pvcSHavIN 96 9IvTC 69 8tC r O0ctc LV LI C 06 E877 v9 OSC LE LITT 11 81 5870610 8S LIIT TE Y8OT 5071600 6L LIOT KE Fr n 9 1 lt 61 0078161 17881 1681 008181 76 7811 8971621 Iv sitll 6175891 8871691 0978191 Or S8ST A4 dat erreosrqu PrICOSIQU preosrqu qrreogrqu 160814 4 171 lt 0414 194 PrIeozIqu IYTEOLIAU 87107144 uossedue 3 equg 16881 770 sueaur Aq j10dx suond erp p Sunsr 2 nderung anlagenspezifischer Konstanten Listing 5 Routine zum ndern anlagenspezifischer Konstanten Beschreibung siehe Kapitel To sk sk sk sk ok ok oko ook OOK KKK ROK KK ORK KK OR OK KK KR RK KK RRR RK KK KK MAPHS Revision 2 01 07 2014 Thomas Macher BSc INSTITUT F R EXPERIMENTALPHYSIK DER TECHNISCHEN UNIVERSIT T GRAZ Tox Gruppe Subsecond Thermophysics Op sk sk sk ok ok ok skcok ok ok okcok 9 Dirty Little Hel
33. 4032 gemessenen Spannung u Vpc setzt sich zusammen aus der Unsicherheit f r die Spannungsmessung Usm 1 vom MW siehe Abbildung 44 auf Seite 50 und der Unsicherheit durch die Digitalisierung 1 22 1079 V Wie f r Messger te blich wird von einer Rechteck verteilung ausgegangen Die Messunsicherheit bei angenommener Rechteckverteilung setzt sich zusam men aus Halbweite mal Jm Daraus ergibt sich f r die Unsicherheiten der beiden Spannugsmessungen TAE d E ar 43 TROR um Gleichung 4 3a und 4 3b in Gleichung eingesetzt liefert f r die in Kapitel 3 1 3 1 angef hrten Spannungsmessungen den in Abbildung 27 auf 33 skizzierten Verlauf der Unsicherheit des Tei lungsverh ltnisses f r nur ein Messwertpaar Diese Betrachtung gemeinsam mit dem Erfahrungsschatz des Betrachter legt nahe dass die Kalibrati on der hei en Spannungsschneide bei einer Eingangsspannung 2 V lt Vein lt 10 V durchgef hrt werden sollte 4 3 Kalibration der Strommessung Die induktive Strommessung sollte kalibriert werden Des Weiteren sollte der Spannungsteiler der Strom messung neu kalibriert werden 4 4 Kalibration der alten Datenerfassung F r einen aussagekr ftigeren Vergleich der alten und der neuen Datenerfassung siehe Kapitel 3 1 3 2 w re es angebracht das alte System ein letztes Mal zu kalibrieren 3ILangl ufig als Bauchgef hl bezeichnet ist eben dieser Erfahrungssc
34. Di plomarbeit Technische Universit t Graz 2006 Cagran Claus Untersuchung des Emissionsverhaltens fl ssiger Metalle mittels Photopolarimetrie und Mehrwellenl ngenpyrometrie Dissertation Technische Universit t Graz 2004 Wilthan Boris Verhalten des Emissionsgrades und thermophysikalische Daten von Legierungen bis in die fl ssige Phase mit einer Unsicherheitsanalyse aller Messgr ssen Dissertation Techni sche Universit t Graz 2005 Sachsenhofer Franz Data Evaluation for pulse heating experiments combined with emissitivity measurements using a division of amplitude photopolarimeter Diplomarbeit Technische Univer sit t Graz 2000 Seifter Achim Bestimmung thermophysikalische Daten von Eisen Nickel Legierungen im fl s sigen Zustand mittels ohmscher Pulsheizung Diplomarbeit Technische Universit t Graz 1996 JCGM Evaluation of measurement data Guide to the expression of uncertainty in measurement JCGM 2008 CEN Leitfaden zur Angabe der Unsicherheit beim Messen CEN Europ isches Komitee f r Nor mierung 1999 JCGM Auswertung von Messdaten Eine Einf hrung zum Leitfaden zur Angabe der Unsicherheit beim Messen und zu den dazugeh rigen Dokumenten JCGM 2011 Spectrum Systementwicklung Microelektronik GmbH http www spectrum instrumentation com M2i 40xx M2i 40xx exp fast 14 bit transient recorder A Dconverter board for PCI X PCI and PCI Express bus Hardware Manual Software Driver Manual
35. Programm zur Datenauswertung HOTWIRE siehe folgendes Kapitel 3 2 kompatibel ist Die in INSIGHT generierte Datei wurde so gestaltet dass jede der 4 Header Zeilen mit einem C beginnt HOTWIRE fragt den Header nach diesem C ab Fehlt es wird eine Fehler meldung generiert und die Auswertung unterbrochen Demzufolge wurden auch die Header Zeilen der in LabVIEW generierten Ausgabedateien mit einem C begonnen Des weiteren wurde die Gestaltung 22 des Headers dazu verwendet um dem Programm MAPHS siehe folgendes Kapitel 3 3 die Information zu tibergeben aus welchem System der verwendete Datensatz stammt Diese Information ist wieder um notwendig um auf die jeweiligen Spezifika der Messkarten sowie der verwendeten Spannungsteiler zugreifen zu k nnen 3 2 Datenauswertung HOTWIRE fertigt zu jeder Auswertung eine Dokumentationsdatei log an siehe Abbildung auf Seite 23 Diese enth lt Informationen zu den meisten Parametern des Pulsheizexperiments sowie der Auswertung Die Ausgabe wurde um eine zweite Dokumentationsdatei xml erweitert siehe Abbil dung 18 auf Seite3 Sie bietet ein breiteres Spektrum an M glichkeiten was das automatisierte Lesen und Schreiben einzelner Parameter angeht Zus tzlich zur bestehenden log Datei enth lt die xml Da tei auch Information dar ber welchem Wert des Pyrometer Signals der Benutzer die Schmelztemperatur zugeordnet hat siehe 51 Diese Information erspart es dem Benutzer die Zuordnung des Schme
36. Thomas Macher BSc Modernisierung einer ohmschen Pulsheizapparatur zur Bestimmung thermophysikalischer Daten von Metallen in der fl ssigen Phase Datenerfassung Datenauswertung und Unsicherheitsanalyse Masterarbeit zur Erlangung des akademischen Grades Diplom Ingenieur Masterstudium Technische Physik TU Grazm Graz University of Technology Technische Universit t Graz Betreuer Ao Univ Prof Dipl Ing Dr techn Gernot Pottlacher Institut f r Experimentalphysik Graz Mai 2014 Diese Arbeit wurde mitbetreut von Dipl Ing Alexander Schmon Dipl Ing Dr techn Boris Wilthan Kurzfassung Am Institut f r Experimentalphysik der Technischen Universit t Graz wird seit geraumer Zeit die Me thode der ohmschen Pulsheizung dazu verwendet um thermophysikalische Daten sowohl von Reinme tallen als auch von Legierungen in der fl ssigen Phase zu bestimmen Eine drahtf rmige Probe wird als Sollbruchstelle eines elektrischen Entladekreises mit Aufheizraten von bis zu 10 K s verfl ssigt Lot rechtes Arretieren der Probe und die kurze Experimentdauer von typischerweise etwa 50 us erm glichen Untersuchungen an einer stehenden Fl ssigkeitss ule und erlauben folgende Annahmen Die Volumsex pansion findet nur in radialer Richtung statt Chemische Interaktionen der Oberfl che mit der Umgebung sind vernachl ssigbar Energetische Verluste durch W rmestrahlung sind vernachl ssigbar Synchron werden der Spannungsabfall entlang d
37. angt nat rlich auch nach der ihm zugrundeliegenden Verteilungsfunkti on 8 S 35 37 Die Angabe der Unsicherheit gemeinsam mit allen relevanten Gr en wird auch als Unsicherheitsbudget bezeichnet In diesem Kapitel wurde dargestellt worum es sich bei einer Messunsicherheit nach der Anschauung von GUM handelt Weiters wurde schrittweise die Ermittlung und Angabe von Unsicherheiten dargestellt 2 4 GUM in Anwendung an den Pulsheizkreis In diesem Kapitel soll anhand des Pulsheizkreises kurz dargestellt werden wie man ein komplexes Ex periment aufteilt um die Unsicherheit einer daraus abgeleiteten Messgr e nach GUM zu beschreiben Mit einem schnellen ohmschen Pulsheizkreis werden thermophysikalische einer metallischen Probe bis in die fl ssige Phase bestimmt Um dies zu erreichen l sst man ber eine Probe in kurzer Zeit einen sehr hohen Strom flie en Zeitgleich werden dann in Zehntel Mikrosekunden Schritten folgende physikalische Gr en gemessen Der Strom durch die Probe U und der Spannungsabfall an zwei mit Spannungsschneiden kontaktierten Punkten L Ly die spektrale Strahldichte aus welcher die Temperatur bestimmt wird Aus diesen Messwerten lassen sich die gesuchten thermophysikalischen Daten ableiten S 4 7 Die Anwendung des GUM auf das Pulsheizexperiment f hrt dazu dass man f r jede der zeitgleich gemes senen Gr en ein Unsicherheitsbudget gem der in Kapitel 2 3 2 beschriebenen V
38. apitel wurde gezeigt dass es sich bei GUM um eine international anerkannte Operationsvor schrift handelt deren Ziel es ist die Erstellung von Unsicherheiten und Unsicherheitsbudgets zu verein heitlichen Das n chste Kapitel behandelt den Aufbau der von GUM beschriebenen Vorgehensweise 2 3 GUM Begriffsbildung Dieses Kapitel ist in zwei Unterkapitel geteilt Im ersten Unterkapitel wird der zentrale Begriff der Mes sunsicherheit anschaulich aufgebaut um dem Leser ein Gef hl f r die Welt von GUM zu vermitteln Im zweiten Unterkapitel wird die von GUM beschriebene Vorgehensweise etwas schonungsloser dargelegt Die ben tigten Begriffe werden en passant gebildet 2 3 1 Begriff der Messunsicherheit Der wahre Wert ist etwas Abstraktes das durch den Vergleich mit Bekanntem beschrieben wird Er ist beispielsweise die L nge eines Gegenstandes Vergleicht man den Gegenstand mit einem Ma stab so erh lt man einen Sch tzwert f r den wahren Wert Es ist also intuitiv ersichtlich dass man nicht den wahren Wert einer Gr e bestimmen kann sondern lediglich Sch tzwerte f r diesen 9 S 11 Was anstelle des wahren Wertes bestimmt werden kann ist die Qualit t des Sch tzwertes Sie wird durch die Unsicherheit der Messgr e beschrieben Dazu gibt es zwei unterschiedliche Ermittlungsmethoden welche als gleichwertig zu betrachten sind Typ A beschreibt mit Hilfe der Statistik wie die gefundenen Sch tzwerte um einen Mittelwert streuen Ihre G
