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Die Messtechnik befasst sich mit Geräten und Methoden zur Bestimmung Messung physikalischer Größen wie beispielsweise Lä
Messtechnik
Die Messtechnik befasst sich mit Geräten und Methoden zur Bestimmung (Messung) physikalischer Größen wie beispielsweise Länge, Masse, Kraft, Druck, elektrische Stromstärke, Temperatur oder Zeit. Wichtige Teilgebiete der Messtechnik sind die Entwicklung von Messsystemen und Messmethoden sowie die Erfassung, Modellierung und Reduktion (Korrektur) von Messabweichungen und unerwünschten Einflüssen. Dazu gehört auch die Justierung und Kalibrierung von Messgeräten sowie die korrekte Reduktion der Messungen auf einheitliche Bedingungen.
Die Messtechnik ist in Verbindung mit Steuerungs- und Regelungstechnik eine Voraussetzung der Automatisierungstechnik. Für die Methoden und Produkte der industriellen Fertigung kennt man den Begriff der Fertigungsmesstechnik.
Die für die Messtechnik grundlegende Norm ist in Deutschland DIN 1319.
Einteilung
Die Messtechnik lässt sich nach verschiedenen Arten des Vorgehens bei einer Messung (Messmethoden) gliedern.
Ausschlags-Methode, Nullabgleichs-Methode und Konkurrierendes
Bei der Ausschlags-Messmethode wird der Messwert aus dem Ausschlag oder einer anderen Anzeige eines Messgerätes ermittelt.
- Beispiel: Federwaage mit Skalenbeschriftung in Gramm.
- Bei dieser Methode muss die Waage justiert sein.
Bei der Nullabgleichs- oder Kompensations-Messmethode wird eine bekannte Größe so eingestellt, dass die Differenz mit der zu messenden Größe den Wert null ergibt.
- Beispiel: Balkenwaage mit Anzeige für Drehmomentengleichgewicht.
- Bei dieser Methode verwendet man einen Satz von Gewichtsstücken oder verschiebbare Gewichte.
- Abwandlungen dieser Grundformen; Beispiele
Bei der Vergleichs- oder Substitutions-Messmethode wird die (zur quantitativen Auswertung ungeeignete) Anzeige der zu messenden Größe nachgebildet durch eine gleich große Anzeige mittels einer einstellbaren bekannten Größe.
- Beispiel: Federwaage mit Skalenbeschriftung in Millimeter.
- Bei dieser Methode muss für die Waage ein Satz von Gewichten zur Verfügung stehen. Bei der Messung wird dann der gleiche Ausschlag mit Gewichtstücken hergestellt wie der vom unbekannten Objekt verursachte. (Die Masse des unbekannten Objektes wird durch Gewichtstücke „substituiert“.)
Bei der Differenz-Messmethode wird statt der zu messenden Größe ihr Unterschied zu einer Vergleichsgröße ermittelt.
- Beispiel: Balkenwaage mit Skale (also mehr als nur Nullpunkt-Anzeige).
- Bei dieser Methode entsteht ein Ausschlag, mit dem kleine Änderungen einer Größe wesentlich genauer messbar sind als durch Differenzbildung nach Messungen der Größe selber.
Bei der integrierenden Messmethode wird die zu messende Größe aus Augenblickswerten durch Integration (je nach Technik auch durch Summation oder Zählung) gewonnen, vorzugsweise über der Zeit.
- Beispiel: Zählwerk zur Entfernungsmessung, das die Umdrehungen eines Rades erfasst.
- Bei dieser Methode kann auch bei starken Schwankungen (im Beispiel in der Drehzahl) eine zuverlässige Aussage gewonnen werden.
Analoge oder digitale Methode
Siehe hierzu – auch zu einer Gegenüberstellung der Methoden – den Artikel Digitale Messtechnik
Direkte oder indirekte Methode
Direkte Messtechnik
Bei der direkten Messmethode wird die Messgröße unmittelbar mit einem Maßstab oder einem Normal verglichen. Beispiele einer direkten Messung sind das Anlegen eines Maßstabes an die zu bestimmende Länge oder der direkte Vergleich einer zu messenden elektrischen Spannung mit einer einstellbaren Referenzspannung auf einem Spannungs-Kompensator.
