Messtechnik

Autor	Jürgen Bechtloff
Verlag	Vogel Communications Group GmbH & Co. KG
Erscheinungsjahr	2011
Seitenanzahl	242 Seiten
ISBN	9783834361493
Format	PDF
Kopierschutz	Wasserzeichen/DRM
Geräte	PC/MAC/eReader/Tablet
Preis	5,80 EUR

Die Grundaufgabe der Messtechnik lautet: Wie häufig ist eine definierte Teilmenge in der zu analysierenden Messgröße enthalten? In nahezu allen Bereichen des täglichen Lebens begegnet uns diese Grundaufgabe - die Messtechnik spielt eine wichtige, wenn nicht sogar eine entscheidende Rolle. In der Naturwissenschaft und der Technik bildet die Messtechnik die Basis zur Analyse technischer Systeme. Daher ist dieses innovative Wissensgebiet ein wichtiger Bestandteil des Maschinenbaustudiums. Die Messtechnik kann natürlich nicht für sich alleine betrachtet werden, sondern sie nutzt die Grundlagen aus allen an den Ingenieurwissenschaften beteiligten Disziplinen: Mathematik, Physik, Informatik u. v. m.

JÜRGEN BECHTLOFF, studierte an der Technischen Universität Braunschweig Maschinenbau und promovierte dort 1992 auf dem Gebiet der Robotik. Er war anschließend in der Entwicklung der Firma Moeller in Bonn tätig, einem Hersteller von Komponenten und Systemen für die Energieverteilung und Automatisierung (Automatisierungstechnik). Seit 1998 verantwortet er an der Fachhochschule Südwestfalen am Standort Meschede die Studiengänge Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik sowie die Module Mechatronik, Robotik und Getriebetechnik. Er ist Dekan des Fachbereichs Ingenieur- und Wirtschaftswissenschaften.

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Leseprobe

2 Messfehler (S. 33-34)

Jede Messung ist mit Messfehlern behaftet. Dabei unterscheidet man zwischen systematischen Fehlern und zufälligen Fehlern.

2.1 Systematische und zufällige Fehler

Systematischer Fehler (nach DIN 1391)
Fehler, die hauptsächlich durch die Unvollkommenheit der Messgeräte, der Messverfahren und auch des Messgegenstandes hervorgerufen werden, sind systematische Fehler. Sie ergeben sich z.B. durch falsch geeichte oder fehlerhaft gefertigte Messgeräte. Bei einem Gliedermaßstab kann z.B. durch das Austrocknen des Materials ein Schrumpfen der Länge des Maßstabs resultieren, und so werden die ermittelten Maßzahlen größer sein als die wahren Werte. Bei einem elektrisch-analogen Zeigerinstrument kann der durch Alterung schwächer gewordene Permanentmagnet zu Abweichungen der Werte führen. Weiterhin können systematische Fehler auftreten, wenn während des Messens infolge von Änderungen der Messbedingungen, z.B. die Änderung der Temperatur der Umgebung, die Voraussetzung verändert wird.

Beispiel

Mit einem Spannungsmesser wird ein Spannungsnormal mehrmals am Tag gemessen. Die Messwerte unterscheiden sich in Betrag und Vorzeichen → zufällige Fehler? Es liegt die Vermutung nahe, dass eine Abhängigkeit der Messung von der Umgebungstemperatur besteht. Deshalb werden die Messungen in einer Temperaturkammer wiederholt, und die Vermutung bestätigt sich. Bei der Berücksichtigung dessen bei den folgenden Messungen wird dies als ein systematischer Fehler eingestuft.

Mit verfeinerten Versuchsbedingungen und besserer Systemkenntnis werden immer mehr zufällige Fehler zu systematischen Fehlern. Wiederholt man mit einer realen Messeinrichtung unter möglichst konstant gehaltenen Umgebungsbedingungen n -mal die Messung der gleichen (konstanten) Messgröße xE , so wird man aufgrund des zufälligen Zusammenwirkens vieler kleiner, nicht beeinflussbarer Störeinflüsse unterschiedliche Messwerte (Anzeigen) erhalten.

