Messtechnik - Multipile Choice mit Antworten PDF

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Messtechnik Multipile Choice (SMOLEN) ohne Graue Schrift: Graue Schrift gelb markiert: nicht sicher Rote fette Schrift gelb markiert: Konflikt mit der der Quelldatei Die Standardabweichung einer Messreihe ist ein statistischer Parameter der sogenannten Normalverteilung, der einen Bereich darstellt, ...

Description

Messtechnik - Multipile Choice (SMOLEN) Lösungen ohne Gewähr! Graue Schrift: Ergänzungen/Hilfestellungen/Antworten/Lösungswege Graue Schrift gelb markiert: nicht sicher Rote fette Schrift gelb markiert: Konflikt mit der Lösung der Quelldatei Die Standardabweichung einer Messreihe ist ein statistischer Parameter der sogenannten Gauß‘schen Normalverteilung, der einen Bereich darstellt, + in dem sich ca. 68 % der zufällig streuenden Messwerte befinden. + wo mit einer Wahrscheinlichkeit von ca. 68 % die zufällig streuenden Messwerte liegen. - in dem sich je nach dem vorgegebenen Vertrauensniveau verschiedene Anteile der zufällig streuenden Messwerte befinden können. - in dem sich ca. 95 % der zufällig streunenden Messwerte befinden. - wo mit einer Wahrscheinlichkeit von ca. 95 % die zufällig streuenden Messwerte liegen. Welche Fehlerarten können im Voraus eliminiert werden und gehen nicht in die Fehlerzusammenfassung bei der Bestimmung der Messunsicherheiten ein? + grobe Fehler und Messausreißer + bekannte systematische Fehler - Hysteresefehler (usF) - Messfehler, die innerhalb der Fehlergrenzen liegen - unbekannte systematische Fehler - zufällige Fehler Bei den folgenden Messungen wird die Fehlerfortpflanzung vorkommen: + Dichtebestimmung mit dem Auftriebsverfahren + Dichtebestimmung durch Vermessen der Probe und Wiegen + Stromrichtige Leistungsmessung + Mechanische Leistungsbestimmung aus der Drehmoment- und Drehzahlmessung + Leistungsbestimmung (elektrische Leistung) aus der Spannungs- und Strommessung - Frequenzmessung mit einem piezoelektrischen Aufnehmer - Temperaturmessung mit einem Thermoelement - Temperaturmessung mit einem Glasthermometer - Druckmessung mit einem federelastischen Manometer/Federmanometer - elektrische Spannungsmessung mit einem Messgerät mit einem relativ geringen inneren Widerstand Die Genauigkeitsklasse eines federelastischen Manometers beträgt 2 und sein Messbereich 0 bis 100 bar. Der maximale Messfehler, durch das Kalibrieren ermittelt worden ist, beträgt 1,5 bar. bzw. Die Genauigkeitsklasse eines Membranmanometers beträgt 1,5 und sein Messbereich 0 bis 50 bar. Der maximale Messfehler, durch das Kalibrieren ermittelt worden ist, beträgt 0,7 bar. Zutreffende Aussage: + Das Manometer kann den Anforderungen seiner Genauigkeitsklasse entsprechen - muss aber nicht. + Der Hysteresefehler müsste zusätzlich untersucht werden. - Das Manometer entspricht mit Sicherheit den Anforderungen seiner Genauigkeitsklasse. - Das Manometer entspricht mit Sicherheit nicht den Anforderungen seiner Genauigkeitsklasse. - Bei Manometern gibt es keine Hysteresefehler. - Beim Kalibrieren muss eine Messreihe durchgeführt und statistisch untersucht werden. (korrekt, bezieht sich aber nicht auf die Frage

