Messgerät

Messgeräte (auch Messinstrumente genannt) dienen zur Bestimmung geometrischer oder physikalischer Größen. Meistens führen sie im Rahmen einer Messung mittels einer Skalen- oder Ziffernanzeige auf eine quantitative Aussage über die zu messende Größe. Diese Aussage, der Messwert, wird als Produkt von Zahlenwert und Einheit angegeben. Die prinzipiell zugrunde liegenden Messmethoden werden unter Messtechnik angegeben. Allgemeine Merkmale der Messgeräte gemäß DIN 1319-1 werden unter Messmittel aufgeführt. Statt einer ablesbaren Anzeige kann ein Messgerät auch ein Signal, vorzugsweise ein elektrisches Signal, ausgeben; oder es kann Daten speichern, elektronisch oder auf Papier (z.B. als Messschreiber oder Registrierapparat).

Eine Messeinrichtung ist in den „Grundlagen der Messtechnik“ in DIN 1319 als „Gesamtheit aller Messgeräte und zusätzlicher Einrichtungen zur Erzielung eines Messergebnisses“ definiert und besteht im einfachsten Fall aus einem einzigen Messgerät.

Messgeräte zur Ausführung von Messungen zählen allgemein zur Gruppe der Messmittel. Werden diese zur Prüfung eingesetzt, werden sie gemäß DIN 1319-2 auch als Prüfmittel bezeichnet.

Das Messgerät kann fehlerhaft arbeiten, bzw. der Messwert kann Messabweichungen enthalten; diese sind herauszurechnen bzw. in ihrer Größe abzuschätzen. Besonders genaue Messgeräte können zur Kalibrierung, Justierung oder Eichung anderer Messgeräte dienen (Messmittelüberwachung). Für ermittelte Werte kann eine Messunsicherheit angegeben werden.

Messung nichtelektrischer Größen

Grundlegende Messgeräte

Ohne die grundlegenden Messgeräte zur Bestimmung der Zeit und zur Messung von Längen sowie dem simplen Zählen können keine anderen Messgeräte hergestellt bzw. benutzt werden. Andere Größen, auch Basisgrößen werden abgeleitet oder aber die Messgeräte werden durch Anwendung dieser Größen bestimmt.

Zeitmessung

Die Zeit wird mit verschiedenen Uhren gemessen:

• Pendeluhr misst die Zeit über die Schwingungsdauer eines Pendels.
• Funkuhr empfängt das genaue Zeitsignal einer Atomuhr per Funksignal.
• Stoppuhr mechanisch oder elektrisch / elektronisch
• Kurzzeitwecker mechanisch oder elektrisch mit akustischem, optischem Wecksignal oder/und Schaltmöglichkeit
• Quarzuhr misst die Zeit mit einem durch Schwingquarz gesteuerten Oszillator.
• Intervallzähler misst Frequenzen und Zeitintervalle auf Basis eines Oszillators.
• Atomuhr misst die Zeit aufgrund der hohen Konstanz von atomaren Schwingungen. Mit Wasserstoffmasern die genauesten derzeit verfügbaren Uhren.

Längenmessung

Prinzipiell unterscheiden wir zwei einfache Formen der Messmittel zur Längenmessung: das Strichmaß, welches das Maß durch den Abstand zwischen zwei Strichen verkörpert und das Endmaß (das Urmeter etwa), bei dem das durch den Abstand zweier Flächen geschieht.

Lineal,
• Messrad zum raschen Abfahren einer Messstrecke (rel. Messabweichung je nach Aufbau bis 1 ‰)
• Maßband für Vermessungen bis 50 m, maximal 100 m (Messabweichung 1 bis 3 cm)
• Elektronische Distanzmesser (EDM, Distanzer): hochpräzise Streckenmessung von einigen Dezimetern bis zu vielen Kilometern, mit Laserlicht, Infrarot oder Mikrowellen. Messabweichung terrestrisch bis etwa 10⁻⁷ (1 mm auf 10 km)
• Satellite Laser Ranging (SLR): Laser-Laufzeitmessung von Bodenstationen zu Satelliten, Messabweichung bis 10⁻⁹.

Wegsensoren wie beispielsweise:

• Laserentfernungsmesser, Laserinterferometer
• Ultraschallentfernungsmesser
• Seilzuglängengeber (Auflösung je nach Aufbau bis 0,01 mm möglich)
• Glasmaßstab
• Kapazitiver Sensor
• Laser surface velocimeter dienen zur Längenmessung an kontinuierlich erzeugten Gütern und Bahnwaren.

Zählen

Zählen ist das elementarste Messprinzip: Auch bei der Zeit- oder Längenmessung wird oft schlicht gezählt. Mit der Durchdringung der Messtechnik durch digitale Methoden hat das Messprinzip enorm an Bedeutung gewonnen.