Indirekte Messtechnik
Die Messsysteme und indirekte Messmethoden machen Größen auch dann messbar, wenn sie auf direktem Wege nicht zugänglich sind. Man misst eine andere Größe und bestimmt daraus die Messgröße, wenn zwischen beiden aufgrund eines Messprinzips ein bekannter eindeutiger Zusammenhang besteht. Beispielsweise wäre der Abstand von Erde und Mond durch direkten Vergleich mit einem Maßstab niemals bestimmbar. Nach der Postierung von Retroreflektoren auf dem Mond 1969 gelingt dies hingegen über die Laufzeitmessung eines LASER-Strahls, seit 2007 liegt die Unsicherheit schon im Millimeterbereich.
Eine sehr verbreitete Methode der indirekten Entfernungsmessung, mit der auch der Radius der Mondbahn bestimmt werden kann, ist die Triangulation. Von den beiden Endpunkten einer Standlinie bekannter Länge aus bestimmt man die Winkel, unter denen ein dritter Punkt zu sehen ist. Aus den Winkeln und der bekannten Distanz kann der Abstand des dritten Punktes zur Standlinie berechnet werden. Ähnlich kann der Abstand des Mondes durch indirekten Vergleich mit einem relativ kurzen Maßstab bestimmt werden.
Die Mehrzahl der in Alltag, Wissenschaft oder Industrie eingesetzten Messverfahren verwenden indirekte Methoden. Das unterstreicht auch die Bedeutung des Verständnisses von Messabweichungen und ihrer Fortpflanzung durch mehrstufige Messsysteme (siehe auch Ausgleichsrechnung und Varianzanalyse).
Als Variante bzw. Erweiterung der indirekten Messmethoden können sog. Simultanmessungen gelten. In vielen Bereichen von Naturwissenschaft und Technik werden gleichzeitige Messungen von verschiedenen Punkten aus vorgenommen. Der Zweck ist das Eliminieren von Zeitfehlern, das Minimieren der Messabweichung oder das Aufdecken von Quellen systematischer Messfehler je nach Toleranz.
Schnellreferenz
Messgerät, Messeinrichtung, Multimeter, Messmittel
Messwert, Messergebnis
Messabweichung, Messgeräteabweichung, Messunsicherheit
Fehlergrenze, Fehlerfortpflanzung, Fehlerrechnung
Reduktion (Messung), Eichung
Sensor, Sensorik, Messprinzip
Messung (als Ausführen von geplanten Tätigkeiten), Metrologie (als Wissenschaft vom Messen und ihre Anwendung)
Schaltzeichen zur Messtechnik
Grundlagen der elektrischen Messtechnik
Vertiefend zu den vorstehenden Themen sind zu nennen:
- Zeitabhängigkeit von Messgrößen
- konstante oder in ihrer (langsamen) Veränderung erfassbare Größen
- als einzelner Messwert, Folge von Messwerten, Liniendiagramm
- Augenblickswerte schnell veränderlicher, vorzugsweise periodischer Größen
- als stehendes Bild auf einem Bildschirm
- durch Mittelwertbildung erfassbare Größen
- als Gleichwert, Gleichrichtwert, Effektivwert
- konstante oder in ihrer (langsamen) Veränderung erfassbare Größen
- Elektromechanische anzeigende Messgeräte
- z. B. Analogmultimeter
- deren Fehlergrenzen
- z. B. Analogmultimeter
- Digitalelektronische anzeigende Messgeräte
- z. B. Digitalmultimeter
- deren Fehlergrenzen
- z. B. Digitalmultimeter
- Registrierende Messgeräte
- z. B. Oszilloskope, Messschreiber
- Anpassende Messgeräte
- z. B. Messumformer, Messumsetzer, Messverstärker
- deren Messsignale
- z. B. Messumformer, Messumsetzer, Messverstärker
- Messverfahren
- für elektrische Größen
- z. B. Widerstandsänderung, Wirkleistung
- für nicht elektrische Größen
- z. B. Temperatur, Druck (siehe weiter unten)
- für elektrische Größen
Typen von Messgeräten
Eine ausführliche Aufzählung von Messgeräten findet sich im Artikel Messgerät.
