Die Grundlagen und Aufgaben der Messtechnik

Die Grundlagen und Aufgaben der Messtechnik

Messtechnik findet in vielen Bereichen Anwendung. Egal ob Elektrotechnik, Maschinenbau, Medizin, Chemie oder in der Umwelttechnik: Die angewandte Messtechnik spielt eine große Rolle.

In diesem Beitrag lernen Sie die grundlegenden Begrifflichkeiten sowie die Aufgaben der Messtechnik kennen.

Aufgaben der Messtechnik

Im Bereich der industriellen Messtechnik wird oftmals das Erzielen neuer Erkenntnisse im Zuge der wissenschaftlichen Weiterentwicklungen übersehen. Denn neben den klassischen messtechnischen Tätigkeiten wie dem Prüfen, Kalibrieren, Justieren oder Eichen forscht die Wissenschaft, mithilfe der Messtechnik, an der technischen Weiterentwicklung von Messverfahren.

Dadurch können beispielsweise Verbesserungen im Umweltschutz oder auch in der Telekommunikation vorgenommen werden. Der Einsatz spezieller und immer genauer werdender Messverfahren ermöglicht es, Fehler zu erkennen und zu beseitigen.

Die Aufgabe der Messtechnik ist allgemein durch drei Merkmale zu beschreiben:

  • Messtechnik ist nicht objektiv. Das Messen ist damit vom Schätzen zu unterscheiden.
  • Messtechnische Tätigkeiten sind wiederholbar, kontrollierbar und lassen sich reproduzieren.
  • Alle Ergebnisse der Messtechnik sind mit einer Zahl versehen.

Auch im Bereich der Messtechnik rückt die Digitalisierung immer weiter vor.

Elektrische Messverfahren kommen immer mehr zum Einsatz. Nichtelektronische Größen werden heutzutage auch durch digitale Messsysteme ermittelt.

Dabei bieten elektrische Messverfahren viele Vorteile. Die Messwerte können ohne großen Leistungsaufwand erfasst werden. Außerdem sind die hohe Auflösung, die schnelle und einfache Weiterverarbeitung der Messdaten sowie die gute Übertragungsfähigkeit weitere wichtige Vorteile im digitalen Zeitalter.

Typische Tätigkeiten der Messtechnik

Das eigentliche Messen widmet sich der Bestimmung einer Messgröße multipliziert mit einer Einheit. Daneben gibt es aber weitere typische Tätigkeiten, welche von dem standardmäßigen Messen zu unterscheiden sind.

Prüfen

Wir sprechen von Prüfen, wenn wir feststellen ob das Messobjekt eine oder mehrere Bedingungen erfüllt. Sprich, das Ergebnis spiegelt sich immer in einer Ja/Nein Entscheidung wieder. Werden bestimmte Anforderungen erfüllt? Um diese Art von Frage kümmert sich die Tätigkeit des Prüfens. Beispiele sind hier die Prüfung von Widerstandswerten bestimmter Widerstände innerhalb einer Toleranzgrenze.

Kalibrieren

Nach Definition: Unter Kalibrieren versteht man die Bestimmung der Messabweichung, also des Zusammenhangs zwischen dem ausgegebenen und dem wahren Wert einer Messgröße. Damit wird geprüft, ob die Messeinrichtung die zugesagte Genauigkeit einhält. Dabei kann eine Tabelle zur Korrektur systematischer Abweichungen aufgestellt werden. Bei einer Kalibrierung wird der Bezugswert mithilfe einer Normalen bestimmt. Das Referenzmessgerät heißt dabei Normal.

Kalibrierung von Messgeräten

Justieren

Beim Justieren wird die Messeinrichtung abgeglichen. Ziel einer Justierung ist es, Messabweichungen zu reduzieren. Der Unterschied zwischen dem Kalibrieren und Justieren besteht darin, dass beim Justieren beispielsweise eine genau bekannte Spannung angelegt und gleichzeitig mit dem Normal gemessen wird. Die Abgleichelemente werden solange verändert, bis der Anzeigewert mit dem Referenzwert möglichst genau übereinstimmt.

Eichen

Eine Eichung ist oftmals in Verbindung mit amtlichen Behörden in Verbindung zu bringen. Eichen ist einfach ausgedrückt, die Prüfung von Messgeräten nach gesetzlichen Vorschriften und Anforderungen. Hält ein Messgerät alle Forderungen ein, wird darauf ein Eichzertifikat ausgegeben. Viele Messmittel sind besonders im geschäftlichen Verkehr eichpflichtig. Am Häufigsten findet die Eichung bei Waagen oder Gasmengenmessern Anwendung.

Grundlegende Begrifflichkeiten

Im Folgenden werden einige grundlegenden Begriffe der Messtechnik, oder auch Metrologie (Wissenschaft vom Messen) erläutert.