Zählen im messtechnischen Sinne ist das Bestimmen der Anzahl . Zählwerke messen die Anzahl von Objekten oder Ereignissen, bei befristeter Zählung bestimmen sie deren Häufigkeit:

• Handzähler für Einzelereignisse, dezimal mit Überträgen auf mehrere Ziffernrollen oder Ziffernräder
• Umdrehungszähler mit zusätzlicher mechanischer oder optischer Erfassung einer Achsenmarkierung
• Geigerzähler zur Bestimmung radioaktiver Zerfallsereignisse
• Elektronische Zähler siehe im Abschnitt Zähler im Artikel Digitale Messtechnik

Volumenmessung

Die Bestimmung sowohl des Hohlvolumens als auch des Volumens fester Körper, von Flüssigkeiten oder Gasen wird historisch durch Hohlkörper oder skalierte Messgefäße realisiert, meist aber über Volumenberechnung.

Masse, Gewichtskraft, Dichte usw.

Die Gewichtsmessung ist ein Fachgebiet der Massenmesstechnik. Während früher Waagen vor allem durch den geschickten Aufbau der mechanischen Elemente wie Hebel, Gewichtsstücke oder/und Federn bestimmt wurden, ist die Wägetechnik heute durch die Elektronik geprägt.

• Waagen dienen der Bestimmung der Masse von Körpern
• Balkenwaagen vergleichen die Masse eines Probekörpers mit kalibrierten Gewichtsstücken

Temperatur

Die Temperaturmessung wird in einem extra Artikel ausführlicher behandelt, diese Aufzählung gilt nur als Überblick.

Thermometrie ist die Wissenschaft von der Temperaturmessung – Messung durch Thermometer in verschiedenen Ausführungen.

Moderne Thermometer

• Thermoelemente (siehe auch: Thermoelektrizität)
• Thermografie: berührungslose Flächen-Temperaturmessung mit Infrarotstrahlung. „Wärmebild“ in Hell-Dunkel Darstellung oder in Farben (siehe Bild)

Messung elektromagnetischer Größen

Elektrische Größen

• Spannungsmessgerät, umgangssprachlich Voltmeter, für die elektrische Spannung oder Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten
  • Oszilloskop, zur Darstellung des zeitlichen Verlaufs einer elektrischen Spannung als Graph
• Strommessgerät, umgangssprachlich Amperemeter, für die elektrische Stromstärke
  • Galvanometer, Spezialmessgeräte bei kleinsten Gleichströmen
• Widerstandsmessgerät, umgangssprachlich Ohmmeter, für den elektrischen Widerstand
  • Wheatstonesche Messbrücke für den ohmschen Widerstand mittels einer Vergleichsmethode, alternativ für eine kleine Widerstandsänderung mittels einer Ausschlagsmethode

Magnetfeld

• Hall-Sonden messen Magnetfeld- oder Stromstärken.

Radioaktivität und Strahlung

• Spektrometer ermitteln die Absorption einer bestimmten Wellenlänge einer Strahlung, aber auch Emissions-, Reflexions- und Fotoleitungsspektren
• Dosimeter messen die Strahlendosis als zeitliches Integral der Dosisleistung
• Geiger-Müller-Zählrohre messen den Einfall ionisierender Strahlung
• Szintillationszähler messen je nach Aufbau von Alpha-, Beta-, Gamma- oder Neutronenstrahlung
• Röntgen-Geräte messen den Strahlungsdurchgang durch ein Objekt

Drehzahl

• Hall-Sensor: zur Drehzahlbestimmung mittels Hall-Effekt

Meteorologische Instrumente

Die folgenden Messgeräte werden in der Meteorologie und natürlich aber auch in anderen technischen Bereichen eingesetzt.

• Barometer messen den Druck von Luft und auch die Höhe (Altimeter). Über die Anzeige des Luftdrucks auch zur Vorhersage des Wetters verwendet.

Qualität der Messungen

Messgeräte-Hersteller sollen Angaben zu den Fehlergrenzen (maximale Beträge der Messgeräteabweichung des Anzeigewertes vom richtigen Wert) machen.

Bei elektrischen Messgeräten mit Skalenanzeige (z.B. Analogmultimeter), werden diese Grenzen vorzugsweise in % v.E. (Prozent vom Endwert) angegeben, häufig mittels eines Klassenzeichens. Damit ist die maximale absolute Messabweichung gemeint; sie wird über den Messbereichsendwert berechnet. Ein Messgerät mit einem Messbereichsendwert von z.B. 100 V und einer Klasse 1,5 kann selbst im günstigsten Fall bis zu 1,5 % ∙ 100 V = 1,5 V in seiner Anzeige vom richtigen Wert abweichen. Diese Angabe gilt im gesamten Messbereich unabhängig vom Messwert.

Zu Messgeräten mit Ziffernanzeige siehe Messgeräteabweichung, auch Digitalmultimeter.

Die relative Fehlergrenze eines Messwertes ist definiert als absolute Fehlergrenze geteilt durch den richtigen Wert; sie wird umso größer, je kleiner der Messwert ist. Bei umschaltbaren Messgeräten soll deshalb immer der Messbereich gewählt werden, mit dem man den größtmöglichen Ausschlag erhält.