Welche Teilaufgaben wurden während der Übung Temperaturmessung durchgeführt? + Kalibrieren von Thermoelementen mit PT - 100 (Widerstandsthermometer) (Haben wir nicht getan, oder? laut Löser aber korrekt) + Kalibrieren von Thermoelementen mit Glasthermometern + Bestimmung der Sprungantwort von Thermometern - Justieren von Thermoelementen - Bestimmung des Zeitverhaltens von Thermometern mit Hilfe der Sinusantwort - Kalibrieren von Strahlungsthermometern mit Glasthermometern Bei welchen Laborübungen wurde ein analoges Signal aufgenommen: - Drehzahlmessung - Winkelmessung + Druckmessung + Kraftmessung + Temperaturmessung - Bei keiner Laborübung Welche Sensoren wurden bei der Laborübung „Drehzahlmessung“ vorgenommen? + Inkrementaldrehgeber - Stroboskoplampe - Tachometer (Haben wir nicht benutzt. Ist das dasselbe wie Moviport C118?) - Fliehkrafttachometer - Potentiometer - keine der genannten Sensoren Welche von den genannten Einheiten gehören zu den sogenannten abgeleiteten Einheiten des Internationalen Einheitensystems SI? +V +W +J -h - mol -s Der Studentfaktor (Vertrauensfaktor) wurde eingeführt, um + die sogenannte technische Messunsicherheit zu definieren + die Messreihe mit unterschiedlichen n-Werten (n - Anzahl der Messungen in der Messreihe) vergleichen zu können - die Genauigkeit der Berechnung der Standardabweichung zu erhöhen - die Wahrscheinlichkeit berechnen zu können, ob ein Messwert ein Ausreißer ist oder nicht. - Messausreißer eliminieren zu können - große Messreihen zu komprimieren

Die Empfindlichkeit eines Messgerätes ist? + die Veränderung des Ausgangssignals bezogen auf die elementare Veränderung des Eingangssignals - charakteristische Zeitkonstante im Verhältnis zu der wirklichen Reaktionszeit des Messgerätes - eine aus der charakteristischen Zeitkonstante abgeleitete Größe - die aus der Genauigkeitsklasse resultierende Toleranz - Ein Parameter, der mit der Geschwindigkeit der Reaktion auf die veränderliche Messgröße (Sinusantwort) direkt zusammenhängt - Die Messgröße, die dem kleinsten Strich auf der Messskala entspricht Welche Aussagen sind zur der Laborübung Kraftmessung mittels DMS korrekt: + DMS verändern schon bei geringer Verformung ihren elektrischen Widerstand + Das Ausgangssignal ist immer bezogen auf die Versorgungsspannung + DMS brauchen eine Stromversorgung + Die Temperatur hat sehr wenig Einfluss auf die Messung mit einer Vollbrücke + DMS arbeiten meist mit Hilfe der Wheatstone Brückenschaltung - Die Temperatur hat sehr wenig Einfluss auf die Messung mit einer Viertelbrücke Bei der Laborübung Temperaturmessung wurden folgende Teilaufgaben ausgeführt + Untersuchung der Sprungantwort eines Thermoelements + Untersuchung der Sprungantwort eines Widerstandsthermometers + Skalierung eines Thermoelements + Skalierung eines Widerstandsthermomenter - Skalierung von Glasthermometer - Eichen eines Widerstandsthermometers Bei der Laborübung Druckmessung wurden folgende Messgeräte kalibirert: - Es wurde keine Kalibrierung durchgeführt - Elektrisches Druckmessgerät mit DMS - U-Rohr Manometer - Piezoelektrisches Manometer + Federmanometer (im Laborskript ja, im Labor nein -> zusätzliche Anzeige am Kolbenmanometer) - Kolbenmanometer (wurde als Bezugsgröße zum Kalibrieren benutzt) (kalibriert wurde auch der kapazitive Drucksensor Cerabar T PMC131: Mit kapazitiver Messzelle und keramischer Messmembran) Nach der durchgeführten Fehleranalyse einer Leistungsmessung wurden folgende Fehler ermittelt: · Toleranzfehler (unbekannte systematische Fehler): +/- 3W · Zufällige Fehler: +/- 4 W · Messausreißer (ermittelt mit dem „3-Sigma-Kriterium“): +/- 10 W (wird durch Nalimov-Verfahren eliminiert) · Der Korrekturwert (resultierend aus einem bekannten systematischen Fehler): +2,5 W (wird ganz am Anfang durch den Korrekturwert korrigiert) Der wahrscheinliche Gesamtfehler beträgt: U =± √ us F 2 + zF ²=± √ 32 + 4²W =¿ +/- 5 W