39. ay to analog sample Maximum voltage Input voltage Connector digital inputs Trigger Multi Gate re arming time Max Pretrigger at Multi Gate FIFO Internal trigger accuracy Channel trigger resolution Trigger output delay External trigger type External trigger input External trigger maximum voltage External trigger accuracy External trigger output levels External trigger output drive strength 110 Ohm 2 5V 7 samples digital 7 samples before analog 0 3 V up to 5 5 V Low lt 0 8 V High gt 2 0 40 pole half pitch Hirose FX2 series lt 4 Samples 8176 Samples as sum of all active channels 1 Sample 10 bit positive edge after internal trigger event 3 3V LVTTL compatible 5V tolerant Low lt 0 8 V High gt 2 0 V gt 8 ns in pulse stretch mode gt 2 clock periods all other modes 0 5 V up to 5 7 V internally clamped to 5 0V 100 mA max clamping current 1 Sample Low lt 0 4 V High gt 2 4 V TTL compatible Capable of driving 50 ohm load Software programmable parameters Input Range Input impedance Input Offset Clock mode Clock impedance Trigger impedance Trigger mode Trigger level Trigger edge Trigger pulse width Trigger delay Memory depth Posttrigger Multiple Recording segment size Multi Gated pretrigger ABA clock divider Synchronization clock divider Channel selection 200 mV 500 mV 1 V 2 V 5 V 10V 50 Ohm 1 MOhm 200 of inpu
40. bin ich nun froh sie gr tenteils umgesetzt zu haben Dipl Ing Kirmanj Aziz und Dipl Ing Matteo Luisi sei f r das Kl ren technischer Problemstellungen sowie f r das Fin den neuer gedankt Bedanken m chte ich mich auch bei unseren Elektronikern Josef Friedrich und Ing Reinhard D mon f r die tatkr fitge Unterst tzung und kl renden Gespr che sowie bei Ing Josef Pichler f r den IT Service Es war ein langer langer Weg Und ich m chte mich bei allen die ihn ganz oder st ckweise mit mir gegangen sind f r die Unterst tzung danken Freunde Familie n WG Mitbewohner Studienkollegen Irene danke dass Du stets meine Launen ertr gst und auch die allt glichen Dinge des Lebens in einem hellen Glanz erstrahlen l t Zu guter letzt ein Gru an alle Freaks vom Zirkus Konrad i war a l ssige Zeit 53 EIDESSTATTLICHE ERKL RUNG AFFIDAVIT Ich erkl re an Eides statt dass ich die vorliegende Arbeit selbstst ndig verfasst andere als die angegebenen Quellen Hilfsmittel nicht benutzt und die den benutzten Quellen w rtlich und inhaltlich entnommenen Stellen als solche kenntlich gemacht habe Das in TUGRAZonline hochgeladene Textdokument ist mit der vorliegenden Masterarbeit identisch 1 declare that have authored this thesis independently that have not used other than the declared sources resources and that have explicitly indicated all material which has been quoted either literally or by content from the sour
41. c old def dNc new def dTskin def K def def_dTausr def_c2 def_dc2 def_deltaK def_var_UAPHK 45 nderungsma nahmen HOTWIRE Die Dokumentation der nderungen befindet sich auch im aktuellen HOTWIRE Ordner als ges_V3 m Die Benutzeroberfl che von MAPHS ist durchwegs in englischer Sprache abgefasst Dement sprechend stellt auch die Dokumentation der nderungsma nahme keine Ausnahme dar Listing 6 Dokumentation der in HOTWIRE vorgenommenen nderungen HOTWIRE Version 3 7 Retrofitting done by Macher Thomas 01 07 2013 Version 3 0 wherever found at the end of a function definition was eliminated wherever found if condition task end was given some nice semicolons if condition task end 992 Error File HWeval m Line 515 Column 9 log previously appeared to be used as a function or command conflicting with its use here as the name of a variable A possible cause of this error is that you forgot to initialize the variable or you have initialized it implicitly using load or eval gt in HWeval m name log replaced by logf f like file Version 3 1 All changes in 3 0 undone Clean start from 2 0 there was some trouble due to the exchange of amp and with amp amp and in if sentences wherever found at the end of a
42. ces used The text document uploaded to TUGRAZonline is identical to the present master s thesis Datum Date Unterschrift Signature 54
43. cherheitsanalyse relevanten Variablen w hlen um eine Ausgabedatei anzufertigen Ohne einer entsprechenden Auswahl wird eine Datei mit den f r die Weiterverarbeitung ben tigten Variablen angelegt Dar berhinaus kann der Benutzer aus einem Katalog von 40 Graphen ausw hlen welche Sachverhalte der Unsicherheitsanalyse des Einzelexperiments er gerne darstellen m chte Ohne einer entsprechenden Auswahl werden zu dem Einzelexperiment keinerlei Bilder erstellt Es ist jedoch zu jedem sp teren Zeitpunkt m glich auch anhand der minimalen Ausgabedatei alle Bilder und beliebige Ausgabedateien zu generieren ohne dass bereits vom Benutzer getroffene Eingaben wiederholt werden m ssten Hier endet die bersetzung wie Umsetzung der viel zitierten LabTalk Skripten Der folgende Teil von MAPHS stellt eine tats chliche Neuerung der bisher vorhandenen Auswertungsroutinen dar und bildet damit einen realen Informationsgewinn Sein Inhalt fu t auf zahlreichen Diskussionen mit dem Verfasser von 41 Wird die Unsicherheitsanalyse f r mehrere Experimente ein und desselben Materials durchgef hrt so l sst sich mit MAPHS die Berechnung einer Gesamtunsicherheit der spezifischen Enthalpie sowie des spezifischen elektrischen Widerstandes anstellen Diese beinhaltet sowohl die f r jedes einzelne Ex periment erstellte Unsicherheit Typ B als auch die Standardmessunsicherheit 14 erhalten aus der Streuung aller Einzelmessungen und wird berechnet ber uGesamt
44. den wollender Prozess Die Eingabe l sst sich in vier Bereiche unterteilen wie in Abbildung 20 1 Messdaten Optional Auswahl aus 62 Gr en Parameter Messbereich Optional der Karten Erstellen von d bis zu 40 Literaturwerte Bildes Format fig Abbildung 20 Auswertung der Unsicherheitsanalyse fiir ein einzelnes Experiment Messdaten Die mit INSIGHT oder LabVIEW generierte Datei mit den Messwerten eines Experi ments wird automatisch ausgelesen HOTWIRE Parameter Die in HOTWIRE generierte Dokumentation wird automatisch ausgelesen Ist der verwendete Versionsstand lter als 3 7 so wird der Benutzer zus tzlich noch aufgefordert der Schmelztemperatur ein Pyrometersignal zuzuordnen Siehe Kapitel 2 Messbereich Die verwendeten Messbereiche sind vom Benutzer f r alle vier Kan le einzeln einzu geben Je nach verwendeter Messkarte stehen unterschiedliche Messbereiche zur Verf gung Der f r den jeweiligen Signalverlauf optimale Messbereich wird ermittelt und dem Benutzer als Vor einstellung angeboten Ein Vergleich mit dem Laborprotokoll ist obligat Literaturwerte In einer mat Datei sind anlagenspezifische Konstanten hinterlegt Darin sind bei spielsweise die in TabelleJangef hrten Werte enthalten als auch Parameter au
45. e Neubeurtei lung aller Einflussgr en beheben zum Beispiel durch erneute Kalibrationen Typ gt Typ B Es existieren Einflussgr en die mit der Betrachtung nach Typ nicht oder nicht hinreichend beschrieben werden Hier ist eine qualitative Aussage nicht m glich Gesamtunsicherheit Ugesamt k Vu mit Erweiterungsfaktor k 2 Das zentrale Element der Unsicherheitsanalyse Typ B ist die dem Experiment zugrunde liegende Modellfunktion Versagt also die Theorie die dem Experiment unterstellt wird so versagt auch die darauf aufbauende Unsicherheitsanalyse was beispielsweise im Bereich des Phasen bergangs der Fall ist 26 Abbildung 21 auf SeiteD6 zeigt das Ablaufdiagramm zur Ermittlung einer Gesamtunsicherheit aus meh reren Einzelmessungen Das Diagramm stellt die Betrachtung des spezifischen elektrischen Widerstandes dar Die Betrachtung der spezifischen Enthalpie verl uft analog Bei den zur Mittelwertbildung heran gezogenen Messunsicherheiten handelt es sich um noch nicht erweiterte Unsicherheiten Es steht dem Benutzer frei die Mittelung ber alle spezifischen Enthalpien bzw alle spezifischen elektrischen Wider st nde wahlweise arithmetisch oder gewichtet ber Einzelunsicherheit Typ B voreingestellt durch zuf hren Zur Bedienung von MAPHS und damit zur Auswertung der Messdaten siehe Anhang Der Benutzer kann sich vor dem Exportieren der Endergebnisse ausw hlen ob er
46. e externe Uhr zur Verf gung stellen so l sst sich das in dem in Abbildung 7 dargestellten Bereich der Optionen einstellen Abbildung 8 veranschaulicht dass die Wahl des Triggers auf den Eingang des externen Triggers voreingestellt ist Das Triggerereignis findet statt wenn am Triggereingang von einem niedrigen TTL Signal auf ein hohes TTL Signal gewechselt wird entsprechend der Auswahlm glichkeit High Level In dem in Abbildung 9 dargestellten Feld lassen sich die Messbereiche der einzelnen Kan le ein Offset sowie die Terminierung der analogen Ein g nge w hlen Die ausgew hlte 500 Terminierung geschieht kartenintern Verf gbare Messbereiche sind 200 mV 500 mV 1V 2V 5V 10 V Die Art der Darstellung wird mit den in Abbildung dargestellten Einstellm glichkeiten festgelegt Loop versetzt die Darstellung in einen fortlaufenden Modus Die aktuellen Messwerte werden dargestellt Stop be endet die fortlaufende Aufzeichnung Single veranlasst ein einmaliges Aufzeichnen der 40964 Datens tze Ist der Trigger in einem undefinierten Zustand Eingang offen oder Triggergenerator nicht auf TTL low gesetzt so werden bei Auswahl von Single unmittelbar 4096 Datens tze aufgezeichnet und zur Abspeicherung aufgefordert Die Anzahl kann mit Mem dargestellt in Abbildung 6 eingestellt werden 15 Sigleshet w Mem Seg 310240 Pre 28 Abbildung 6 Aufnahmemodus Der Mo dus Singlesh
47. elmessungen ermittelt An zwei Messpunkten entlang der Probe wird das Potential gegen ber der Masse des Pulsheizsystems ermittelt Als elektrischer Kontakt dienen Spannungsschneiden Molybdanstreifen 35 5 0 1 mm mit keilf rmigem Ausschnitt an einem Ende 1 S 12 Die Spannungssignale werden unmittelbar nach dem Probenhalter ber zwei Spannungsteiler siehe Tabelle 2 in Kapitel 3 1 3 1 an die Eingangsspannung der Transientenrekorder angepasst Von den Spannungsteilern f hren Koaxial Messleitungen die Spannungssignale in den bereits erw hnten Kupferrohrleitungen an die Messkarte n Durch die Differenz der beiden Spannungssignale werden auftretende bergangswiderst nde und Kontaktspannungen am bergang Spannungsschneide Probenmaterial weitestgehend eliminiert Subtraktion und Korrektur beider Spannungssignale geschieht mit der von Sachsenhofer erstellten Software HOTWIRE siehe auch Kapitel 3 2 Hier geschieht auch die Ber cksichtigung der Eigeninduktivit t der Probe siehe 5 14 und 5 12 und S 108 Mit Ni63 vorionisierte Entladungsstrecken zur Erzielung schneller Schaltzeiten 4 Erste Plasmaversuche fanden in hnlichen Apparaturen statt Probenabh ngig vom Experimentator festzulegen Worten ausgedr ckt 10 Millionen Abtastungen Samples pro Sekunde Im Fall des Referenzmaterials Niob steigt der Strom durch die Probe in etwa 20 us auf ber 5 6 kA 1 2 2 Strom Ein Strom Spannungsmessumformer besteh