Einen Überblick, wie teilweise erst eine Kette aus Messgeräten von unterschiedlichem Typus zum gesuchten Messwert führt, findet sich im Artikel Messeinrichtung.
Einteilung nach physikalischen Größen
- Druck → Druckmessgerät, Dehnungsmessstreifen, Barometer – Pa, Bar
- Durchfluss → Durchflussmesser, Durchflusssensor – m³/s, l/min, kg/s
- Elektrische Spannung → Spannungsmessgerät – V
- Elektrischer Strom → Strommessgerät – A
- Frequenz → Frequenzmesser, Frequenzzähler – Hz
- Geschwindigkeit → Geschwindigkeitsmessung, Tachometer – m/s
- Kraft → Kraftmessung, Kraftaufnehmer – N
- Länge/Weg/Tiefe → Entfernungsmessung, Wegsensor – m
- Temperatur → Thermometer, Widerstandsthermometer, Thermoelemente – K, °C, °F
Für weitere Größen siehe Liste von Messgeräten
Literatur
- Albert Weckenmann, Teresa Werner: Messen und Prüfen. Kapitel 27 in: Tilo Pfeifer, Robert Schmitt (Hrsg.): Masing Handbuch Qualitätsmanagement. 6., überarbeitete Auflage. Carl Hanser Fachbuchverlag, München / Wien 2014, ISBN 978-3-446-43431-8.
- Elmar Schrüfer, Leonhard Reindl, Bernhard Zagar: Elektrische Messtechnik. 12. Auflage. Carl Hanser Fachbuchverlag, München 2018, ISBN 978-3-446-45654-9.
- Fernando Puente León: Messtechnik. 10. Auflage. Springer, Berlin / Heidelberg 2015, ISBN 978-3-662-44820-5.
- Kurt Bergmann: Elektrische Messtechnik. Vieweg, Braunschweig, ISBN 978-3-528-54080-7.
- Melchior Stöckl, Karl Heinz Winterling: Elektrische Meßtechnik. 8. Auflage. Teubner Verlag, Stuttgart 1987, ISBN 3519464055.
- Hans Hart: Einführung in die Meßtechnik. 5. Auflage. Verlag Technik, Berlin 1989.
- Werner Richter: Elektrische Messtechnik – Grundlagen. 3. Auflage. Verlag Technik, Berlin, VDE-Verlag, Offenbach 1994.
- Werner Kriesel, Hans Rohr, Andreas Koch: Geschichte und Zukunft der Meß- und Automatisierungstechnik. VDI-Verlag, Düsseldorf 1995, ISBN 3-18-150047-X.
- Jörg Hoffmann: Handbuch der Messtechnik. 3. Auflage. Carl Hanser, München 2007, ISBN 978-3-446-40750-3.
- Jörg Hoffmann: Taschenbuch der Messtechnik. 5. Auflage. Fachbuchverlag, Leipzig 2007, ISBN 978-3-446-40993-4.
- Norbert Weichert: Messtechnik und Messdatenerfassung. 2. Auflage. Oldenbourg, München 2010, ISBN 978-3-486-59773-8.
Weblinks
- Literatur von und über Messtechnik im Katalog der Deutschen Nationalbibliothek
- Arbeitskreis der Hochschullehrer für Messtechnik
Einzelnachweise
- James B. R. Battat u. a.: The Apache Point Observatory Lunar Laser-ranging Operation (APOLLO): Two Years of Millimeter-Precision Measurements of the Earth-Moon Range. (PDF; 515 kB) In: iopscience.iop.org. The Astronomical Society of the Pacific, 9. Januar 2009, abgerufen am 4. April 2021.