Bei der Laborübung Druckmessung wurden folgende Teilaufgaben durchgeführt: + Untersuchung der Hysteresefehler + Kalibirierung von Druckmessgeräten + Aufnahme der Fehlerlinie (Wenn der Verlauf der Hystere die Fehlerlinie ist, dann haben wir die Aufnahme der Fehlerlinie durchgeführt) - Untersuchung der Sprungantwort - Eichen der Druckmessgeräte - Justieren der Druckmessgeräte Nach einer elektrischen Strommessung wurde das Endergebnis wie folgt dargestellt: 7,24 A +/- 0,51 A + Diese Darstellung entspricht nicht der messtechnischen Rundungsregel, weil sowohl im Messergennis als auch in der Messunsicherheit eine Ziffer zu viel nach dem Komma dargestellt worden sind. - Die Darstellung der Messunsicherheit soll ohne Einheit (prozentual) dargstellt werden, weil es sich dabei um den Gesamtfehler handelt - Diese Darstellung entspricht der messtechnischen Rundungsregel - Diese Darstellung entspricht nicht der messtechnischen Rungungsregeln, weil in der Messunsicherheit eine Ziffer zu viel nach dem Komma dargestellt worden ist. Das Messergebnis ist richtig dargestellt. - Da die letzte Ziffer der Messunsicherheit eine 1 ist, soll links daneben gerundet werden und das Messergebnis 7,24 A ist richtig. - Diese Darstellung entspricht nicht der messtechnischen Rundungsregel, weil im Messergebnis eine Ziffer zu viel nach dem Komma dargestellt worden ist. Die Messunsicherheit ist richtig dargestellt.

Die theoretische Standardabweichung einer Messreihe (Längenmessung) beträgt 0,015 mm. Für die technischen Zwecke wird meistens das Vertrauensnivea von 95 % vorausgesetzt. Wie groß ist die Messunsicherheit bei diesem Vertrauensniveau? + es kann keine Aussage in dieser Hinsicht getroffen werden (Unsicherheit der Länge:

∂ l=

s ∗t 95 → n nicht gegeben) √n

- ca 0,015 mm - kleiner als 0,015 mm - ca. 0,03 mm - größer als 0,45 mm - ca 0,045 mm Warum ist ein Messsignalausgang als Stromsignal bei großer Entfernung einem Spannungssignal vorzuziehen? - Das Stromausgangssignal kann direkt mit einem Spannungsmesser gemessen werden. + Das Stromausgangssignal wird auch bei langen Leitungslängen verlustfrei übertragen. - Das Spannungsausgangssignal wird ohne Verluste zur Leitwarte übertragen. - Der Widerstand der Messleitung verursacht keine Fehler bei der Spannungsmessung. + Der elektrische Strom hat an jeder Stelle der Messleitung den gleichen Wert. - Das Stromausgangssignal unterliegt auch bei langen Leitungslängen einem Verlust.