48. en Dazu geh ren die Annahme dass die thermische Expansion nur in radialer Richtung stattfindet 1 sowie dass kein Probenmaterial von der Oberfl che abdampft und dass chemische Reaktionen mit dem Gas der Umgebung nicht stattfinden 21 Alle d us wird der Strom durch die Probe der Spannungsabfall entlang der Probe und die von der Probenoberfl che emittierte Strahldichte gemessen Im fl ssigen Zustand wird auch der Emissionsgrad zeitlich aufgel st ermittelt In Abst nden von etwa 5 us wird der Durchmesser der Probe mittels Schatten wurf bestimmt um auf die radiale Ausdehnung r ckzuschlie en Die Bestimmung des Emissionsgrades siehe 3 war nicht von den Modernisierungsma nahmen betroffen ebensowenig die Bestimmung der thermischen Expansion siehe 1 weshalb auf diese beiden Messungen im Folgenden auch nicht n her eingegangen wird Spannungsabnehmer 4 Fotoblitz Probenkammer E gt Abbildung 2 Einge spannte Drahtprobe Abbildung 1 Experimenteller Aufbau des Pulsheizsystems Aus 1 S 16 Aus 1 S 13 1 1 Prozesssteuerung und Ablauf des Experiments Eine drahtf rmige Probe wird nach erfolgter Pr paration der Oberfl che siehe 1 in einer Proben kammer in den elektrischen Entladekreise Eine schematische Darstellung des Entladekreises ist dem Anhang Seite 49 zu entnehmen eingebracht Die Probe wird durch Probenhalter und Probenkammer siehe Abbildung D und I auf Seite lotrecht arretiert sodas
49. end aus einem Stromwandler Messprinzip Induktion In tegrator und Spannungsteiler 3 bermittelt das dem Strom durch die Probe entsprechende Spannungs signal auf die bekannte Weise Koaxialkabel in Kupferrohrleitungen an die Messkarte n 1 2 3 Strahldichte Aus der von der Oberfl che des Probenmaterials emittierten Strahldichte l sst sich ber geeignete Kali bration siehe und 4 auf die Temperatur der Oberfl che r ckschlie en Zur Detektion der Strahl dichte dient unter anderem eine im Wellenl ngenbereich von 850 1750 nm empfindliche Photodiode InGaAs Ein Interferenzfilter schr nkt das auf den Detektor gelangende Wellenl ngenspektrum auf 1570 84 nm Die Gesamtheit aus Detektor Interferenzfilter und optischem System wird unter dem Begriff Strahldichtepyrometer zusammengefasst Das Spannungssignal des Pyrometers wird auf die zur Strom und Spannungsmessung analoge Weise an den Messrechner gef hrt 1 2 4 Volumen F r die Ermittlung der spezifischen Enthalpie und des spezifischen elektrischen Widerstandes ist die Kenntnis des Probenvolumens erforderlich Das Volumen der Probe wird ber zwei Einzelmessungen bestimmt die beide unmittelbar vor der Montage des Probenhalters in der Probenkammer stattfinden Als Probenl nge ist jener Bereich des Drahtes definiert der durch die beiden Spannungsschneiden begrenzt wird Er wird mit einem Messkathetometer vermessen Zur Bestimmung des Durchmessers dient ein Lasermikro
50. er Probe der Strom durch die Probe sowie die von der Probenoberfl che emittierte Strahldichte mit einer Abtastrate von 10 MS s gemessen Aus diesen Messungen lassen sich die spezifische Enthalpie die spezifische W rmekapazit t und der spezifische elektrische Widerstand der Probe errechnen Um den Fortbestand dieser einmaligen Anlage zu sichern wurden einige Modernisierungsma nahmen durchgef hrt Das bestehende System der Datenerfassung wurde durch ein neues System ersetzt sowohl Hardware als auch Software Das bestehende Programm zur Datenauswertung wurde grunderneuert Ein Programm zur GUM konformen Berechnung der Unsicherheiten wurde erstellt Abstract At TU Graz a fast ohmic pulse heating system is used to investigate metals and alloys in the liquid state A cylindrical sample works as the predetermined breaking point of an electrical discharge circuit Heating rates of typically 10 K s are reached Vertical alignment along with experimental durations of about 50 us justify some fundamental approximations The volume expansion of the cylindrical spe cimen takes place only in radial direction Chemical interactions between the sample surface and the environment are considered negligible Energetic heat losses are considered negligible The voltage drop along the sample the current through the sample and the radiance emitted from the surface of the sam ple are measured simultaneously with a sampling rate of 10 MS s With these data one
51. erechnen Der Korrelationskoeffizient r a xj f r zwei Ein 11 2 F r r 0 sind die beiden Werte komplett unabh ngig voneinander Auch bei unkorrelierten z x liefert r x xj 0 Man spricht von unkorrelierten Gr en f r r z xj lt 1 und von vollst n dig korrelierten Gr en f r r x x nahe 1 Die Kovarianz der Sch tzwerte birgt also Information dar ber ob Abh ngigkeit zwischen den Eingangsgr en besteht 5 30 gangsgr en lautet r x zj Er gibt den Grad der Korrelation von x und z an 5 Messergebnis y f x Das Ergebnis wird berechnet indem man die Modellfunktion an den Sch tzwerten bildet Man erh lt einen Sch tzwert y f r die unbekannte Gr e Y 5 38 6 Kombinierte Standardunsicherheit a Im einfachsten Fall erh lt man durch Kombination der Standardunsicherheiten u x der einzelnen Sch tzwerte 21 die kombinierte Standar dunsicherheit ber ue y gt 27 ha 2 1 Der Sensitivit tskoeffizient 57 F beschreibt wie stark der Sch tzwert der Ausgangsgr e bei nde rung des Sch tzwertes der Eingangsgr e schwankt Gleichung 2 1 entspricht dem linearen Term einer Taylorreihenentwicklung von Y f X1 Im Fall einer nichtlinearen Modellfunk tion f sind die entsprechenden Terme dem Ausdruck f r u y hinzuzuf gen Im Fall korrelierter Eingangssch tzwerte erh lt man die kombinierte Standardunsicherheit aus
52. erte dem wissenschaftlichen Urteilsverm gen der Experimentierenden anderen Informa tionen z B Herstellerangaben oder sonstigen Quellen entspringt 9 S 12 Typ A und Typ B sind keinesfalls als konkurrierende Methoden sondern vielmehr als sich erg nzende Methoden zu verstehen Anmerkung W re Null f r unendlich viele Messungen 6Die Wahrscheinlichkeitsverteilungen welche die X charakterisieren sind per Definition so gew hlt dass x Erwartungs werte von X ist 9 5 11 3 Standardmessunsicherheit u x Die Standardmessunsicherheit ist ein Ma f r die Streuung der Sch tzwerte Die den Sch tzwerten zugeordnete Standardmessunsicherheit wird mit u z be zeichnet Sie leitet sich aus der Verteilung die der Eingangsgr e X zugrunde liegt ab Nach der Methode Typ A erh lt man die Standardmessunsicherheit aus der positiven Quadratwurzel der Varianz der Eingangsgr e u x yVar X Eine g ngige Angabe nach der Methode Typ B ist die Angabe einer oberen und unteren Schranke zwischen denen der Sch tzwert mit dersel ben Wahrscheinlichkeit auftreten kann In diesem Fall liegt eine Rechteckverteilung vor aus der sich die Standardmessunsicherheit ableiten l sst Die Standardmessunsicherheit u x ist f r jeden Sch tzwert x einer Eingangsgr e X separat zu erstellen 5 16 221 5 69 4 Korrelationen Ist im Vorfeld nicht auszuschlie en dass einzelne Eingangsgr en voneinander abh ngen so sind Kovarianzen zu b
53. gebnisse von allen ausgew hlten Experimenten vorhanden sind Entfernen des Hakens bei Options Enable Secure Temperature Selection erm glicht das Erweitern der Auswahl ber diesen Bereich hinaus MAPHS verwendet bis zu einer Anzahl von mindestens 3 Experimenten die herk mmliche Formel f r die Standardabweichung F r den Fall von nur 2 Datens tzen wird anstelle der Standardabweichung der halbe Abstand der beiden Werte voneinander genommen Mit einem Klick auf Continue wird die Auswertung der Unsicherheit unter Verwendung aller ausgew hl ter Datens tze gestartet und das Ergebnis wie in Abbildung AO Jund 41 auf Seite2 dargestellt Unterpunkte des Men Options Enable Secure Temperature Selection Entfernen des Hakens erm glicht die Berechnung der Un sicherheiten in Temperaturbereiche hinaus f r die nicht von allen Einzelexperimenten Daten exis tieren Show Temperature Steps used for fitting Gemeinsam mit dem Endergebnis siehe Abbil dung 40 und d Laut Seite 42 wird eine Graphik entsprechend Abbildung 42 Seite 43 erstellt Es handelt sich hierbei um die Verteilung der Messwerte in Abh ngigkeit von der Temperatur f r Datens tze aus HOTWIRE und MAPHS_R2 Rote senkrechte Balken beschreiben die Tempera turschritte an welchen die einzelnen Datens tze f r die Gegen berstellung linear gefittet werden Change Temperature Increment erlaubt es auf die in Abbildung 42 dargestellte Schrittweite Ein fluss zu nehmen Es erscheint ein E
54. gen Daten ber das Experiment ableiten 9 S 10 S 11 Die systematische Abweichung ist hnlich abstrakt wie der wahre Wert Sie ist definiert als das Messergebnis minus dem wahren Wert der Gr e minus der zu f lligen Abweichung Systematische Abweichungen haben einen vorhersehbareren Effekt und lassen sich oftmals kompensieren Dazu ist es notwendig der Abweichung eine beschreibbare Einflussgr e zuzuordnen zum Beispiel die temperaturabh ngige L ngen nderung eines Massbandes Die gesch tzte systematische Messabweichung wird als Korrektion vom Messwert subtrahiert S 11 46 Messunsicherheit ist definiert als Nichtnegativer Parameter der die Streuung derjenigen Werte kenn zeichnet die einer Messgr e auf der Grundlage der benutzten Information beigeordnet sind 9 S 12 Eine Messunsicherheit birgt blicherweise zahlreiche Eingangsgr en die der statistischen Verteilung einer Messreihe dem Erfahrungsschatz der Beteiligten oder anderen Informationsquellen entspringen k nnen 8 S 45 Die Messunsicherheit sagt etwas ber die Qualit t der Messung aus und gibt Auskunft dar ber in wel chem Bereich um den Messwert die gesuchte Gr e anzutreffen sein sollte Im Weiteren wird versucht darzustellen wie man zur vielzitierten Messgr e gelangt 2 3 2 Modus Operandi Die Struktur der Aufz hlung ist 5 38 entnommen 1 Modell Das der Umrechnung einer Messgr e zugrunde liegende Modell entspricht einer Mess
