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Baumgartl, Hanna;
Optimierung dynamischer Waagen nach dem Prinzip der elektromagnetischen Kraftkompensation mittels numerischer Modelle zur Systemsimulation, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: XII, 154 S., 11,18 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015
Parallel als Druckausg. erschienen

Der Einsatz von elektromagnetisch kraftkompensierten Waagen (EMKW) in der dynamischen Wägetechnik vereint die Forderung nach hohen Auflösungen bei guter Reproduzierbarkeit mit der nach möglichst geringen Messzeiten. Um diesen ambitionierten Zielen gerecht werden zu können, bedarf es EMKW, welche in ihren Komponenten und deren Zusammenspiel hinsichtlich ihrer dynamischen Eigenschaften optimiert sind. Diese Optimierung kann experimentell oder auf numerischem Wege erfolgen, wobei letztere Variante den großen Vorteil birgt, dass die zeitaufwändige und teure Fertigung von Prototypen entfällt. In dieser Arbeit werden zwei Herangehensweisen zur Modellerstellung für die Optimierung einer dynamischen EMKW vorgestellt: Auf Basis der Modellierung der Mechanik mittels eines Starrkörpermodells sowie mittels eines FEM-Modells. Diese mechanischen Modelle werden mit Modellen für die übrigen Komponenten in Form von Kennlinien und Übertragungsfunktionen zu je einem Gesamtmodell verknüpft, welches das komplexe Verhalten des mechatronischen Systems EMKW sowohl im offenen als auch im geschlossenen Regelkreis sehr gut abbildet. Um die Fertigung von Prototypen umgehen zu können, lag besonderes Augenmerk darauf, das Verhalten sämtlicher Komponenten anhand von Simulationen beschreiben zu können. Hierfür wurden insbesondere Methoden zur Abbildung höherer Schwingungsformen in Starrkörpermodellen durch gezieltes Einbringen von Zusatzgelenken und Federsteifigkeiten, sowie die Modellierung der Systemdämpfung durch Wirbelströme untersucht. Darüber hinaus konnte eine allgemeine Faustregel zur geeigneten Wahl der Schrittweitensteuerung ermittelt und erprobt werden. Die entstandenen Modelle sind leicht handhabbar, universell und auf verschiedene Bauformen von EMKW anwendbar. Zur Validierung der Modelle wurden Simulationsergebnisse mit charakteristischen Messwerten verglichen. Um diese zu generieren kamen zwei speziell hierfür konzipierte Lastwechslereinrichtungen mit pneumatisch bzw. elektromagnetisch wirkendem Prinzip zum Einsatz. Mit letzterem wurde darüber hinaus gezeigt, dass auf Grund der mechanischen Eigenschaften einer EMKW eine Systemidentifikation an zwei Eingängen (Hebel und Waagschale) sinnvoll und empfehlenswert ist. Auf Basis der erzielten Erkenntnisse erfolgte die Dimensionierung eines Digitalreglers, mit dem eine signifikante Verbesserung der Performance erzielt wurde.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26821
Schreiber, Mario; Emran, Mohammad Sha; Fröhlich, Thomas; Schumacher, Jörg; Thess, André
Quantification of free convection effects on 1 kg mass standards. - In: Metrologia, ISSN 1681-7575, Bd. 52 (2015), 6, S. 835-841

We determine the free-convection effects and the resulting mass differences in a high-precision mass comparator for cylindrical and spherical 1 kg mass standards at different air pressures. The temperature differences are chosen in the millikelvin range and lead to microgram updrafts. Our studies reveal a good agreement between the measurements and direct numerical simulations of the Boussinesq equations of free thermal convection. A higher sensitivity to the free convection effects is found for the spherical case compared to the cylindrical one. We also translate our results on the free convection effects into a form which is used in fluid mechanics: a dimensionless updraft coefficient as a function of the dimensionless Grashof number Gr that quantifies the thermal driving due to temperature differences. This relation displays a unique scaling behavior over nearly four decades in Gr and levels off into geometry-specific constants for the very small Grashof numbers. The obtained results provide a rational framework for estimating systematic errors in mass metrology due to the effects of free convection.



https://doi.org/10.1088/0026-1394/52/6/835
Oliveira, Rafael; Claudino, Rafael; Kalid, Ricardo; Fröhlich, Thomas; Gusmão, L.; Lepikson, Herman
Estimate of the inertial torque in rotating shafts - a metrological approach to signal processing. - In: 3rd International Congress on Mechanical Metrology (CIMMEC 2014), (2015), 1, S. 012019, insges. 11 S.

http://dx.doi.org/10.1088/1742-6596/648/1/012019
Rogge, Norbert; Engwicht, Michael; Welsch, Steffen; Hilbrunner, Falko; Fröhlich, Thomas
Hygrostat based on adsorption processes controlled by a high precision chilled dew point mirror :
Feuchtluftgenerator auf Basis eines Sorptionshygrostaten mit einem Hochpräzisionstauspiegel. - In: Technisches Messen, ISSN 2196-7113, Bd. 82 (2015), 10, S. 477-484

https://doi.org/10.1515/teme-2015-0022
Vasilyan, Suren; Ebert, Reschad; Weidner, Markus; Rivero, Michel; Halbedel, Bernd; Resagk, Christian; Fröhlich, Thomas
Towards metering tap water by Lorentz force velocimetry. - In: Measurement science and technology, ISSN 1361-6501, Bd. 26 (2015), 11, S. 115302, insges. 11 S.

https://doi.org/10.1088/0957-0233/26/11/115302
Schalles, Marc; Fröhlich, Thomas; Röser, Mathias; Flügge, Jens
Thermal decoupling of heat sources by means of PCM-shielding. - In: Proceedings, (2015), S. 500-504

Schleichert, Jan; Fröhlich, Thomas
Dynamic calibration of a multi-component force-/torque transducer. - In: Proceedings, (2015), S. 46-49

Multi-Component Force-/Torque Transducers are used in applications where the direction of the force- and torque vectors as well as their magnitude are unknown and time-dependent such as robotics, flow measurement or nondestructive testing. In contrast to the measurement task the calibration of those Sensors is only done statically in most cases. When the measurands are getting closer to the sensors resonance frequency, the usage of static calibration factors leads to deviations in the measurement. A dynamic calibration can be used to identify the frequency responses of the sensor and is the basis for designing an appropriate filter that compensates these deviations. In this paper the dynamic properties of a multi-component force-/torque transducer are investigated using a calibration system based on a voice-coil actuator which allows the application of force with different waveforms. The results of the measurements are compared with results of FEM calculations and results of a static calibration and a compensation filter is designed.



Fröhlich, Thomas; Hohmann, Michael; Schalles, Marc
Calibration bench for heat flux sensors. - In: Journal of thermoelectricity, ISSN 1607-8829, (2015), 1, S. 49-59

Gatzemeier, Benno; Fröhlich, Thomas; Fehling, Thomas; Heydenbluth, Detlef
Sartorius susceptometer for precise measurement of susceptibility and magnetization of weights. - In: 5th International Metrology Conference 2014 (CAFMET 2014), ISBN 978-1-63439-598-4, (2015), S. 109-112