Nach einer Zeitmessung wurde das Endergebnis wie folgt dargestellt: 0,12 h +/- 0,005 h - Diese Darstellung entspricht nicht der messtechnischen Rundungsregel, weil in der Messunsicherheit eine Ziffer zu viel nach dem Komma dargestellt worden ist. Das Messergebnis ist richtig dargestellt. - Diese Darstellung entspricht der messtechnischen Rundungsregel + Falsche Darstellung - im Messergenis fehlt auf jeden Fall eine Kommastelle am Ende. + Die Einheit h (eine Stunde) is kein primäres SI Einheit (nur eine in bestimmten Bereiche „geduldete“ Einheit) - Diese Darstellung entspricht nicht der messtechnischen Rundungsregel, weil sowohl im Messergebnis als auch in der Messunsicherheit eine Ziffer zu viel nach dem Komma dargestellt worden ist. Das Messergebnis ist richtig dargestellt. - Diese Darstellung entspricht nicht der messtechnischen Rundungsregel, weil im Messergebnis eine Ziffer zu viel nach dem Komma dargestellt worden ist. Die Messunsicherheit ist richtig dargestellt. Bei welcher Laborübung wurde eine Justierung dirchgeführt? - Drehzalmessung - Kraftmessung + Bei keiner Laborübung - Winkelmessung - Termperaturmessung - Druckmessung Bei einem analogen Messgerät müssen folgende Bedingung erfüllt sein, damit das Messgerät den Anforderungen seiner Genauigkeitsklasse entspricht: - Alle Fehler müssen im „drei Sigma“ Bereich liegen + Der größte Hysteresefehler darf die Fehlergrenze nicht überschreiten. + Alle Fehler müssen innhehalb der aus der Genauigkeitsklasse resultierenden Fehlergrenze liegen. (maximal zu erwartende Abweichung eines Messwertes vom wahren Wert) - Alle Fehler müssen innerhalb der aus der Genauigkeitsklasse resultierende Standardabweichung sein. - Es darf keine Hysteresefehler geben. - Alle Fehler (inklusive Hystersefehler) müssen kleiner als die Standardabweichung sein. - Alle Fehler (inklusive Hystersefehler) müssen kleiner als die erweiterte Standardabweichung sein. Bei einer Leistungsmessung wurde das Messergebnis in folgender Form dargestellt: P = 4,010 kW +/- 0,012 kW Welche Aussage ist korrekt? - Im Messergebnis (Leistung) ist eine Stelle zu wenig - Die Rundung des Messergebnisses und der Messunsicherheit entspricht nicht der messtechnischen Rundungsregel (vorausgesetzt, dass die Rundung mathematisch richtig war) - Im Messergebnis (Leistung) ist eine Stelle zu viel - In der Messunsicherheit ist eine Stelle zu wenig + Die Rundung des Messergebnisses und der Messunsicherheit entspricht der messtechnischen Rundungsregel (vorausgesetzt, dass die Rundung mathematisch richtig war) Die Sprungantwort eines Messgerätes wurde bei folgenden Laborübungen praktisch untersucht: - Drehzahlmessung - Kraftmessung - Druckmessung + Temperaturmessung - Bei allen durchgeführen Laborübung - Frequenzmessung

Von welchen Paramtern hängt der Wert des sogenannten Vertrauensfaktrors (Student-Faktor) ab? - Erweiterte Standardabweichung + Anzahl der Messungen in der Messreihe - „Drei Sigma“ - Wert + Vertrauensniveau - Summe der Quadrate der Abweichungen von dem Mittelwert - Standardabweichung der Messreihe Elektrische Leistung ( Gleichstrom) wurde auf der Basis der Spannungs- Strommessung bestimmt. Die gemessenen Werte sind: a) U = 10,0 V +/- 0,5 V b) I = 0,50 A +/- 0,05 A Welcher wahrscheinliche Fehler der Leistungsmessung resultiert aus der Fehlerfortpflanzung. - 0,56 W - 0,75 W - 0,50 W - 0,85 W - 0,63 W - 0,62 W

δP =±

√( √√(

) ( 2

∂P ∂P ∗δU + ∗δI ∂U ∂I

)

2

) ( 2

)

2

∂(U ∗I ) ∂(U∗I ) ∗δU + ∗δI ∂U ∂I 2 2 δP =± ( I ∗δU ) + ( U∗δI ) δP=± 0,559 →0,6 Laut Löser kommt aber nur δP =0,56 W infrage, kaufmännisch gerundet? (Screenshot009.jpg δP =±

aus Klausur 2013) Elektrische Leistung ( Gleichstrom) wurde auf der Basis der Spannungs-Strommessung bestimmt. Die gemessenen Werte sind: a) U = 10,0 V +/- 0,5 V b) I = 0,50 A +/- 0,05 A Welcher Größtfehler der Leistungsmessug resultiert aus der Fehlerfortpflanzung. -1W + 0,8 W - 0,55 W - 0,75 W - 0,9 W - 0,7 W

|∂∂ UP ∗δU|+|∂∂PI ∗δI | ∂(U ∗I ) ∂ (U∗I ) ∗δU |+| ∗δI| δP=| ∂U ∂I δP=

δP=|I∗δU|+|U∗δI| δP=|0,5 A∗( −0,5 V )|+|10 A∗(−0,05 V )| δP=0,75 → 0,8 Da in den Tests die Messunsicherheit anscheinend immer kaufmännisch gerundet wurde anstelle immer aufgerundet zu werden, ist wohl jedoch davon auszugehen, dass δP =0,75 W korrekt ist.