Messgröße

Die Messgröße ist die physikalische Größe, die durch die Messung bestimmt werden soll. Hierbei kann beispielsweise der Widerstandswert, die Energie, Spannung oder auch der Gleichstrom bestimmt werden.

Normen

Normen und Richtlinien sind nicht unbedingt beliebt. Jedoch haben sie den wichtigen Zweck, den Stand der Technik zu beschreiben und unterstützen damit die Sicherheit und Qualität von Produkten und Dienstleistungen. Sie gelten als Grundlage für den internationalen Handel.

Messgerät

Ein Messgerät ist das Gerät, welches für die Messung einer Messgröße benötigt wird. Dabei enthält das Messgerät eine Anzeige, welche den Messwert anzeigt. Die Messgröße kann von dem Messgerät auch umgeformt oder bearbeitet werden wie zum Beispiel ein Strom-Spannungswandler dies tut.

Messeinrichtung

Eine Messeinrichtung ist ein System, welches aus einem oder mehreren Messgeräten zusammen mit den für die Messung notwendigen Einrichtungen besteht. Zu diesen Einrichtungen zählt beispielsweise die Energieversorgung. Ein Digitalvoltmeter oder eine Kalibriereinrichtung sind z. B. solche Messeinrichtungen.

Messgrößenaufnehmer

Der Messgrößenaufnehmer wird im allgemeinen Sprachgebrauch auch als Sensor oder Messfühler bezeichnet. Er ist Teil des Messgeräts oder der Messeinrichtung. Dabei spricht der Messfühler direkt die physikalische Größe an. Das Ausgangssignal des Sensor wird weiterverarbeitet und ausgegeben. Beispiele solcher Sensoren sind Stromfühlwiderstände oder Hallsensoren zur Leistungsmessung.

Messwert

Der Messwert ist ein explizit gemessener Wert einer Messgröße. Er wird als Zahlenwert multipliziert mit einer Einheit angegeben. Das kann beispielsweise 223,2 V als ein gemessener Wert einer Spannung sein.

Der wahre Wert

Der wahre Wert ist der eindeutig existierende Wert der Messgröße. Sozusagen das Ziel der Messung. In der Regel ist der wahre Wert nicht erfassbar. Äußere Umstände, Einflüsse oder Rückwirkungen lassen eine Erfassung nicht zu. Der Messwert wird quasi durch diese Einflüsse auf das Messgerät selbst verfälscht.

Messabweichung

Die Messabweichung ist die Differenz des Messwertes vom wahren Wert. Ziel einer Kalibrierung ist es, diese Messabweichung zu erfassen.

Messergebnis

Das Ergebnis einer Messung kann ein einzelner Messwert oder aus mehreren Messwerten ermittelt worden sein. Hierbei gelten besondere Rechenvorschriften. Gegebenenfalls werden einzelne Messwerte auch berichtigt.

Messunsicherheit

Die Messunsicherheit bildet ein Intervall um den Messwert, in dem der wahre Wert mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit liegt. Für einen bestimmten Messwert mit einer Messunsicherheit liegt der wahre Wert im Intervall x±u.

Rückführbarkeit

Die Rückführbarkeit ist eine Eigenschaft eines Messergebnisses, welche sich darin bezeichnet, durch eine ununterbrochene Kette von Vergleichen auf entsprechende nationale Normale bezogen zu sein. Dabei ist die Rückführbarkeit nach ISO 9000 vorgeschrieben. In bestimmten Audits, von unabhängigen und akkreditierten Firmen, wird die Einhaltung der Qualitätssicherung geprüft. Wird diese Prüfung bestanden erhält die jeweilige Qualitätssicherung eine Zertifizierung. Messmittel müssen demnach, für eine ISO-Zertifizierung, mit Normale kalibriert werden, die auf internationale oder nationale Normale rückführbar sind.

Fazit

Das Messen und Prüfen ist seit Menschengedenken im täglichen Leben verankert. Es sind Tätigkeiten, welche der Wissenschaft, dem Handwerk und der Industrie von großem Nutzen sind. Außerdem sind sie unverzichtbar für eine globale Zusammenarbeit.

Wir hoffen, wir konnten Ihnen einen kleinen jedoch lehrreichen Einblick in die Aufgaben und Grundlagen der Messtechnik geben.

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Falko Kreißig

Falko Kreißig ist Geschäftsführer der QMK GmbH und damit Inhaber eines nach DAkkS 17025 akkreditiertem Kalibrierlabor. Als gelernter Industrieelektroniker und mit viel Erfahrung im Berufsfeld des Qualitätsmanagement, informiert er im QMK Blog über Neuigkeiten zum Unternehmen und zu Thematiken aus der Messtechnik und dem Qualitätsmanagement.

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