55. hatz ein wesentlicher Bestandteil der Unsicherheitsana lyse nach 32 Erweiterte relative Unsicherheit des Spannungsteiler Hei bei T 20 C k 2 8 erweiterte relative Unsicherheit gt 0 1 2 3 4 5 8 7 8 98 m 1i Eingangsspannung U_ein mV Abbildung 27 Erweiterte relative Unsicherheit des Teilungsverh ltnisses f r einzelne Messwertpaare in Abh ngigkeit von der Eingangsspannung Die Werte bis 2 5 V entsprechen den in Kapitel 3 1 3 1 dargestellten Messungen Die Werte dar ber sind simuliert und dienen der besseren Darstellung 4 5 Revision aller Signalwege W hrend der Umbauarbeiten wurde ein defektes Koaxialkabel aus dem Verkehr gezogen Optisch war an dem Kabel kein Mangel erkennbar Angeschlossen zwischen Funktionsgenerator und letztem bergabe punkt vor der Messkarte wurde die Ausgabe des Funktionsgenerators stark ver ndert am PC dargestellt sobald das Kabel bewegt wurde Dieses ern chternde Ereigniss erlaubt es s mtliche Steckverbindungen der Anlage in Frage zu stellen Als unmittelbare Konsequenz wird eine Revision s mtlicher Steckverbindungen der Signalwege emp fohlen Auch eine Revision der Signalwege selbst kann zumindest in Betracht gezogen werden 4 6 Unsicherheitsanalysen Das neue Werkzeug zur raschen Erstellung von Unsicheheitsanalysen ganzer Messreihen w rde bei spielsweise umfassende Betrachtungen bestehender Datens tze bei vert
56. ichen starten Unter Settings Plateau Parameters kann LEE die Voreinstellung zur Bestimmung des Schmelzplateaus festge legt werden Notwendig nur f r Datenauswertungen die mit HOT Voltage knife cold 0 2 0 5 1 2 5 10 Volt WIRE 2 1 oder lter erstellt wurden Settings View Parameters zeigt alle Parameter aus der Dokumentationsdatei von Current 0 2 0 5 1 2 5 10 Volt WIRE siehe Kapitel ausgelesen wurden Weitere anlagen 2 spezifische Konstanten sind in einer mat Datei abgelegt siehe Temperature 0 2 0 5 1 2 5 10 Voll Kapitel 4 1 1 Linker Mausklick auf Continue ffnet die Einga 5 beaufforderung der Messbereiche sofern diese nicht bereits zuvor ber den Men punkt Range eingegeben wurden Die Voreinstel lung der Messbereiche entspricht der optimalen Wahl f r das je weilige Signal Der korrekte Wert ist dem Laborprotokoll zu ent nehmen Abbildung 32 Messbereichseingabe Datenauswertung mit HOTWIRE 2 1 oder lter Das dem Experiment zugeordnete Pyrometersignal wird gesondert dargestellt Die Basislinie wird in einem aus HOTWIRE bernommenen Bereich Offset linear gefittet Dies entspricht einem Nullpunkt sabgleich des Pyrometers Eine verschiebbare Linie ist auf das vermeintliche Pyrometersignal zu setzen siehe Abbildung 33 Mit einem Klick auf Continue wird der Wert f r das korrigierte Spannungssi gnal am Schmelzpunkt bernommen und es finden alle Berechnungen der f r d
57. ie Unsicherheitsanalyse ben tigten Gr en statt Bun 2 File Settings H 240 Time us Abbildung 33 Definition des Schmelzplateaus Damit wird der Schmelztemperatur ein Pyrometersignal zugeordnet Aus dem ausgew hlten Wert der Pyrometerspannung und dem Fit der Basislinie l sst sich das korrigierte Pyrometersignal am Schmelzpunkt berechnen Dieser Spannungswert wird im Titel der Graphik eingeblendet 37 Datenauswertung mit HOTWIRE 3 7 oder h her Die ben tigte Information zum Pyrometersignal am Schmelzpunkt kann aus der Dokumentationsdatei von HOTWIRE entnommen werden Der in Abbildung 33 Seite 37 dargestellte Schritt entf llt Im Hintergrund finden alle Berechnungen der f r die Unsicherheitsanalyse ben tigten Gr en statt File Settings H Uncertainty analysis on nb170314b finished Use Menu Settings Output to specify the output E m s rj Ki KS 55 El a Time us Abbildung 34 Darstellung der Messdaten in den f r die folgende Auswertung interessierenden Berei chen Men Settings View Parameters stellt alle der Berechnung zugrundeliegenden Parameter dar siehe Abbildung 87 Output Data ffnet Auswahlfenster gem Abbildungen 35 auf Seite 39 Die f r die weitere Berech nung erforderlichen Daten sind vorausgew hlt und nicht durch den Benutzer abw hlbar Sie wer den bei Klick auf Continue gemeinsam mit einer getroffenen Auswahl optional
58. ingabefenster mit voreingestelltem Wert ist 2 Er bedeutet dass in dem Datensatz geringster Anzahl im Durchschnitt 2 Messwerte innerhalb dieser Temperatur schrittweite liegen Plot final results over all experiments f gt der in Abbildung 40 und 41 auf Seite 42 dargestellten Graphik noch s mtliche verwendete Einzelexperimente hinzu Average over all experiments by means of Die Werte f r die spezifische Enthalpie und den spezifischen elektrischen Widerstand werden ber alle Experimente gemittelt Dies kann sowohl gewichtet voreingestellt ber die Unsicherheiten geschehen als auch arithmetisch Dieser Men punkt bietet die entsprechende Auswahl an Set actual YAxis to Default Zu jedem Zeitpunkt der Auswertung kann der aktuelle Bereich der Y Achse als Startwert f r k nftige Auswertungen bernommen werden Export uncertainty by means of erm glicht die Auswahl ob die zu erzeugende Ausgabedatei nebst der Temperatur dem spezifischen elektrischen Widerstand der spezifischen Enthalpie und der Gesamtunsicherheit der letzten beiden Gr en auch noch die Unsicherheiten nach Typ A und enthalten soll Voreingestellt ist eine Ausgabe ohne Typ A und Typ Unsicherheiten Die Wirksamkeit s mtlicher hier aufgelisteter nderungen tritt nach erneutem Klick auf Continue in Kraft Mit dem Men File Export wird eine Ausgabedatei gem der in Options Export uncertainty by means of getroffenen Einstellung generiert Eine Beispie
59. ions Multimeter ber die Steckdosen im Farradyraum zu versorgen Es ist der Verteiler n her an der T r zu verwenden da bei Verwendung des anderen Verteilers ein st rendes 50 Hz Rauscherf der Mes sung berlagert ist Der Bereich der Eingangsspannung war zum Zeitpunkt der Kalibration noch Gegen stand aktueller Diskussionen Vielfach wurde eine Obergrenze von 2 Volt zitiert um die Widerst nde des Spannungsteilers nicht thermisch zu berlasten Andererseits wurde bereits 2012 von Schmon und Wilthan unter Bezugnahme auf die Leistungsklasse der Widerst nde eine Kalibration mit zeitlich scharf begrenzten Eingangsspannungen von bis zu 30 Volt erfolgreich durchgef hrt Diese Diskussion wird in Kapitel 4 2 vertieft 18 2 12 die Messergebnisse f r den hei en Spannungsteiler des neuen Systems Abbildung I2 auf Seite 19 zeigt die Messergebnisse f r den kalten Spannungsteiler des neuen Systems Die Teilungsverh ltnise beider Systeme sind Tabelle 2 auf Seite 18 zu entnehmen Die Kalibration des alten Systems hat die zuletzt 2012 von Schmon und Wilthan durchgef hrte Kalibration best tigt und wird daher nicht gesondert aufgef hrt F r das Programm zur Erstellung der Unsicherheitsanalyse ist eine Aussage ber die Genauigkeit des auf diese Weise gefundenen Teilungsverh ltnisses notwendig Die Messunsicherheit der Steigung der Aus gleichsgeraden nach GUM wurde nach bestimmt Die Standardunsicherheiten der
60. ire inductance per unit length 1 283 nH mm Averaged specific resistivity of wire at start of experiment 0 222 Abbildung 18 Bei der Auswertung von nb170314b asc in HOTWIRE verwendete Parameter als xml Da tei abgelegt Abbildung 19 Bei der Auswertung von nb170314b asc in HOT WIRE verwendete Parameter als log Datei abgelegt 23 3 3 Unsicherheitsanalyse Das neu erstellte Programm zur Erstellung der Unsicherheitsanalyse des Pulsheizkreises tr gt das mul tilinguale Akronym MAPHS Die Abk rzung steht sowohl f r die in Matlab erstellte Benutzerober fl che als auch f r die Betrachtung der Unsicherheit eines Experiments Aktueller Versionsstand ist MAPHS R2 Die Vorarbeiten zu diesem recht umfassenden Programm haben bereits im Rahmen einer Bachelor Ar beit stattgefunden Die Arbeit befasste sich haupts chlich damit den von Boris Wilthan im Rahmen von 4 erstellten Lab Talk Code nach Matlab zu bersetzen und eine lauff hige Routine zu erstellen die s mtliche ben tigten Parameter vom Benutzer einfordert die Analyse erstellt und in einem geeigneten Format das Ergebnis abspeichert Auch ein automatisches Generieren aller 40 Graphiken war anfangs mit eingebunden Darauf aufbauend wurde die Routine um eine Benutzeroberfl che erweitert und die bernahme von Parametern aus HOTWIRE wie in Kapitel 2 bereits erw hnt verfeinert Die Verbes serung der Benutzerfreundlichkeit und Anwendbarkeit ist ein steter niemals en
61. laubw rdigkeit steigt mit der Anzahl der Sch tzwerte Typ B befasst sich mit dem Hintergrundwissen rund um das Modell das dem Vergleich zugrunde liegt Im Beispiel der L ngenmessung ausgedr ckt bedeutet Typ B folgendes Ein Ma stab sei aus einem be stimmten Material bei bestimmten Umgebungsparametern hergestellt Temperatur Luftdruck Feuchtig keit Welchen Sch tzwert liefert dieser Ma stab angewandt bei anderen Umgebungsparameterr p Eine komplexe Unsicherheitsanalyse wird meist Betrachtungen beiden Typs beinhalten 9 S 12 Beispielsweise das in Serie Schalten eines Spannungsmessger tes Bis sich dieses Bewusstsein durchsetzt wird wohl noch viel Zeit vergehen Wikipedia verwendet in der deutschen Ausgabe beispielsweise noch das Wort Fehler In der englischen Sprache besteht dieser Konflikt nicht was erschwerend hinzukommt V Oder exakter ausgedr ckt Wie stark beeinflusst eine Ver nderung der Umgebungsparameter den Sch tzwert den der Ma stab liefert Eine Messung ist mit Unvollkommenheiten verbunden Diese haben eine Abweichung im Messergebnis zur Folge Man unterscheidet Abweichungen gem ihrer Art nach zuf lligen und systematischen Kom ponenten Der Einfluss einer zuf lligen Messabweichung l sst sich durch eine Vergr erung der Anzahl an Messungen verringern Ihr Erwartungswert ist Null P 5 111 Zuf llige Messabweichungen treten nicht nach einem vorhersagbaren Muster auf und lassen sich nicht aus den bisheri