Zum Kalibrieren der Druckmessgeräte bei der Laborübung Druckmessung wurden folgende Messgeräte als Vergleichsmessgerät verwendet: + Kolbenmanometer - U-Rohr Manometer - Federmanometer - Es wurde keine Kalibrierung durchgeführt - Piezoelektrisches Manometer - Elektrisches Druckmessgerät mit DMS Welche Aussagen zu der Laborübung Drehzahlmessung sind korrekt? - Die Messung der Drehzahl erfolgt mittels eines analogen Signals und muss noch umgewandelt werden + Die Dekodierweisen x1, x2 und x4 haben einen Einfluss auf die Auflösung der Winkelmessung + Die Messung kann mit der gemessenen Zeit je Umdrehung erfolgen + Die Messung kann mit der Anzahl der Impulse je Zeiteinheit erfolgen + Die Bestimmung der Drehzahl erfolgt mittels der Periodendauer - Eine Messung der Drehrichtung ist nicht möglich Ein Analog-Digital-Wandler hat einen Messbereich von +/- 5 V. Er besitzt 12 Bit Genauigkeit. Welche Aussagen sind korrekt? + eine Auflösung von 2,44 mV ist möglich. - Die Auflösung beträgt 0,833 Volt. + Der größte messbare Wert beträgt +5 Volt. + 4096 diskrete Schritte sind möglich. - Der Messbereich wird in 120 Schritte aufgelöst. + Ein angeschlossenes Signal von +7 Volt wird nur als +5 Volt gemessen. 7 Volt messen ist nicht möglich, weil der Messbereich bei 5 Volt vorbei ist. 12

Schritte bzw . Stufen=2 = 4096 Code−Breite bzw .Genauigkeit =

Messbereich 10 Volt = 12 =2,44 mV 2 2 Auflösung

Ein Analog-Digital-Wandler hat einen Messbereich von +/- 10 V. Er besitzt 12 Bit Genauigkeit. Welche Aussagen sind korrekt? + eine Auflösung von 4,88 mV ist möglich. - Die Auflösung beträgt 0,833 Volt. + Der größte messbare Wert beträgt +10 Volt. + 4096 diskrete Schritte sind möglich. - Der Messbereich wird in 120 Schritte aufgelöst. + Ein angeschlossenes Signal von +12 Volt wird nur als +10 Volt gemessen. 7 Volt messen ist nicht möglich, weil der Messbereich bei 5 Volt vorbei ist.

Schritte bzw . Stufen=212= 4096 Code−Breite bzw .Genauigkeit =

Messbereich 20 Volt = 12 =4,88 mV 2 2 Auflösung

Bei der Laborübung Drehzahlmessung wurden folgende Messungen durchgeführt: - Nur Drehzahlmessung - Drehmoment - Kraft - Temperatur

+ Winkelposition + Drehzahl Ein Signal mit einer Frequenz von 200 Hz soll gemessen werden. Wie hoch muss die Abtastrate gewählt werden, um dieses Signal richtig zu messen? - 100 Hz - 200 Samples pro Sekunde. - Ein Signal mit einer Periodendauer von 1 ms kann gemessen werden. + 500 Samples pro Sekunde. - Alle 2,5 ms muss ein Messwert abgetastet werden. + Mehr als 2 Abtastungen pro Periode sind notwendig. (das Labor haben wir nicht durchgeführt) Ein Analog-Digital-Wandler besitzt einen Spannungsmessbereich von 0 bis + 5 Volt. Berechnen Sie die Bürde / Last, mit der ein Stromausgangssignal eines Drucksensors von 4 mA - 20 mA an diese Spannungsmessung angeschlossen werden kann, um den gesamtem Messbereich zu nutzen.

R=

U max =250 Ω I max

Bei welchen Messungen wurde ein passiver Sensor (externe Stromversorgung benötigt) verwendet: - Bei keiner der Laborübungen + Kraftmessung - Temperaturmessung mittels Thermoelement + Druckmessung + Temperaturmessung mittels Widerstandsthermometer + Drehzahlmessung Bei welcher Laborübung wurde der Einfluss der Größe von Messsensoren auf die Zeitkonstante (Sprungantwort) untersucht: - in keiner Laborübung + Temperaturmessung (kleine Abmessung, geringe Wärmekapazität) - Druckmessung - Kraftmessung - Schall-/Schwingungsmessung - Drehzahlmessung Wir haben festgestellt, dass die Sprungantwort zwischen Thermoelement und Widerstandsthermometer von den Abmessungen und damit auch der Wärmekapazität abhängig ist. Das Thermoelement „reagiert“ schneller, da es kleinere Abmessungen hat und eine geringere Wärmekapazität aufweist. Haben wir dies aber explizit untersucht? Ein analoges Spannungsmessgerät besitzt die Genauigkeitsklasse 0,75 und sein Messbereich ist 0 V bis 200 V. Die Fehlergrenze des Messgeräts beträgt:

Fehlergrenze=

Genauigkeitsklasse∗max . Messbereich 0,75∗200 V = =1,5 V 100 100

Welche Messtechnischen Begriffe sind mit dem Eingriff in das Messgerät zwecks Verbesserung der Genauigkeit verbunden? - Fehlerfortpflanzung - Regression + Justieren - Prüfen - Kalibrieren - Messen

Die Länge eines Rechtecks von 100 cm wurde mit einer Messunsicherheit von 2 cm bestimmt und die Breite von 20 mm mit einer Messunsicherheit von 1 mm. Wie groß ist die aus der Fehlerfortpflanzung resultierende wahrscheinliche Messunsicherheit (jeweils abgerundet- ohne Kommastelle). a=1000 mm ; δa=20 mm b=20 mm ; δb=1 mm

A=a∗b

δA= δA=

√( √√(

) (

2 ∂A ∂A ∗δa + ∗δb ∂a ∂b

)

2

) (

2 ∂ ( a∗b ) ∂ ( a∗b) ∗δa + ∗δb ∂a ∂b 2

)

2

2

δA= ( b∗ δa ) +( a∗δb ) 2 2 δA= √( 20∗20 ) + (1000∗1 ) mm δA =1077,03296 mm δA =1080 mm Laut Löser kommt aber nur δA =1077 W 27.jpg aus Messtechnik 2013)

infrage, kaufmännisch gerundet? (2013-02-08 12-37-

Ein Drucksensor liefert bei 0 bar einen Strom von 4 mA und bei 10 bar einen Strom von 20 mA. Über eine Bürde/Last von 500 Ohm wird die Spannung gemessen. Welche Zuordnung ist richtig? - 10 bar entspricht 5 Volt + 5 bar entspricht 6 Volt - 0 bar entspricht 1 Volt - 5 bar entspricht 3 Volt - 0 bar entspricht 3 Volt - 10 bar entspricht 12 Volt Da nicht anders angegeben, ist davon auszugehen, dass die Druck-Spannungs-Zuordnungen linear verlaufen (Ohm’sches Gesetz). Der Messbereich von 10 bar entspricht dem Messbereich 16 mA. Es gilt nun zu bestimmen, welche Spannung den jeweiligen Drück zuzuordnen ist. Aus dem Ohm’schen Gesetz folgt:

U → U =R∗ I I 0 ¯¿ =500 Ω∗4 mA=2 V 0 ¯¿ =R∗I ¿ U¿ ¯ 5 ¿ =500 Ω∗12mA =6 V 5 ¯¿ =R∗I ¿ (Stromstärke nach Dreisatz ermittelt) U¿ 10 ¯¿=500 Ω∗20 mA=10 V 10 ¿¯=R∗U ¿ U¿ R=

Die Strömungsgeschwindigkeit wurde durch Messung des dynamischen Drucks pd Der Messfehler des dynamischen Drucks beträgt δ pd . Der wahrscheinliche Fehler der Geschwindigkeitsmessung δW ist dann: - Prozentual gleich dem Fehler δ pd - δW =ρ∗ pd∗δ pd

( )

1

pd 2 ∗δ p d ρ - δW =2∗ρ∗ p d∗δ pd 1 1 2 δW = ∗δ pd + 2∗ ρ∗ p d - δW =

(

)

1 2

- δW =ρ∗ p ∗δ p d d Formel zur Berechnung des wahrscheinlichen Fehlers (GAUSS)

√(

δW =

)

2 dW dW ∗δ pd = ∗δ p d d pd d pd

Geschwindigkeit nach Bernoulli

√

( ) ()

2 p d 2 pd = W= ρ ρ

1 2

=

1

2 12 ∗p d2 ρ

Ableitung der Geschwindigkeit nach dem dynamischen Druck
<...