Beispiel: Bei einem Messwert 19 V mit dem genannten Messgerät erhält man (bei Einhaltung vorgegebener Bedingungen wie Temperatur oder Lage)

Ergebnis = 19 V ± 1,5 V = 19 V ∙ (1 ± 8 %)

also relative Fehlergrenze = 8 % im Messbereich 100 V; in einem Messbereich 30 V ergäbe sich 2,4 %.

Weitere Messabweichungen, etwa verursacht durch Eigenverbrauch oder durch nicht sinusförmigen Verlauf bei Wechselgrößen, lassen sich mit den genannten Angaben nicht erfassen und müssen getrennt bestimmt werden.

Analytische Messgeräte

• Chromatographen trennen Stoffgemische beziehungsweise ermitteln relative Wanderungsgeschwindigkeiten von Substanzen in den gewählten Medien. Die genaue Bezeichnung beschreibt den Aufbau:
  • Gaschromatographen
  • Dünnschichtchromatographen
• Massenspektrometer bestimmen die in einem Substanzgemisch vorhandenen molaren Massen (siehe auch Molare Masse).

Daten- und Kommunikationstechnik

Diese Norm-Messgeräte untersuchen die korrekte Ausführung der Kabelanschlüsse (Verbindung zwischen Stecker und Kabel) und/oder die Physik der Datentechnik, also Pegel des Signals und Störungen. Im industriellen Bereich werden diese Geräte vor allem für Feldbusse oder Ethernet verwendet. Neben den Testern, also Geräten, die die Physik untersuchen, gibt es noch Protokoll-Analyse-Geräte, die den Dateninhalt untersuchen. Die Aufzählung gibt nur exemplarisch einige typische Geräte wieder.

Ethernet

Ist aufgrund seiner Verbreitung das System für das es die größte Anzahl von Analyseprogrammen gibt. Hier eine kleine Auswahl ohne Wertung …

• Ethernet-Cabel-Check-Tester: Thin Ethernet (RG98U), Thick Ethernet (yellow cable), RJ45
• MRTG Analyse: Multi Router Traffic Grapher Darstellung Netzwerkverkehr unter anderem
• Ethereal oder WireShark Analyse: Verwendete Datenkanäle eines Netzwerks, Daten, Protokolle
• nmap Analyse: Netzwerk-Scanner mit vielen Funktionen

Normale

Normale sind Maßverkörperungen, Messgeräte, Referenzmaterialien oder Messeinrichtungen, die den Zweck haben, eine Einheit oder einen oder mehrere Größenwerte festzulegen, zu verkörpern, zu bewahren oder zu reproduzieren, um diese an andere Messgeräte durch Vergleich weiterzugeben. Routinemäßig eingesetzte Normale heißen Gebrauchsnormale. Bezugsnormale werden dagegen nur zur gelegentlichen Kalibrierung der Gebrauchsnormale eingesetzt, ggf. auch über weitere dazwischenliegende Normale, die dann Normale höherer (zweiter, dritter) Ordnung heißen. Dadurch wird die Belastung der höherwertigen Normale minimiert. Auch die Bezugsnormale werden über eine weitere Kalibrierhierarchie auf ein Primärnormal, das den höchsten metrologischen Anforderungen entspricht, zurückgeführt. Dabei handelt es sich in der Regel um ein von einem nationalen metrologischen Institut unterhaltenes nationales Normal oder um ein internationales Normal. Innerhalb der Kalibrierhierarchie nimmt die Genauigkeit der Normale nach oben hin stetig zu.

Prüfstände dienen zur Fehlerkontrolle zur Qualitätssicherung oder Eichung von Messgeräten (beispielsweise für Wasserzähler).

Technische Hilfsmittel für Messungen in der Medizin

Technische Hilfsmittel für Messungen in der Medizin sind eigentlich keine Messgeräte, werden aber für Messungen verwendet:

• Mikroskop, vor allem Lichtmikroskope z.B. für Zählung/Erkennung von Bakterien …
• medizinische Kameras (teilweise auch mit Infrarot- oder UV-Licht)
• Ultraschallgeräte zur Diagnostik (Schwangerschaft, …)
• Röntgen-Geräte zur Diagnostik (innere Organe, Knochenbrüche, Osteoporose …)
• Parallelometer zur Messung von Disparallelitäten bei der Herstellung von Zahnersatz

Literatur

• H. R. Tränkler: Taschenbuch der Meßtechnik. Oldenbourg, München 1992.
• Jörg Hoffmann: Taschenbuch der Messtechnik. Fachbuchverlag, Leipzig 2004.
• Wolfgang Schmusch: Elektronische Meßtechnik. Vogel Buchverlag, Würzburg 1991.
• Jörg Hoffman: Handbuch der Messtechnik. Hanser, München 2005.

Basierend auf einem Artikel in: Wikipedia.de

Seite zurück
© biancahoegel.de
Datum der letzten Änderung: Jena, den: 19.06. 2024