62. ldatei mit allen Unsicherheiten ist in Listing auf Seite 44 dargestellt 41 Abbildung 40 Gemittelter spezifischer elektrischer Widerstand im Bereich der festen Phase Unsicher heit vom selbigen nach Typ A Typ B sowie die Gesamtunsicherheit des spezifischen elektrischen Wi derstandes Abbildung 41 Gemittelter spezifischer elektrischer Widerstand im Bereich der fl ssigen Phase Unsi cherheit vom selbigen nach Typ A Typ B sowie die Gesamtunsicherheit des spezifischen elektrischen Widerstandes uop1oA uoje q AYIM LOH Pun SHdVIN VU ue zp Sunppqqy aunjesaduay ooze 000 005 0096 00048 _ 0002 0080 CH Pat si yaiya 50815 ainjesaduuay ay ajeaipur pay 9102194 ze IP LEDZLQU VAI LEDZLQU SPLEDZLIY VIA Pp LEOZLAU fa P LEOZ LU WAL a ap LEDZLAU a SF LEDZLAU VIA Er LEDZLQU Pr LEDZLU WAL rLEDBLQU ErLEOBLAU YIN gr LEOSLAU ar LEOBLQU SPLEOBLIY IFLEOBLAU PFLEOBLAU PRLEOSLIY VIA ap LE0D8LAU ap LE08LAU YN 4 aunyesaduay 0092 0072 0022 0002 0081 0091 qr LEDZLQU ar LEDZLQU NAI Sy LEDZLQU LEDZLQU NIA PF LEDZLqU Pr LEDZLQU NIA 8p LEDZLQU
63. ll size slots 1 full size slots 1 half size slot 290g 1 2 ch up to 460g 4 ch dig sh 10 minutes 0 C 50 C 10 C 70 C 10 to 90 8 x SMB 8 x MMCX internal TIL compatible Low lt 0 8 V High gt 2 0 V 4 7 kOhm towards 3 3 V 0 5 V up to 5 5 V TIL compatible Low lt 0 4 V High gt 2 4 V 32 mA maximum current 32 bit 33 66 MHz 32 64 bit 33 133 MHz 3 3 V and 5 V I O 1 x1 x4 x8 x16 only and can not be used for other cards Power consumption max speed PCI PCI X PCI EXPRESS 33V 5v 33V 12V 21 40 0 256 MS memory 20A 11 21 40 1 256 MS memory 22 12 M2i 40x2 256 MS memory 25A 16A 16 M2i 4032 2 GS memory max power 36A 16 22A 21 40 8 256 MS memory 24 12 14 Max channels with Star Hub 5 5 5 16 55 55 55 516 21 40 0 5 16 85 271 21 40 1 10 32 170 542 M2i 40x2 20 64 340 1084 M2i 40x8 5 16 85 271 Certifications Compliances Warranty EMC Immunity Emission Product warranty Software and firmware updates Compliant with CE Mark Compliant with CE Mark 2 years starting with the day of delivery lifetime free of charge 200000 hours Abbildung 44 Technische Daten der Messkarte 21 4032 50 6 8112 6 Digit Prazisions Multimeter HM8112 3 HM8112 3S Alle Angaben bei 23 C nach einer Aufw rmzeit von 30 Minuten Gleichspannung Messbereiche HM8112 3 Mes
64. lz plateaus im Rahmen der Unsicherheitsanalyse ein zweites Mal durchf hren zu m ssen Damit wird die Qualit t der Unsicherheitsanalyse verbessert Werden der Schmelztemperatur in HOTWIRE und PHS unterschiedliche Werte des Pyrometersignals zugeordnet so hat dies einen Unterschied in den ver wendeten Temperaturskalen zur Folge Dieser Einfluss wird kleinstm glich gehalten sofern das dem Schmelzplateau zugeordnete Pyrometersignal nur einmal bestimmt wird Eine detaillierte chronologisch geordnete Aufz hlung aller nderungen ist Listing 6 im Anhang A 3 zu entnehmen beziehungsweise im Ordner HOTWIRE unter dem Namen change V3 m zu finden HOT WIRE l uft nun auch wie anfangs gefordert unter MATLAB R2012b lt hotwire gt lt date gt 20 Mar 2014 lt date gt lt time gt 12 56 06 lt time gt lt length gt 33 96 lt length gt lt diameter gt 0 507 lt diameter gt lt density gt 8570 lt density gt lt meltingtemp gt 2750 lt meltingtemp gt lt pyrometer gt 1570 lt pyrometer gt lt colfactemp gt 1450 lt colfactemp gt lt loadvolt gt 5382 lt loadvolt gt lt dividerhot gt 1045 1 lt dividerhot gt lt dividercold gt 310 02 lt dividercold gt lt calfaccurrent gt 4868 15 lt calfaccurrent gt lt startdata gt 0 lt startdata gt lt enddata gt 409 5 lt enddata gt lt startoffset gt 180 lt startoffset gt lt endoffset gt 227 lt endoffset gt HOTWIRE documentation file Date 20 Mar 2014 Time 12 56 06 Rawdata file
65. lzplateau und gesuchter Temperatur wie folgt C2 CHE GEERT 1 5 1 3 2 Spezifische Enthalpie Aus der thermodynamischen Definition der Enthalpie H U p V folgt mit Enthalpie innere Energie U Druck p Volumen V W rme die differentielle Form dH dU p dV V dp dQ V dp 1 6 Unter der Annahme eines isobaren Prozesses entspricht die nderung der Enthalpie Bezug auf die Ausgangsenthalpie bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck der zugef hrten W rmemenge W hlt man die Ausgangsenthalpie zu Null ergibt sich f r die spezifische Enthalpie H t Qs t 1 7 Die W rmezufuhr geschieht durch die durch den elektrischen Widerstand der Probe bedingte Umsetzung von elektrischer Energie in W rme Integration der elektrischen Leistung ber die Zeit bezogen auf die Probenmassd ergibt die der Probe zugef hrte spezifische Energie Qs t was nach der gesuchten spezifischen Enthalpie entspricht Masse des Teilst cks an dem der Spannungsabfall gemessen wird 1 E vo I t dt 1 8 m m Masse der von den Spannungsschneiden begrenzten Proben U t Spannungsabfall zwischen den Spannungsschneiden zur Zeit t I t Strom durch die Probe zur Zeit t Das Volumen der Drahtprobe erh lt man mittels Durchmesserbestimmung und L ngenmessung des von den Spannungsschneiden begrenzten Teilst ckes wie in Kapitel beschrieben Ein der Literatur entnommener Wert f r die Dichte f hrt be
66. meter 1 3 Berechnete Gr en 1 3 1 Temperatur Die Temperatur stellt die zentrale Bezugsgr e bei der ohmschen Pulsheizung dar Sie wird ber die Mes sung der spektralen Oberfl chenstrahldichte bestimmt wozu mehrere Strahldichtepyrometer zur Verf gung stehen je nach zu untersuchendem Temperaturbereich Im Folgenden wird dargestellt wie man aus dem Spannungssignal der Photodiode des Pyrometers die Temperatur der Probenoberfl che berech net Die spektrale Strahldichte eines Schwarzen K rper wird durch das Planksche Strahlungsgesetz 1 1 C1 1 Las A T s 5 52 1 mit c 27 h c und c E beschrieben A Plancksches Wirkungsquantum c Vakuumlichtge schwindigkeit kp Boltzmann Konstante Den Zusammenhang zwischen der Strahldichte eines ideali sierten Strahlers Ly s A und der eines realen Strahlers L stellt der spektrale Emissionsgrad La 1 2 1 500 ee eine bersicht der verf gbaren Pyrometer sei auf 4 verwiesen Der Einfachheit halber im Folgenden kurz Pyrometer genannt Idealisierter thermischer Strahler mit maximalem Emissionsverm gen Neben der Strahldichte der Oberfl che h ngt das Spannungssignal zus tzlich noch von den Transmis sionsfaktoren aller im Strahlengang befindlicher Elemente ab Ein Geometriefaktor ber cksichtigt den Einfluss der Messgeometrie ein begrenzter Teil der
67. meter Nach Abstecken der 4 Kan le und Best tigung mit Start beginnt die Offset Korrektur Dieser Vorgang kann einige Minuten dauern Mit dem Spectrum Control Center lassen sich unter anderem auch andere Firmware auf die PCI Karte laden oder Demo Karten einbinden 3 1 2 Software Zur Ansteuerung von 21 4032 stehen mehrere M glichkeiten zur Verf gung Zu den kommerziellen Produkten z hlen SBench6 von Spectrum GmbH und Dewesoft7 von Dewetron Alternativ stehen Trei ber unter anderem f r C C LabVIEW und Matlab zur Verf gung Von den gebrauchsfertigen M g lichkeiten schied SBench6 aufgrund der ungerechtfertigt hohen Anschaffungskosten auf Etwa eine Dekade 21 Oder ber die Verkn pfung am Desktop 2 Diverse Bugs die w hrend der Testphase auftraten waren zwar unsch n aber kein Ausscheidungsgrund 12 Card Support Versions About Details Information M2i 4032 sn 05770 RE Delete Democard Calibration Firmware Upgrade Install Feature Memory Test Transfer Speed Test d Quit L Abbildung 3 Spectrum Control Center Das Programm erlaubt eine einfache Offset Korrektur der vier analogen Eing nge Des Weiteren bietet es die M glichkeit neue Firmware auf die Messkarte zu laden oder Demo Karten einzubinden HI Calibration M2i 4032 sn 05770 Please disconnect all signals from the inputs and press the star
68. n des 1 ist man bei dieser Apparatur nicht interessiert Sie ist auf die Untersuchung thermophysikalischer Eigen schaften in der fl ssigen Phase optimiert 50 nach Ansteuerung von Ignitron 1 wird Ignitron 2 L schignitron geschalten Der Entladekreis wird kurzgeschlossen und die verbleibende Restener gie der Kondensatorbank wird Graphitst ben mit einem ohmschen Widerstand von 0 2 Q thermisch umgesetzt 1 2 Messgr en Die Erfassung der einzelnen Messgr en geschieht mit einer Abtastrate von 10 MS s Das bestehende Messdatenerfassungssystem umfasst zwei zweikanalige 12 bit AD Wandler Karten T1012 auf PCI Basis und ist als Transientenrekorder ausgef hrt Alternativ ist auch ein neues System mit einer vierka naligen 14 bit AD Wandler Karte 21 4032 Datenblatt siehe Anhang Seite 50 als Transientenrekorder ausgef hrt siehe Kapitel D Zum Schutz vor induzierten Spannungen befindet sich die Datenerfas sung in einer Messkabine die in ihrer Funktion als Faraday scher K fig auch einfach Faraday Raum genannt wird Von Kupferrohren die an die Au enwand selbigen Raumes geflanscht sind vor Induktion abgeschirmt werden die Messleitungen von den Entnahmestellen am Experiment bis an die Messrech ner gef hrt Das Potential der Messkabine ist ber Trenntransformatoren von jenem der Hauserde des restlichen Labors galvanisch entkoppelt 1 2 1 Spannung Der Spannungsabfall entlang der Probe wird ber zwei Einz