Autor: www.NiNa.Az
Veröffentlichungsdatum:
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Die Messtechnik befasst sich mit Geraten und Methoden zur Bestimmung Messung physikalischer Grossen wie beispielsweise Lange Masse Kraft Druck elektrische Stromstarke Temperatur oder Zeit Wichtige Teilgebiete der Messtechnik sind die Entwicklung von Messsystemen und Messmethoden sowie die Erfassung Modellierung und Reduktion Korrektur von Messabweichungen und unerwunschten Einflussen Dazu gehort auch die Justierung und Kalibrierung von Messgeraten sowie die korrekte Reduktion der Messungen auf einheitliche Bedingungen Die Messtechnik ist in Verbindung mit Steuerungs und Regelungstechnik eine Voraussetzung der Automatisierungstechnik Fur die Methoden und Produkte der industriellen Fertigung kennt man den Begriff der Fertigungsmesstechnik Die fur die Messtechnik grundlegende Norm ist in Deutschland DIN 1319 EinteilungDie Messtechnik lasst sich nach verschiedenen Arten des Vorgehens bei einer Messung Messmethoden gliedern Ausschlags Methode Nullabgleichs Methode und Konkurrierendes Bei der Ausschlags Messmethode wird der Messwert aus dem Ausschlag oder einer anderen Anzeige eines Messgerates ermittelt Beispiel Federwaage mit Skalenbeschriftung in Gramm Bei dieser Methode muss die Waage justiert sein Bei der Nullabgleichs oder Kompensations Messmethode wird eine bekannte Grosse so eingestellt dass die Differenz mit der zu messenden Grosse den Wert null ergibt Beispiel Balkenwaage mit Anzeige fur Drehmomentengleichgewicht Bei dieser Methode verwendet man einen Satz von Gewichtsstucken oder verschiebbare Gewichte Abwandlungen dieser Grundformen Beispiele Bei der Vergleichs oder Substitutions Messmethode wird die zur quantitativen Auswertung ungeeignete Anzeige der zu messenden Grosse nachgebildet durch eine gleich grosse Anzeige mittels einer einstellbaren bekannten Grosse Beispiel Federwaage mit Skalenbeschriftung in Millimeter Bei dieser Methode muss fur die Waage ein Satz von Gewichten zur Verfugung stehen Bei der Messung wird dann der gleiche Ausschlag mit Gewichtstucken hergestellt wie der vom unbekannten Objekt verursachte Die Masse des unbekannten Objektes wird durch Gewichtstucke substituiert Bei der Differenz Messmethode wird statt der zu messenden Grosse ihr Unterschied zu einer Vergleichsgrosse ermittelt Beispiel Balkenwaage mit Skale also mehr als nur Nullpunkt Anzeige Bei dieser Methode entsteht ein Ausschlag mit dem kleine Anderungen einer Grosse wesentlich genauer messbar sind als durch Differenzbildung nach Messungen der Grosse selber Bei der integrierenden Messmethode wird die zu messende Grosse aus Augenblickswerten durch Integration je nach Technik auch durch Summation oder Zahlung gewonnen vorzugsweise uber der Zeit Beispiel Zahlwerk zur Entfernungsmessung das die Umdrehungen eines Rades erfasst Bei dieser Methode kann auch bei starken Schwankungen im Beispiel in der Drehzahl eine zuverlassige Aussage gewonnen werden Analoge oder digitale Methode Siehe hierzu auch zu einer Gegenuberstellung der Methoden den Artikel Digitale Messtechnik Direkte oder indirekte Methode Direkte Messtechnik Bei der direkten Messmethode wird die Messgrosse unmittelbar mit einem Massstab oder einem Normal verglichen Beispiele einer direkten Messung sind das Anlegen eines Massstabes an die zu bestimmende Lange oder der direkte Vergleich einer zu messenden elektrischen Spannung mit einer einstellbaren Referenzspannung auf einem Spannungs Kompensator Indirekte Messtechnik Die Messsysteme und indirekte Messmethoden