A systematic approach to evaluate uncertainty of a static strain measurement

Abstract

Die Dehnungsmessung ist eine sehr grundlegende Methode, die ein breites Anwendungsspektrum in Forschung und Industrie hat. Und wie bei jeder Messung, sollte die Qualität der Messung möglichst genau betrachtet werden. Dies wird normalerweise anhand der Messunsicherheit ausgedrückt. Indem ein Intervall möglicher Werte definiert wird, innerhalb dessen der wahre Wert der Messung liegt. Das Wissen über das physikalische Prinzip des Messprozesses und die Kenntnisse über die Faktoren, die das Messergebnis beeinflussen können, sind die beiden Hauptschlüsselelemente für die Bewertung einer Messunsicherheit. Daher ist ein mathematisches Modell von grundlegender Bedeutung, das diese Schlüsselelemente zusammenfasst und die Beziehung zwischen der gemessenen Größe und den Eingangsgrößen beschreibt. Das Ziel dieser Arbeit ist es, einen Ansatz zur Bewertung der Messunsicherheit der statischen Dehnungsmessung mit einem einachsigen Dehnmessstreifen mit einer viertel Wheatstone-Brückenkonfiguration vorzustellen, um die Reproduzierbarkeit und Vergleichbarkeit von Dehnungsmessungen sicherzustellen. Die Modellierung der Messunsicherheit basiert auf dem Leitfaden zum Ausdruck der Messunsicherheit (Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement). Das Modell befasst sich mit der Messkette der Dehnungsmessung und der Belastung als Ursache der Dehnung unter Berücksichtigung der Messkorrektur, der klassischen Messunsicherheit und einer erweiterten Messunsicherheit in Bezug auf externe Faktoren.

Strain measurement is a very basic and powerful method that has a wide range of applications in research and industry, and as every measurement method, a fair amount of attention should be payed to the quality of the measurement. This is usually expressed using the measurement uncertainty; an attempt to define an interval of possible values, within which the true value of the measurement lies. The knowledge about the physical principle of the measurement process and the awareness of the factors that might influence the measurement result are the two main key elements of evaluating a measurement uncertainty. Therefore, a mathematical model that summarizes these key elements, describing the relation between the measured value and the input quantities, is of fundamental importance. The object of this thesis is to introduce an approach to evaluate the uncertainty of static stain measurement using a single strain gauge with a quarter Wheatstone bridge configuration, to ensure the reproducibility and the comparability of strain measurements. The modelling of the measurement uncertainty is based on the Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement. The model deals with the measurement chain of the strain and the load as a cause of the strain, considering the measurement correction, the classical measurement uncertainty and an extended measurement uncertainty related to external factors.