69. n linearity DNL lt 0 5 LSB ADC Internal clock accuracy 20 ppm Integral non linearity INL lt 1 LSB ADC Internal clock setup granularity lt 1 of range 100M 10M 1M 100k Offset error Gain error can be calibrated by user Internal clock setup granularity example range 1M to 10M stepsize lt 100k gt 1 0 MHz and lt 125 0 MHz 500 kS s to max see table below 5 4 ns 3 3V LVTTL compatible rising edge used Low lt 0 8 V High gt 2 0 V duty 45 55 0 5 V up to 3 8 V internally clamped to lt 1 of current value Reference clock external clock range Programmable input offset Crosstalk 1 MHz signal 50 Ohm term Crosstalk 1 MHz signal 1 MOhm term Input signal with 50 Ohm termination 200 of current input range External clock range lt 80 dB between any adjacent channels External clock delay to internal clock External clock type edge External clock input lt 65 dB between any adjacent channels max 5 V rms 50 Ohm 1 MOhm 25 pF Analog Input impedance External clock maximum voltage Over voltage protection range lt 1 V 5 V 3 3V 100 mA max clamping current Over voltage protection range gt 1 V 50V External clock output levels Low lt 0 4 V High gt 2 4 compatible Connector analog and trigger clock mm SMB male External clock output drive strength Capable of driving 50 ohm load Digital Inputs Option Digital inputs input impedance Digital inputs del
70. n vorgenommen werden oder die Messkarte vor bergehend f r andere Messungen als den Pulsheizkreis verwendet werden soll 3 1 2 1 Routine zur Aufzeichnung eines Experiments Set Trigger Low Durch Bet tigen der Set Trigger Taste am Triggergeneratol den Trigger auf TTL Low setzen Aufzeichnung scharf schalten In PHS4 vi die Taste Single anklicken In der Statusanzeige erscheint der Text Armed wait on trigger Set Trigger High Drahtexplosion ausl sen oder zu Testzwecken die Taste Resef am Triggergenera tor bet tigen Ein High Level TTL Signal wird generiert LabVIEW zeichnet ab diesem Zeitpunkt 4096 Datens tze bei einer Abtastrate von 10 MS s auf Die Messungen werden dargestellt und es erscheint eine Abfrage wohin die Messdatei gespeichert werden soll Speichern Der Aufforderung nach Auswahl eines Speicherortes ist auf die gewohnte Weise Folge zu leisten Am Ende einer Versuchsreihe bitte die Benutzeroberfl che durch Bet tigen der Taste Quit beenden In Kapitel und Kapitel wurde dargestellt dass der in Kapitel 3 1 gestellten Forderung nach Benutzerfreundlichkeit Gen ge getan wurde Das folgende Kapitel behandelt die G ltigkeit der mit der neuen Messkarte aufgezeichneten Datens tze 3 1 3 Reproduzierbarkeit der Messergebnisse Zielsetzung war es sowohl mit der alten Datenerfassung als auch mit der neuen Datenerfassung Draht proben von ein und demselben Material zu untersuchen Die Ergebnisse der Auswertung sollten ge
71. nden dass die unterschiedlichen Abhandlungen zur Angabe der Unsicherheit beim Messen wenn auch allesamt von JCGM publiziert nicht immer in der Begriffsbildung harmonieren So vermeidet GUM beispielsweise den Begriff des wahren Wertes Begr ndung siehe S 58 In weiterf hrenden Schriftst cken hingegen 9 5 8 ff wird dieser Begriff abermals aufgegriffen Auch stehen die Grenzen der Anwendbarkeit von GUM im Mittelpunkt einiger Diskussionen Nichtlinearit t des Modells Gau verteilung bei echten Ausrei ern weshalb damit zu rechnen ist dass sich diese Disziplin an einigen Punkten stets weiterentwickelt Die Verbannung des Begriffs Messfehler ist ein zentraler Pfeiler der Ideologie von GUM Ziel von GUM ist das Erstellen einer nachvollziehbaren Aussage ber die Unsicherheit einer Messung Der Auf fassung von GUM nach best nde ein Messfehler in der Verwendung einer nicht geeigneten Messvor 2 Das Wort Messfehler hat in wissenschaftlichen Publikationen nichts mehr verloren 5 51 Nach soll die Angabe ber Qualit t einer Messung nicht nur durch Mittelwert und Angabe ei ner Unsicherheit erfolgen Vielmehr sollen diese Gr en durch die Angabe eines Unsicherheitsbudgets erweitert werden Dies umfasst beispielsweise Herstellerangaben zu verwendeten Messger ten Erfah rungen aus der Beobachtung des Experiments und soll es Dritten erm glichen die Angabe der Unsi cherheit zu reproduzieren 9 S 1 In diesem K
72. neinander ist bei zueinander verschobener Temperaturskala nicht zielf hrend Um dieser Problematik zu entgehen wurden dem Pyrometersignal zugeordnete Werte f r Schmelzpla teau und Basislinie aus der Dokumentation der Origin Skripten ausgelesen und MAPHS hart 7 zur Verf gung gestellt ber diesen kleinen Umweg l sst sich nun die Abweichung der Unsicherheiten nach Matlab von jener nach Origin bezogen auf letztere ber der Temperatur darstellen wie anhand von Ni55Ti45 siehe Abbildung 22 und 23 auf Seite 28 dargestellt wurde Abweichung UOrigin Trotz dieser trickreichen Gegen berstellung kommt es bei manchen Vergleichen zu einem Versatz der Temperaturwerte wie in den Abbildungen 24 und 25 auf Seite sowie Abbildung 26 auf Seite dargestellt Eine Ursache hierf r konnte auch nach mehrmaliger intensiver Pr fung des Quellcodes von MAPHS nicht gefunden werden Zwar kratzt diese Unstimmigkeit sanft am Glanze des Gesamtkunst werkes doch hat sie letztendlich auf das Endergebnis unmerklich Einfluss Um das zu veranschaulichen rufe man sich die Gr e der vorliegenden Abweichung sowie die Tatsache vor Augen dass ber mehrere Einzelexperimente gemittelt und zuletzt mit vorgegebener Schrittweite linear interpoliert wird 30Das hei t Direkt ber den Quellcode und nicht ber die Benutzeroberfl che 27 MAPHS_R2 vs Wilthan nit0911 0 020 0 019 MAPHS Eee Wilthan 0 018
73. orgehensweise zu erstellen hat Diese gemessenen Gr en bilden wiederum die Eingangsgr en von beispielsweise dem spezifischen elektrischen Widerstand Abermals ist die Vorgehensweise von GUM anzuwenden wobei hier im Umgang mit Korrelationen Vorsicht geboten ist Die Unsicherheitsanalyse des Pulsheizkreises wurde im Rahmen der Dissertation von Boris Wilthan siehe 4 S 72 ff Kapitel 7 erarbeitet Auf ihr fu t das in Kapitel D Mund im Anhang A 1 dargestellte Programm MAPHS F r eine detailierte Betrachtung der einzelnen Messgr en errechneten Gr en und sonstiger Einfl sse sei auf das eben genannte Werk verwiesen wie folgt Tabelle 1 Querverweise auf 4 Analyse Seite Messkarte 73 ff Literaturwerte 75 f Temperatur 76 ff Strom 96 ff Spannung 106 ff L nge 119 Durchmesser 119 Spez Enthalpie 119 ff Spez el Widerstand 140 ff Das sind u a spezifischer elektrischer Widerstand spezifische Enthalpie spezifische W rmekapazit t 10 3 Modernisierungsma nahmen Das bestehende System zur Datenerfassung stammt aus den sp ten Neunzigern des letzten Jahrtausends und musste aus Gr nden der Ausfallsicherheit und Verf gbarkeit des ohmschen Pulsheizkreises erneu ert werden Es besteht aus einem Computer mit dem Betriebssystem Windows 98 zwei zweikanaligen Messkarten T1012 sowie der Software Insight v3 28d von intelligente Messtechnik GmbH Der Messrechner verf gt aus Sicherheitsgr nden ber keine Ne
74. ot entspricht den Anforderun gen im Normalbetrieb der Pulsheizanlage Mem bezeichnet die Anzahl der Messpunk te Internal Clock PLL Sampling Rate kHz Reference Clock kH 5 10000 10000 DI Clock Output Clock Terminatio External Divider 52 Abbildung 7 Zeitreferenz Default interne Uhr External TTL Trigger External Trigger Channel Trigger _HighLevel Pos Eige e SR Level 0 2 0 Levell 40 Ch Pw 52 Trig Terminatio Trig Output Trigger Delay Samples 0 Abbildung 8 Trigger Voreinstellung Ein gang des externen Triggers Ein High Le vel TTL Signal startet die Aufzeichnung Abbildung 9 Auswahl der Messbereiche 200 mV 500 mV und 10 V 1 42 45 Abbildung 10 Loop fortlaufende Darstellung der Messwerte Single einzelne Aufnahme von 4096 Datens tzen Etwaige Unsicherheiten in der Zeitmessung haben keinen Einfluss auf die Qualit t des Experiments da alle gemessenen wie errechneten Gr en auf die zu jedem Zeitschritt gemessene Temperatur bezogen werden Diese Messkarte erm glicht eine Abtastrate von bis zu 50 MS s Da jedoch die Reaktionszeiten der in den Pyrometern verwendeten Photodioden weit darunter liegen bleibt der Wert der Abtastrate wie bisher auf 10 5 5 undefinierter Trigger Zustand Eingang nicht beschaltet l st ebenfalls ein Triggerereignis aus Dies ist zu beachten wenn provisorische Umbauma nahme
75. per zum manuellen Setzen anlagenspezifischer Konstanten Ein Backup der alten def_var_UAPHK mat wird w rmstens empfohlen Standardmessunsicherheit des Schmelzpunktes 1 dTm Unsicherheit der Ableitung des Stroms dddIdtO Unsicherheit des Spannungssprungs ddUs erweiterte Messunsicherheit des Teilungsverh ltnisses des Spannungsteiler hei k 2 dNh old Messunsicherheit des Teilungsverh ltnisses des Spannungsteiler hei neuer PC dNh new erweiterte Messunsicherheit des Teilungsverh ltnisses des Spannungsteiler kalt k 2 old Messunsicherheit des Teilungsverh ltnisses des Spannungsteiler kalt neuer PC dNc neu Unsicherheit durch Skineffekt Rechteckverteilung dTskin Kalibrationsfaktors K aus Kalibrationspolynom K Unsicherheit des Kalibrationsfaktors K aus Kalibrationspolynom dK 2 Plankschen Konstante c2 c2 Unsicherheit der 2 Plankschen Konstanten c2 dc2 Unsicherheit durch Ausrichtung des Pyrometers Rechteckverteilung dTausr Unsicherheit des Kalibrationsfaktors aus dem Kalibrationsschein deltaK def dTm 10 def dddlIdtO 0 1 def ddUs 0 1 def dNh old def dNh new def dNc old def dNc new def dTskin 1 def K 1 def dK 0 08 def dTausr 3 def c2 0 0143879 def dc2 10 7 def deltaK 0 02465 C JP uisave def dTm def dddIdtO def_ddUs def_dNh_old def_dNh_new def dN