machen Grossen auch dann messbar wenn sie auf direktem Wege nicht zuganglich sind Man misst eine andere Grosse und bestimmt daraus die Messgrosse wenn zwischen beiden aufgrund eines Messprinzips ein bekannter eindeutiger Zusammenhang besteht Beispielsweise ware der Abstand von Erde und Mond durch direkten Vergleich mit einem Massstab niemals bestimmbar Nach der Postierung von Retroreflektoren auf dem Mond 1969 gelingt dies hingegen uber die Laufzeitmessung eines LASER Strahls seit 2007 liegt die Unsicherheit schon im Millimeterbereich Eine sehr verbreitete Methode der indirekten Entfernungsmessung mit der auch der Radius der Mondbahn bestimmt werden kann ist die Triangulation Von den beiden Endpunkten einer Standlinie bekannter Lange aus bestimmt man die Winkel unter denen ein dritter Punkt zu sehen ist Aus den Winkeln und der bekannten Distanz kann der Abstand des dritten Punktes zur Standlinie berechnet werden Ahnlich kann der Abstand des Mondes durch indirekten Vergleich mit einem relativ kurzen Massstab bestimmt werden Die Mehrzahl der in Alltag Wissenschaft oder Industrie eingesetzten Messverfahren verwenden indirekte Methoden Das unterstreicht auch die Bedeutung des Verstandnisses von Messabweichungen und ihrer Fortpflanzung durch mehrstufige Messsysteme siehe auch Ausgleichsrechnung und Varianzanalyse Als Variante bzw Erweiterung der indirekten Messmethoden konnen sog Simultanmessungen gelten In vielen Bereichen von Naturwissenschaft und Technik werden gleichzeitige Messungen von verschiedenen Punkten aus vorgenommen Der Zweck ist das Eliminieren von Zeitfehlern das Minimieren der Messabweichung oder das Aufdecken von Quellen systematischer Messfehler je nach Toleranz SchnellreferenzPortal Mess Steuerungs und Regelungstechnik Ubersicht zu Wikipedia Inhalten zum Thema Mess Steuerungs und Regelungstechnik Messgerat Messeinrichtung Multimeter Messmittel Messwert Messergebnis Messabweichung Messgerateabweichung Messunsicherheit Fehlergrenze Fehlerfortpflanzung Fehlerrechnung Reduktion Messung Eichung Sensor Sensorik Messprinzip Messung als Ausfuhren von geplanten Tatigkeiten Metrologie als Wissenschaft vom Messen und ihre Anwendung Schaltzeichen zur MesstechnikGrundlagen der elektrischen MesstechnikVertiefend zu den vorstehenden Themen sind zu nennen Zeitabhangigkeit von Messgrossen konstante oder in ihrer langsamen Veranderung erfassbare Grossen als einzelner Messwert Folge von Messwerten Liniendiagramm Augenblickswerte schnell veranderlicher vorzugsweise periodischer Grossen als stehendes Bild auf einem Bildschirm durch Mittelwertbildung erfassbare Grossen als Gleichwert Gleichrichtwert Effektivwert Elektromechanische anzeigende Messgerate z B Analogmultimeterderen Fehlergrenzen dd Digitalelektronische anzeigende Messgerate z B Digitalmultimeterderen Fehlergrenzen dd Registrierende Messgerate z B Oszilloskope Messschreiber Anpassende Messgerate z B Messumformer Messumsetzer Messverstarkerderen Messsignale dd Messverfahren fur elektrische Grossenz B Widerstandsanderung Wirkleistung dd fur nicht elektrische Grossenz B Temperatur Druck siehe weiter unten dd Typen von MessgeratenEine ausfuhrliche Aufzahlung von Messgeraten findet sich im Artikel Messgerat Einen Uberblick wie teilweise erst eine Kette aus Messgeraten von unterschiedlichem Typus zum gesuchten Messwert fuhrt findet sich im Artikel Messeinrichtung Einteilung nach physikalischen GrossenDruck Druckmessgerat Dehnungsmessstreifen Barometer Pa Bar Durchfluss Durchflussmesser 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