Eignung von Feldmühlen als rückführbares Messmittel im elektrostatischen Feld

Diese Arbeit befasst sich mit der Feststellung der Eignung von Feldmühlen als rückführbares Messmittel im elektrostatischen Feld. Bisherige Herstellerangaben zur Messunsicherheit von Feldmühlen basieren auf einer idealisierten Prüfkonfiguration, fester Messabstand und homogene Feldverteilung, welche die praktische Anwendung der Feldmühlenmessungen nicht wiederspiegelt.

Basierend auf dem aktuellen Wissensstand wird ein modularer Messaufbau entwickelt. Dieser ermöglicht es, die potentiellen Einflussfaktoren klimatische Umgebungsbedingung, Abstandsabhängigkeit und Messobjektgröße sowie Messobjektgeometrien auf das Messverfahren der Feldmühle zu betrachten.

Anschließend wird die Wirkungsweise von Feldmühlen in elektrostatischen Feldern durch simulative Betrachtungen erörtert. Anhand dieser Erkenntnisse kann der Erfassungsbereich der Feldmühle mittels eines Messkegelstumpfs in Abhängigkeit des charakterisierden Messwinkels ermittelt werden. Für eine messtechnische Bestimmung des Messwinkels wird einer Methode entwickelt.

Hieraus können Bedingungen für einen optimalen Anwendungsbereiche und Grenzen der Feldmühlenmessung abgeleitet werden. Diese Bedingungen bestehen aus optimalen Messabstandsbereich und Verkippung der Feldmühle zum Messobjekt, welche untersucht und bestimmt werden. Zur Berücksichtigung der indirekten Beeinflussung des Feldes durch die Feldmühle und der Messobjekte wird die Korrektur von inhomogenen elektrostatischen Feldern betrachtet. Hierfür werden Methoden zur Bildung von Korrekturfaktoren der Inhomogenitäten durch die Feldmühle und der Messobjekte erläutert und angewendet.

Auf Grundlage der Erkenntnisse, erfolgt eine Messunsicherheitsbetrachtung mit einer konsistenten Methode zur Bewertung und Angabe der Messunsicherheit nach GUM. Abschließend werden die Ergebnisse der Messunsicherheitsbetrachtungfür ideale und reale Anwendungsfälle dargestellt, wodurch es ermöglicht wird, die Feldmühle als rückführbares Messmittel einzusetzten.