76. r die Zylindergeometrie zur gesuchten Masse m 1 3 3 Spezifischer elektrischer Widerstand A t UM t r p t R t O Wp 4 100 1 9 p t spezifischer elektrischer Widerstand R t ohmscher Widerstand A t Querschnittsfl che der Probe I t L nge des Probensegments d t Durchmesser der Probe Die Auswertung der relativen radialen Expansion geschieht separat zur Bestimmung von Strom Span nung und Strahldichte und ist deshalb nicht Bestandteil der Modernisierungsma nahmen Sie ist bei spielsweise in dokumentiert Die vorliegende Arbeit bezieht sich auf den volumenunkorrigierten spezifischen elektrischen Widerstand Dieser bezieht sich auf das Probenvolumen vor dem Pulsheiz experiment bei Raumtemperatur Durchmesser do und L nge lo _ U d r Tis L 1 10 2 Unsicherheitsanalyse nach Die Messunsicherheit eines Messergebnisses ist ein Ma f r die Qualit t der Messung GUM ist eine in ternational anerkannte Operationsvorschrift zur Auswertung und Darstellung von Unsicherheiten GUM steht f r Guide to the evaluation of uncertainty in measurement n here Begriffserkl rung folgt in Ka pitel 2 2 In dieser breiten Akzeptanz von GUM liegt auch der gro e Vorteil Forschungsergebnisse sind besser miteinander vergleichbar wenn ihre Unsicherheitsangaben nach einem gemeinsamen Regelwerk erfolgen 2 1 Einleitung Die Messtechnik befasst sich mit dem Erfassen und Darstellen physikalischer
77. retbarem Aufwand erm glichen Dies k nnte Aufschluss dar ber geben wie gut die bestehende Theorie anwendbar ist auf Reinmetalle Legierungen 33 4 7 nderungen HOTWIRE Im Zuge aktueller Forschung Schmon metallischen Gl sern blockierte eine Sicherheitsabfrage HWeval nf die Datenauswertung Abgefragt wird der mittlere Strom durch die Probe siehe Listing auf Seite 34 Unterschreitet dieser einen f r klassische Metalle empirisch festgelegten Wert so ist von einem korrupten Datensatz oder einem missgl ckten Experiment auszugehen Wird ein Material verwen det das weniger Energie f r die Schmelze ben tigt so ist diese Abfrage zu entfernen siehe Listing 3 auf Seite 34 Diesen manuellen Eingriff in den Quellcode durch eine w hlbare Option im Men zu ersetzen w re eine berlegung wert Listing 2 Sicherheitsabfrage nach mittlerem Strom aktiv if dat delay 1 dat delay stop lt start dat delay gt dat eoe mean Is lt 300 Jwrong data format Listing 3 Sicherheitsabfrage nach mittlerem Strom deaktiviert if dat delay 1 dat delay stop lt start dat delay gt dat eoe 1 Nachfolgende Abfrage auskommentiert fiir Glas mean Is lt 300 Jwrong data format im Programmordner HOTWIRE enthalten 34 Anhang A 1 5 2 Bilderbuchleitfaden R2 File Options
78. s 4 Wie man die se Datei nach einem Umbau der Anlage oder erneuter Kalibration aktualisieren kann beschreibt Kapitel Die Beitr ge der Messkarten setzen sich zusammen aus einem Beitrag der Analog Digital Wand lung Spannungsmessung sowie einem Beitrag der Digitalisierung Die Verteilungen entsprechen einer Rechteckverteilung Die Werte f r die Unsicherheiten sind Tabelle 4 auf Seite 25 zu entnehmen Die Messunsicherheits Analyse des PulsHeizSystems beziehungsweise Measurement uncertainty Analysis of the Pulse Heat System 24 Unsicherheit durch Spannungsmessung und die Unsicherheit durch die Digitalisierung setzen sich wie in Gleichung 4 3b dargestellt zusammen Tabelle 4 Messbereiche und Unsicherheiten der Messkarten MB Messbereich MW Messwert Bei der Angabe der Aufl sung ist ein Bit f r das Vorzeichen verwendet Unsicherheit durch die AD Wandlung Messbereich T1012 21 4032 0 4 lt 1 MW 0 1V 0 4mV 0 2V 0 8mV 0 5V 2mV 1V 4mV 2V 8 mV 5V 20 mV digitale Aufl sung Messbereich T1012 21 4032 12 bit 4096 14 bit 16384 0 1V 0 0244 mV 0 2V 0 0488 mV 0 0122 mV 0 5 V 0 1221 mV 0 0305 mV 1V 0 2441 mV 0 0610 mV 2V 0 4883 mV 0 1221 mV 5V 1 2207 mV 0 3052 mV 10V 0 6104 mV Nach durchgef hrter Unsicherheitsanalyse eines einzelnen Experiment kann der Benutzer aus s mt lichen f r die Unsi
79. s die fl ssige Metalls ule m glichst lange in derselben Form beobachtbar ist In der Probenkammer l sst sich eine geeignete Gasatmosph re kon stanten Drucks aufrecht erhalten Die Kondensatorbank Gesamtkapazit t 500 uF wird ber einen Hochspannungsgenerator auf 3 kV bis 10kV geladen Die Ladespannung variiert je nach elektrischen und geometrischen Eigenschaften der Probe und ist nach unten hin durch die Z ndspannung der Ignitrong begrenzt Qecksilberdampfgleichrichter mit Quecksilberteichelektrode Wird hier als Schalter f r hohe Spannung bei hohem Strom verwendet Herzst ck der Prozesssteuerung sind TTL Impulsgenerator und zwei Krytrong Am Impulsgenerator sind 4 Triggerzeitpunkte einstellbar die den Start der Datenerfassung siehe 3 1 der Expansionsmes sung sowie die Schaltzeitpunkte der beiden Krytrons festlegen Letztere dienen dazu die beiden Igni trons zu schalten welche bis zu 100 kA innerhalb 0 5 us bei einer Durchbruchspannung von ber 50 kV zu schalten verm gen 4 Durch das Schalten von Ignitron 1 Startignitron wird die Kondensatorbank ber den Probendraht entladen Der dabei entstehende Strompuls bewirkt eine Erw rmung der Probe durch ihren elektrischen Widerstand und f hrt zu Erw rmungsraten von bis zu 108 5 1 5 10 Innerhalb weniger Mikrosekunden steigt der Strom auf seinen Maximalwert Die Probe verfl ssigt und wird anschlie end in die gasf rmige Phase bergef hrt An einem Aufrechterhalte
80. sbereiche HM8112 3S Eingangswiderstand 0 1V 1V 10V 100V 600V 0 1V 1V 10V 100V 2160 10 0 Errechnet aus angezeigter Wert Messbereich f s 0 1V 1 0V 10V 100V 600V Genauigkeit 1 Jahr Messbereich rdg DIV 0 005 1 0V 0 003 10 0V 0 003 100 0V 0 003 600 0V 0 004 Integrationszeit Anzeigeumfang 600V Bereich Aufl sung Nullpunkt Temperaturdrift Langzeitstabilit t Wechselspannung Messbereiche HM8112 3 Messbereiche HM8112 3S Messmethode 23 C 42 C Temp Koeffizient 1 5 10 21 25 40 C 0 0006 0 0008 0 0006 0 0008 0 0006 0 0008 0 0006 0 0008 0 0006 0 0008 0 1s 1 60s 120 000 Digit 1 200 000 Digit 60 000 Digit 600 000 Digit 100 nV besser als 0 3 yV C besser als 31V Uber 90 Tage 0 1V 1V 10V 100V 600V 0 1V 1V 10V 100V echter Effektivwert mit DC Kopplung oder mit AC Kopplung nicht im 0 1 V Bereich Eingangswiderstand im Messbereich 0 1V und 1V 10 600V Einschwingzeit Genauigkeit 16011 60pF II 60 pF 1 5sec bis 0 196 vom Messwert F r Sinussignal gt 5 f s Errechnet aus angezeigter Wert rdg Messbereich f s 23 2 f r 1 Jahr Technische Daten Genauigkeit errechnet aus rdg f s 1 Jahr 23 C 2 C Temp Koeffizient C Messbereich rdg f s 10 21 C 25 40 C 1000 0 005 0 0015 0 0008 0 0008 0 005 0 001 0 0008 0 0008 10 0 0 005 0 001 0 0008 0 0008 100
81. t button to start the automatic offset calibration 0 Quit Abbildung 4 Aufforderung zum Freischalten der vier analogen Eing nge vor dem Start der Offset Kor rektur Die Zuordnung der Kan le zum Pulsheizkreis verl uft analog zur bestehenden Anlage Ch0 Ch1 Ch2 I Ch3 Pyrometer Die Anschaffungskosten von Dewesoft7 liegen bei etwa 20 von jenen fiir SBench6 Dewesoft7 ist die ideale Oberflache fiir online Aufzeichnungen bei geringerer Abtastrate Fiir den Pulsheizkreis ist es aber 13 erforderlich Daten nicht online sobald sie generiert werden sondern paketweise nach erfolgter Auf zeichnung aus dem Speicher der Karte auzulesen Der Versuch eine Datenmenge dieser Gr e online auszulesen scheitert bei einem handels blichen Rechner an der Limitierung durch das BUS System Es ist ohne weiteres m glich die wenigen ben tigten Daten mit Dewesoft7 aufzuzeichnen doch endet eine jede Einzelmessung in einer Fehlermeldung was aus sthetischen Gr nden nicht akzeptabel ist Un ter den M glichkeiten die sich durch die erst k rzlich kostenlos ver ffentlichten Treiberpakete von Drittanbietern offenbarten fiel die Wahl auf LabVIEW Im folgenden sei die Datenaufzeichnung mit LabVIEW beschrieben Labview starten PHS4 vi starten Button Run anklicken Es erscheint die Benutzeroberfl chd 4 wie in folgender Abbildung Seite 14 zu sehen ist
82. t range in steps of 1 Int PLL int quartz ext clock ext divided ext reference clock sync 50 Ohm high impedance gt 4kOhm 50 Ohm high impedance gt AkOhm Channel Extern SW Auto Window Pulse Re Arm Or And Delay 10 bit resolution 1 1024 to 1023 1024 of input range Rising edge falling edge or both edges O to 64k 1 samples in steps of 1 sample O to 64k 1 samples in steps of 1 sample 8 up to installed memory number of active channels in steps of 4 up to BG 4 samples in steps of 4 8 up tolinstalled memory 2 active chan nels in steps of 4 O up to Bk samples number of active chan nels 16 1 up to 64k 1 in steps of 1 2 up to Bk 2 in steps of 2 Any 1 2 or 4 channels Environmental and Physical details Dimension PCB only Width Standard or star hub 5 Width star hub 16 Width with digital inputs Weight depending on options channels Warm up time Operating temperature Storage temperature Humidity BaseXIO Option Connector extra bracket BaseXIO input BaseXIO input impedance BaseXlO input maximum voltage BaseXlO output levels output drive strength PCI PCI X specific details PCI PCIX bus slot type PCI PCLX bus slot compatibility PCI EXPRESS specific details PCle slot type PCle slot compatibility Some x16 PCle slots are for graphic cards 312 mm x 107 mm full PCI length 1 full size slot 2 fu
83. tungssoftware HOTWIRE veranlasst Das bestehende Programmpaket zur Erstellung der Unsicherheitsanalyse des Pulsheizkreises siehe 4 von Boris Wilthan ist seit einem Origin Update nicht mehr vollst ndig ausf hrbar Das Programmpaket besteht aus mehreren Labtalk Skripten und Origin Tabellen die nach einem vorgegebenen Leitfaden zu l schen bef llen und auszuf hren sind Im Bereich der Benutzerfreundlichkeit besteht Verbesserungs potential Als unmittelbare Konsequenz wurde eine Neugestaltung der Software zur Unsicherheitsanalyse des Puls heizkreises veranlasst Diese drei Ma nahmen sind Inhalt des vorliegenden Kapitels 3 und stellen den Schwerpunkt dieser Masterarbeit dar 11 3 1 Datenerfassung Das Gesamtpaket der Datenerfassung hat drei Anforderungen zu erf llen Benutzerfreundlichkeit Die Bedienung hat m glichst einfach und benutzerfreundlich zu sein Reproduzierbarkeit Die Messergebnisse m ssen reproduzierbar sowohl mit sich selbst als auch im Vergleich zur bestehenden Datenerfassung sein Kompatibilit t Die Ausgabe der Datenerfassung hat kompatibel zur bestehenden Datenauswertung HOTWIRE siehe und zum bestehenden Programm zur Unsicherheitsanalyse MAPHS sie he 3 zu sein Das zentrale Element der nderungsma nahmen der Datenerfassung ist der 14 Bit Transientenrekorder 21 4032 von Spectrum GmbH Die PCI Karte wurde bereits 2009 von der Arbeitsgruppe Thermophysik angekauft und erwies sich als geeignet um
