Messtechnik Grundlagen

Messen ist das Vergleichen von Basisgrößen mit einem festgelegtem Normal. Das gilt auch für aus den Grundgrößen abgeleitete Größen. Abgeleitete Größen sind aus den Grundgrößen zusammengesetzte Definitionen! Hier werden mehrere Basisgrößenvergleiche in einer Messung erfasst. Es gibt "nur" sieben physikalische Basisgrößen! Diese sind: Länge, Masse, Zeit, Stromstärke, Temperatur, Stoffmenge, Lichtstärke. Alle anderen Physikalischen Größen (abgeleitete Größen) lassen sich auf diese Grundgrößen zurückführen! Ein Beispiel für abgeleitete Größen sind Spannung, Leistung, Kraft,...zu nennen.

Zur klaren Definition einer Messgröße müssen deren Parameter bestimmet sein. Da man Grundgrößen nie alleine Messen kann, muss man sich vor der Messung klar machen von welchen anderen Größen die Messung beeinflusst wird. Diese Überlagerung ist dann ein Parameter der Messung. Ein Beispiel ist die Längenmessung. Die gemessene Länge wird abhängig von der Temperatur gemessen, da die Messprobe und das Messmittel unterschiedliche Längenausdehnungskoeffizienten haben. Dieses Beispiel zeigt nur ansatzweise die Komplexität der Problematik! Der in der Messtechnik oft zu hörende Spruch "Wer viel mißt, mist Mist" ist in diesem Zusammenhang einfach erklärbar. Oft ist zu wenig Kenntnis der Messparameter vorahnden. Es gilt vor jeder Messung sich die Frage zu stellen: Kenne ich die Messparameter wirklich? Aus diesem Grunde werden Messergebnisse in der Grundlagenforschung nicht als wahr angenommen. Sie müssen durch eine Theorie und kritische Bewertung bestätigt werden.

Das Messverfahren muss erlauben den Messparameter zu bestimmen. Auch hier kann durch ein Beispiel die Problematik verdeutlicht werden. Will man Micrometer messen reicht es nicht aus einen Zollstock zu benutzen! Man muss ein Messmittel verwenden, welches die Messaufgabe lösen kann. Beispiele wären hier: Messmikroskop, Spiegelsysteme und vieles mehr. Ein falsch festgelegtes Messverfahren wird nie einen auswertbaren Messwert liefern. Trotzdem wird immer wieder versucht mit ungeeigneten Messverfahren Messungen durchzuführen.

Die Festlegung des Messaufbaus hat Einfluss auf die Qualität der Messung. Der Messaufbau beeinflußt den Messwert durch Rückwirkung! Beispiel ist wieder die Längenmessung: Will man den Durchmesser von einem Luftballon mit einem Messschieber messen, so wird das extrem schwierig! Durch den Messaufbau wird der Ballon sehr leicht verformt. Das führt in der Folge zu fehlerhaften Messwerten, da der Messschieber durch Rückwirkung das Messergebnis beeinflusst hat.

Bei der Einstellung der Messgeräte ist auf die sinnvolle Auswahl der Messbereiche zu achten. Je nach Messbereich haben die Messgeräte unterschiedliche Genauigkeiten oder auch eine veränderte Rückwirkung. So erreicht man mit falsch eingestellten Messmitteln immer ungenauere oder sogar falsche Messwerte.

Beispiele für typische Fehler sind: - Aussteuerbereich nicht ausreichend beachtet (Signalclipping) - Falsche Zeitbasis gewählt (Shannon Theorem verletzt) - zu grosser Messbereich eingestellt (Verlust an Messgenauigkeit) - Messgerät nicht Betriebswarm (Arbeitspunkt driftet)

Bei allen Messungen sind die Geräteeinstellungen zu dokumentíeren um eine korrekte Fehlerbetrachtung durchführen zu können. Von besonderem Intresse ist das immer dann, wenn Messergebnisse nicht der Messerwartung entsprachen.

Die durchführung der Messung soll sorgfältig geschehen. Häufig werden bei der Durchführung der Messung vermeidbare Fehler gemacht. Die Ursachen können unterschiedlicher Art sein. Vor jeder Messung sollte man die möglichen Fehler betrachten und versuchen ausschliessen. Typische Fehler sind: - Ablesefehler (zu kleine Anzeige, Paralaxe,...) - Rauschen (keine stabile Anzeige) - Fehldokumentation (Ermüdung des Personals) - Fehlinterpretation (Mangel an Fachwissen) - Überlagerung (Bei der Messung sind Fremdeinwirkungen unbemerkt eingetreten) - Ausfall (Teile des Messaufbaus fallen aus ohne das dieses bemerkt wird)

Gerade die Fehler Fehlinterpretation, Überlagerung, Ausfall treten selbst bei "Profis" oft unendeckt oder spät auf. Hier kann die Durchführung einer FMEA klarheit verschaffen.

Die Messgenauigkeit wird von vielen Dingen wie Einstellung, Messverfahren, Ablesefehler beeinflusst. Die Messgeräte selber haben eine Messgenauigkeit die beachtet werden muss. Hierbei gibt es verschiedene Fehler. Diese sind: - relativer Fehler - absoluter Fehler - lineare Fehler - nichtlineare Fehler - Skalenendfehler - Offsetfehler

Aus der Summe der Fehler kann man mit Hilfe der Fehlerfortpflanzungsrechnung den Gesamtfehler der Messung berechnen.

Ursache von Messfehlern: Messparameter nicht vollständig bekannt Falsches Messverfahren angewendet Messaufbau ist ungeeignet Messeinstellungen stimmen nicht Messstörungen Verfälschung von Messergebnissen Veränderung von Messparametern Nichtlinearitäten Die meisten Messfehler entstehen durch fehlendes Wissen!

Was ist der Unterschied zwischen Kalbrieren und Eichen? Warum müssen wir kalibrieren?

Ein Messmitttel ist dann geeignet, wenn das Messmittel in der Lage ist die Messaufgabe zu erfüllen!

Die Messmittelfähigkeit ist dann gegeben, wenn man reproduzierbar die gleichen Messergebnisse erzielt!