Systematische Fehler sind grundsätzlich bestimmbar nach Betrag und Vorzeichen, deshalb auch grundsätzlich durch Berechnungen oder technischen Aufwand eliminierbar.

Zufällige Fehler
Selbst bei völligem Ausschalten aller systematischen Fehler erhält man bei mehrmaligem Messen der gleichen physikalischen Größe nie genau übereinstimmende Beispiel Systematische und zufällige Fehler"

Blick ins Buch

Inhaltsverzeichnis

Titel	3
Copyright	4
Vorwort	5
Inhaltsverzeichnis	7
1 Einführung in die Messtechnik	13
1.1 Grundbegriffe der Messtechnik	13
1.2 Einheitensystem	15
1.3 Grafisches Darstellen von Messgrößengleichungen	20
1.4 Messkettenaufbau, Messkettenelemente	22
1.5 Signale	27
1.6 Energieprinzip in der Messtechnik	30
2 Messfehler	33
2.1 Systematische und zufällige Fehler	33
2.2 Statistische Analyse von Messwerten	36
2.3 Mittelwert, Erwartungswert, Standardabweichung	39
2.4 Fehlerfortpflanzung	50
3 Verarbeiten von Messdaten	57
3.1 Interpolationsverfahren	58
3.2 Approximationsverfahren	68
4 Beschreibung physikalischer Systeme	81
4.1 Allgemeines System	82
4.2 Mechanisch-translatorisches System	83
4.3 Mechanisch-rotatorisches System	84
4.4 Elektrisches System	85
4.5 Fluidisches System	86
4.6 Thermodynamisches System	87
5 Messen elektrischer Größen	89
5.1 Verknüpfungsgesetze	89
5.2 Spannung	93
5.3 Strom	94
5.4 Widerstand	94
5.5 Einstellbarer Spannungsteiler	95
5.6 Anpassungsschaltung für Widerstände	96
6 Messen geometrischer Größen	99
6.1 Längenmessungen	99
6.2 Optische Verfahren	104
6.3 Induktive Wegsensoren	109
6.4 HALL-Elemente	114
7 Messen von Drehzahl und Geschwindigkeit	117
7.1 Mechanische Verfahren	117
7.2 Elektrodynamische Verfahren	117
7.3 Messen der Drehzahl mittels Zählung	118
8 Messen der Beschleunigung	121
8.1 Kapazitive Beschleunigungssensoren	121
8.2 Induktive Beschleunigungsaufnehmer	122
8.3 Silizium-Beschleunigungsaufnehmer	123
8.4 Piezoelektrische Beschleunigungsaufnehmer	123
9 Messen von Kraft und Drehmoment	127
9.1 Dehnungsmessung	127
9.2 Mechanische Dehnungsmessung	127
9.3 Kraftmessung	132
9.4 Drehmomentmessung	135
10 Messen von Temperaturen	141
10.1 Temperaturmaßstab	141
10.2 Ausdehnungsthermometer	142
10.3 Widerstandsthermometer (nach IEC 751 / DIN EN 60 751)	144
10.4 Thermoelement	148
10.5 Strahlungspyrometer	151
11 Messen von Drücken	155
11.1 Physikalische Grundlagen	155
11.2 Unmittelbare Druckmessung	158
12 Messen von Durchflüssen	161
12.1 Messen von Durchflüssen durch energetische Beziehungen einer Strömung	161
12.2 Volumenzähler	162
12.3 Schwebekörper-Durchflussmessung	163
12.4 Magnetisch-induktiver Durchflussmesser	165
13 Messverstärker	167
13.1 Lineare Messverstärker mit Operationsverstärker	167
13.2 Messverstärker	176
14 Messen zeitlich veränderlicher Signale	183
15 Rechnerkopplung	191
15.1 Grundlagen	191
15.2 Analog/Digital-Umsetzer	195
16 Lösungen zu den Aufgaben	205
Literaturverzeichnis	231
Stichwortverzeichnis	233

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