84. tur K 4500 MAPHS Re vs Wilthan w5r1607c 5000 Wilthan MAPHS Temperatur K 4500 Abbildung 25 Vergr erte Darstellung vonp4 5000 MAPHS_R2 vs Wilthan 1504 Messunsicherheit um 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 Temperatur K Abbildung 26 Gegen berstellung der nach beiden Methoden errechneten Messunsicherheiten des spe zifischen elektrischen Widerstandes von Ag72Cu28 30 4 Ausblick 4 1 nderungen an MAPHS_R2 4 1 1 Anlagenspezifische Konstanten Die Datei def var UAPHK mat beinhaltet alle anlagenspezifischen Konstanten und befindet sich im Programmordner MAPHS_R2 Sie ist beispielsweise nach einer Neukalibration der Spannungsteiler wie in Kapitel 3 1 3 1 beschrieben anzupassen Im Programmordner MAPHS_R2 steht eine einfache Routine zur Verf gung die dem Benutzer das Ab ndern besagter Datei erleichtert Sie ist im Anhang als Listing 5 auf Seite 5 4 1 2 Bestimmung der Masse Zur Bestimmung der Masse der Drahtprobe stehen ein Messkathetometer zur Langenmessung sowie ein Lasermikrometer zur Durchmesserbestimmung zur Verfiigung Sollte an diesem Equipment etwas ge ndert werden oder aus anderen Gr nden eine Neubewertung der Unsicherheiten dieser Messungen erfolgen so sind die neuen Werte an MAPHS zu bergeben Selbiges gilt wenn die
85. twire folder HWsystem Ln44 changed value of cd pathname to settings startpath Ln54 changed value2 of HWeval loaddata filename to pathname filename 11184 changed value of cd pathname to settings startpath Ln187 changed value2 of HWeval loaddata filename to pathname filename Ln191 changed value2 of HWeval savedocfile filename to pathname filename Ln 547 changed value of cd pathname to settings startpath Version 3 3 This upgrade considers the output of the docfile as to create a link between HOTWIRE and MAPHS that can easily be manipulated by the user E g to check influence of some input parameters on the uncernity by simply varying them HWeval Ln 511ff after the line case savedocfile Most variables written to the log file are also copied to the xml file Who Version 3 4 MAPHS can be called out of HOTWIRE after calculating a complete dataset i e after doing volt corr and temp corr HWlanguage Ln 182 Save amp MAPHS added HWgerman Ln 85 Speichern amp MAPHS added HOTWIRE Ln 166 fe fl menu file savenmaphs added HWsystem Ln995 115 11 file savenmaphs Enable on added Ln198 ease menufilesavenmaphs added 1173 set fig
86. tzwerkverbindung Zur rauscharmen Si gnalverarbeitung befindet sich die Datenerfassung in einem Faraday Raum Zur Langlebigkeit des Be triebssystems wird auf eine Internetverbindung verzichtet Daher ist auch ein USB Datenspeicher zu den Komponenten des bisherigen Messsystems anzuf hren Der Hersteller der verwendeten Hard und Software existiert nicht mehr somit gibt es keinen technischen Support der n tig w re wollte man die Messkarten eventuell unter einem zeitgem en Betriebssystem zur Anwendung bringen Beachtet man das verwendete Betriebssystem so ist ersichtlich dass selbst ein Defekt des USB Datenspeichers alleine gro en Aufwand nach sich ziehen w rde Als unmittelbare Konsequenz wurde die Erneuerung der Datenerfassung veranlasst Das bestehende Programm HOTWIRE von Sachsenhofer Franz siehe 5 zur Auswertung der Mess daten stammt aus dem Jahre 2000 und weist Kompatibilit tsprobleme zu zeitgerechter Software auf Der Programmcode l sst sich nur mit Matlab Version 4 oder lter ausf hren Diese Matlab Version erfordert ein Betriebssystem Windows XP oder lter Der Zentrale Informatikdienst der TU Graz stellt den Betrieb von Windows XP mit 2014 ein F r die der Datenauswertung nachgeschalteten Unsicherheitsanalyse sind zus tzliche in HOTWIRE verwendete aber noch nicht nach au en gef hrte Parameter erforderlich um m glichst genaue Ergebnisse zu erzielen Als unmittelbare Konsequenz wurde eine berarbeitung der Datenauswer
87. uiFun m im Programmordner MAPHS_R2 mit Matlab ffnen Mit der Suchfunktion nach dTeff suchen In der if Abfrage auf die die Suchfunktion verweist ist die Variable dTeff entspre chend den beiden gegebenen Beispielen einzubinden In der 5 Zeilen sp ter folgenden if Abfrage ist das neue Pyrometer entsprechend den gegeben Beispielen einzubinden Viel Gl ck 31 4 2 Kalibration der Spannungsteiler Der Gro buchtabe U wird in Unsicherheitsbetrachtungen gerne f r die erweiterte Messunsicherheit ver wendet Deshalb wird in diesem Kapitel anders als in Kapitel 3 1 3 1 Eingangsspannung Uejn und die am Transientenrekorder gemessene Spannung Upe gem der englischen Nomenklatur mit einem V bezeichnet also Vein und Nee Wie bereits in Kapitel 3 1 3 1 erwahnt war der Bereich der an die Span nungsteiler angelegten Spannung Gegenstand heftiger Diskussion Betrachtet man die Steigung K einer Geraden die sich aus nur einem einzigen Messpunkt Eingangs spannung Spannung am Messrechner und dem Nullpunkt ergibt so lasst sich fiir die Unsicherheit dieser Steigung eine GUM konforme Abschatzung aufstellen 4 1 2 022 E ema ln am 4 2 Die Unsicherheit der Eingangsspannung u V setzt sich zusammen aus der Eichunsicherheit ugicn 0 003 96 siehe Abbildung 45 auf Seite und einem Temperaturkoeffizienten UTemp 2 4mV Wie f r Messger te blich wird von einer Rechteckverteilung ausgegangen Die Unsicherheit der mit M2i
88. ung 5 Seite D Abbildung 16 auf Seite 22 als auch in der fl ssigen Phase siehe Abbildung 15 auf Seite 21 und Abbildung 17 auf Seite 22 ist die ber einstimmung der mit dem neuen System erhaltenen Enthalpie mit jener aus der Literatur zufrie denstellend Der Einfluss des Experimentators seine Erfahrung im Umgang mit der Anlage und nicht zuletzt die begrenzte Anzahl an Experimenten die zur Gegen berstellung herangezogen wurden sollten ber cksichtigt werden ehe dem Offset der mit dem alten System erhaltenen Enthalpie zuviel Gewicht beigemessen wird 18 V U_ein Abbildung 12 Kalibration des Spannungsteiler kalt Die Steigung der Ausgleichsgeraden entspricht dem Teilungsverh ltnis Spannungsteiler Kalt neuer PC 11 03 2014 Equation Weight Residual Sum of Squares Pearson s r Adj R Square U_ein y a b No Weighting 1 75069E 4 0 99997 0 99994 Intercept Slope Value Standard Error 0 0025 0 00364 0 3102 8 68593E 4 U_pc mV Tabelle 3 Ergebnisse der Spezifischen Enthalpie f r Niob Spezifische Enthalpie in Referenz Neues System Altes System fest fl ssig 248 023 0 380 T 1790K lt T lt 2745 K 129 387 0 466 2745K T 3700K 241 535 0 378 T 1784K lt T lt 2417 K 109 876 0 471 T 2947K lt T lt 3727K 19 259 201 0 395 T 1791K lt T
89. vorschrift Es ist zu Beginn der Unischerheitsanalyse aufzustellen In dieses Modell flie en Rohda ten Daten aus anderen Arbeiten Literaturwerte Umgebungsparameter etc 9 S 10 11 Die Aus gangsgr e ist gegeben durch die Funktion f der Stelle der Eingangsgr e f X1 wobei die N Eingangsgr en X nicht bekannt sind Die X werden durch Bereiche beschrieben in denen die Werte nicht berall dieselbe Wahrscheinlichkeit auf Realisierung haben m ssen Das verwendete Stilmittel der Mathematik ist die Wahrscheinlichkeitsverteilung die in der Messtech nik oft als Rechteckverteilung ausgef hrt ist In diesem Fall haben die Eingangsgr en X inner halb eines definierten Bereiches tats chlich alle dieselbe Chance auf Realisierung 5 691 9 5 111 2 Sch tzwerte x Zu ermitteln sind Sch tzwerte x der Eingangsgr en X welche durch den Erwartungswert E einer Verteilung x E X repr sentiert werden Ist die Annahme einer Gau verteilung gerechtfertigt so entspricht der Erwartungswert dem mittleren Anzeigewert 0 12 Die Sch tzwerte x entstammen wiederholten Messungen Zertifikaten Herstellerangaben F r den Informationsgewinn ber die Eingangsgr en gibt es zwei unterschiedliche Zug nge Das wiederholte Anzeigen von Messwerten definiert die Ermittlungsmethode Typ A es stellt einen Zugang ber die Statistik dar Typ beschreibt einen Zugang bei dem das Wissen um die Sch tzw
90. werden Die Kalibration der Spannungsteiler erfolgt nach einer einfachen Routine Anlagenseitig wird an der Anschlussstelle der Probenkammer HV BNC male eine Konstantspannungs quelle angeschlossen und deren aufgepr gte Spannung Uein mit einem Pr zisions Spannungsmessger t 65 Digit Pr zisions Multimeter HM8112 aufgezeichnet Die an der 21 4032 anliegende Spannung Upc wird als ASCII Datei gespeichert Eine zuvor erstellte ASCH Datei im Anlagenzustand Eingang 0 Volt dient zur Offset Kalibration Dies ist vor allem wichtig bei Verwendung des alten Messsys tems Das neue System verf gt zwar wie in Kapitel 3 1 1 dargestellt ber eine komfortable M glichkeit der Offset Kalibration durch den Benutzer doch zugunsten der Konsistenz der verwendeten Messroutine wird hier ebenfalls eine Nullpunktsmessung durchgef hrt Stellt man nun die Eingangsspannungen ber den Ausgangsspannungen graphisch dar so l sst sich ber eine Ausgleichsrechnung eine Ausgleichsge rade finden Deren Steigung entspricht dem Teilungsverh ltnis der effektiven Spannungsteiler Folgendes ist bei der Durchf hrung der Messreihe zu beachten Die Spannungsversorgung der im Fara dayraum befindlichen Messger te erfolgt ber Trenntrafos Die Masse des Faradayraums und die Hau serde der Schukostecker des restlichen Labors liegen nicht auf demselben Potential Um den st renden Einfluss einer Potentialverschleppung zu verhindern sind Konstant Spannungsquelle und Pr zis

Modernisierung einer ohmschen Pulsheizapparatur zur Bestimmung

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