Grundlagen der Messtechnik: Begriffe und Instrumente

Grundbegriffe der Messtechnik

• Änderung der Maßnahme (Messbereich): Das Spektrum oder die Gruppe von Werten, die ein Instrument erfassen kann, ausgedrückt durch die zwei Extremwerte (z. B. 0–100 bar).
• Stellverhältnis: Der dimensionslose Quotient aus dem oberen und unteren Messbereichswert.
• Umfang bzw. Spannweite: Die Differenz zwischen dem oberen und unteren Messbereichswert des Gerätes.
• Fehler: Die algebraische Differenz zwischen dem gemessenen (oder übertragenen) Wert und dem tatsächlichen Wert der Messgröße.
• Unsicherheit: Die Streuung von Werten, die vernünftigerweise dem wahren Wert der Messgröße zugeordnet werden können.
• Genauigkeit: Die Qualität eines Messgeräts, die dazu tendiert, Messwerte nahe am wahren Wert der Messgröße zu liefern.
• Toleranz: Definiert die Fehlergrenzen des Instruments unter normalen Betriebsbedingungen. Sie wird ausgedrückt in % vom Messbereich, % vom Skalenendwert oder % vom Messwert.
• Totzone (Dead Zone): Der Bereich der Variablen, in dem keine Änderung der Anzeige erfolgt.
• Empfindlichkeit: Das Verhältnis zwischen der Änderung des Messwerts und der Änderung der Messgröße.
• Wiederholbarkeit: Die Fähigkeit, bei wiederholten Messungen unter gleichen Bedingungen das gleiche Ausgangssignal zu reproduzieren.
• Reproduzierbarkeit: Die Übereinstimmung der Messwerte bei gleichen Eingangsgrößen, auch wenn sich Messmethode, Beobachter oder Umgebungsbedingungen ändern.
• Hysterese: Die maximale Differenz der Anzeige bei gleichem Messwert, wenn die Variable den Bereich einmal aufsteigend und einmal absteigend durchläuft.

Messbereichsdefinitionen

• Messbereich mit Nullpunktanhebung: Der Nullwert der Variablen liegt über dem niedrigsten Wert des Messbereichs.
• Messbereich mit Nullpunktunterdrückung: Der Nullwert der Variablen liegt unter dem niedrigsten Wert des Messbereichs.
• Drifting (Drift): Die Änderung des Ausgangssignals über einen bestimmten Zeitraum bei konstanter Messgröße und konstanten Umgebungsbedingungen.
• Auflösung: Das Ausmaß der kleinsten wahrnehmbaren Änderung im Ausgangssignal.
• Zuverlässigkeit: Wahrscheinlichkeit, dass ein Instrument über einen bestimmten Zeitraum innerhalb der Fehlergrenzen arbeitet.
• Stabilität: Die Fähigkeit des Geräts, sein Verhalten über die Lebensdauer beizubehalten.
• Rauschen: Zufällige elektrische Störungen, die das Signal verfälschen.
• Linearität: Die Annäherung der Kalibrierkurve an eine ideale Gerade.

Klassifizierung von Instrumenten

Blindinstrumente

Geräte ohne sichtbare Anzeige der Variablen, wie z. B. Druckschalter, Thermostate oder einfache Transmitter.

Anzeigeinstrumente

Verfügen über einen Index und eine Skala (analog oder digital), um den Wert der Variablen abzulesen.

Schreibeinrichtungen

Geräte, die den Verlauf der Variablen kontinuierlich aufzeichnen (rund, rechteckig oder länglich).

Funktionale Komponenten

• Primärelemente: Stehen in direktem Kontakt mit der Variablen und wandeln diese in eine physikalische Größe (Druck, Kraft, Position) um.
• Sender (Transmitter): Erfassen die Prozessvariable und übertragen sie per Signal (z. B. 3–15 psi oder 4–20 mA DC).
• Wandler (Transducer): Empfangen ein Eingangssignal einer physikalischen Größe und wandeln dieses um.
• Konverter: Wandeln ein Signal von einer Energieform in eine andere (z. B. P/I-Wandler: pneumatisch zu elektronisch).
• Empfängerelemente: Empfangen Signale von Sendern zur Anzeige oder Aufzeichnung.
• Regler: Vergleichen die Regelgröße mit einem Sollwert und führen bei Abweichungen Korrekturmaßnahmen aus.
• Endkontrollelemente: Empfangen Steuersignale und beeinflussen den Prozessfluss (z. B. Regelventile, motorisierte Ventile).