Übung Messtechnik in der. Verfahrenstechnik. Ziele der Übung. Zeitplan. Jens Eichmann Institut für Messtechnik Harburger Schloßstr

Transkript

1 Übung Messtechnik in der Verfahrenstechnik Jens Eichmann Institut für Messtechnik Harburger Schloßstr Stock Telefon: Zeitplan Ziele der Übung Termine der Übung: Übung: Freitag, Uhr SBS95, Raum H0.016 Angebot: zusätzlicher Termin für die Klausurvorbereitung 1. Klausurvorbereitung 2. Grundlagen der Messtechnik vermitteln Begriffe klären Was ist Messen? Richtigkeit, Präzision Werkzeuge bereitstellen Fehlerrechnung Kalibrierung, Regression Messverfahren einführen Thermoelement Drucksensor Ultraschall-Durchflussmessung 1

2 Aufgabe 1: SI Basiseinheiten Im Grundzustand liegt Cäsium in zwei Energiezuständen vor. 1. Zur Definition welcher Einheit wird dieses Wissen genutzt? 2. Skizzieren Sie den Aufbau eines Systems, das diese Einheit realisiert. 3. Erläutern Sie in Stichpunkten die wichtigsten Komponenten des Systems. Im Grundzustand liegt Cäsium in zwei Energiezuständen vor. 1. Zur Definition welcher Einheit wird dieses Wissen genutzt? Definition: Definition der Energieniveaus von Cäsium Cäsium-Atomuhr 2. Skizzieren Sie den Aufbau eines Systems, das diese Einheit realisiert. Cs- Ofen Inhomogenes Magnetfeld Resonator Inhomogenes Magnetfeld Detektor Eine ist das fache der Periodendauer der dem Übergang zwischen den beiden Hyperfeinstrukturniveaus des Grundzustandes von Atomen des Nuklids 133 Cs entsprechenden Strahlung Atome im Energieniveau 1 Atome im Energieniveau 2 I D f 0 f 0 = Hz f p f p I D Quartzoszillator f N U r f N Frequenzsynthese Frequenzregelung 2

3 Definition der Energieniveaus von Cäsium Cäsium-Atomuhr 3. Erläutern Sie in Stichpunkten die wichtigsten Komponenten des Systems. 1. Präparation der Atome im Energieniveau 1 2. Anregung durch ein elektromagnetisches Feld in das Niveau 2 (Frequenz des Übergangs bekannt) 1. Was versteht man unter dem Tripelpunkt? 2. Welche Einheit wird mit Hilfe des Tripelpunkts von Wasser festgelegt? 3. Detektion der in das Niveau 2 angeregten Atome und ggf. Korrektur der Anregungsfrequenz 4. Ableitung der Zeit aus der Frequenz (Periodendauer) des Felds Tripelpunkt von Wasser 1. Was versteht man unter dem Tripelpunkt? Im Tripelpunkt (von Wasser) sind die drei Phasen im stationären Zustand vorhanden: Tripelpunkt von Wasser Definition von Kelvin 2. Welche Einheit wird mit Hilfe des Tripelpunkts von Wasser festgelegt? Kelvin Eis flüssiges Wasser Wasserdampf Ein Kelvin ist der 273,16 teteil der thermodynamischen Temperatur der Tripelpunktes des Wassers. ( 273,16 K entspricht 0,01 C) 3

4 1. Nennen Sie die. 2. Wie ist diese Basiseinheit definiert? 3. Ist dies eine unabhängige Basiseinheit? 4. Kann die Lichtgeschwindigkeit in Zukunft noch genauer bestimmt werden? 1. Nennen Sie die. Größe Einheit Abkürzung Meter m Masse Kilogramm kg Zeit s Stromstärke Ampere A Temperatur Kelvin K Stoffmenge Mol Mol Lichtstärke Candela Cd Achtung: gefragt ist nach der Basiseinheit 2. Wie ist diese Basiseinheit definiert? Das Meter ist die der Strecke, die Licht im Vakuum während der Dauer von 1/ n durchläuft. unabhängige Basiseinheiten 3. Ist dies eine unabhängige Basiseinheit? Das Meter ist die der Strecke, die Licht im Vakuum während der Dauer von 1/ n durchläuft. Lichtgeschwindigkeit: c = m/s 3 x 10 8 m/s Die Definition des Meters hängt von der Definition der ab. Damit ist das Meter keine unabhängige Basiseinheit. 4

5 Aufgabenstellung unabhängige Basiseinheiten Lichtgeschwindigkeit 1. Kann die Lichtgeschwindigkeit in Zukunft noch genauer bestimmt werden? Die Lichtgeschwindigkeit ist durch die Definition des Meters nicht messbar, da sie dadurch festgelegt wird. Damit kann sie auch nicht durch Messungen bestimmt werden. Lichtgeschwindigkeit: c = m/s 3 x 10 8 m/s 5