Grundlagen der Messtechnik: Definitionen, Konzepte und Fehleranalyse

Einführung in die Messtechnik

Grundlegende Größen und Konzepte

• Fünf grundlegende Größen: Länge, Masse, Zeit, Umfang, Lichtstärke.
• Messtechnik: Die Wissenschaft, die sich mit allem rund um die Messung befasst.
• Mehrdimensionale Messung: Bezieht sich auf Messungen in mehreren Dimensionen.
• Massenmessung (ponderal): Die Bestimmung von Gewichten.

Die Messstudie

Eine Messstudie umfasst die Untersuchung von:

• Größen
• Einheiten
• Messinstrumenten
• Normen und Standards
• Anweisungen

Einheitensysteme

Beispiele für Einheitensysteme sind:

• Internationales System (SI)
• CGS-System (Zentimeter-Gramm-Sekunde)
• Metrisches System

Messinstrumente

Gängige Messinstrumente sind:

• Lineal
• Messschieber
• Winkelmesser
• Maßstab
• Bügelmessschraube (Palmer)
• Stoppuhr
• Mikrometer

Messtechnik (Metrotechnik)

Die Metrotechnik legt die Techniken, Fähigkeiten, Methoden und Prozesse fest, die für die technische Messtechnik angewendet werden.

Der Messprozess

• Messung (Prozess): Die numerische Bestimmung des Wertes einer Größe (z.B. Länge, Masse, Zeit).
• Messergebnis: Die aus der Messung erhaltenen Werte.

Einflussfaktoren auf die Messung

Die Qualität einer Messung wird beeinflusst durch:

• Werkzeuge
• Präzision und Ablesegenauigkeit
• Kompetenz des Bedieners
• Umgebungsbedingungen

Umgebungsbedingungen

Wichtige Umgebungsbedingungen sind:

• Temperatur
• Luftfeuchtigkeit
• Beleuchtung

Arten der Messung

• Direkte Messung: Der Wert einer Größe wird direkt durch Ablesen auf der Skala eines Instruments ermittelt.
• Indirekte Messung: Der Wert einer Größe wird nicht direkt mit dem Messgerät erhalten, sondern erfordert eine vorherige Berechnung.

Beispiele für Messgrößen

Häufig gemessene Größen sind:

• Länge
• Volumen
• Fassungsvermögen
• Masse
• Intensität
• Kraft

Komponenten von Messgeräten

Beispiele für Komponenten oder Anzeigeelemente:

• Messuhr
• Feinzeiger
• Nadel
• Nadelsonde
• Skalen und Indizes

Überprüfung und Prüfung

Überprüfung/Prüfung: Kontrolle, ob bestimmte Eigenschaften (Abmessungen, Form, Material) erfüllt werden.

Grundlagen der Größen und Einheiten

Definitionen von Größen

• Größe (Magnitude): Alles, was gemessen werden kann.
• Fundamentale Größe: Eine Größe, die vollständig ohne Rückgriff auf andere Größen definiert werden kann.
• Abgeleitete Größe: Eine Größe, die durch eine Kombination von einer oder mehreren fundamentalen Größen definiert ist.

Messen und Maßeinheiten

• Messen (Vergleich): Mengen gleicher Art vergleichen.
• Maßeinheit: Eine als Referenz genommene Größe, um andere Größen derselben Art zu vergleichen.
• Messnormal: Die Realisierung einer Maßeinheit, deren Wert unverändert bleibt.

Spezifische Einheiten

• Meter (Definition): Die Länge, die dem 1.650.763,73-fachen der Wellenlänge einer bestimmten Strahlung im Vakuum entspricht.
• Einheitensystem: Eine geordnete Menge von Grund- und abgeleiteten Einheiten mit definierten und einfachen Beziehungen.

Geometrische Größen

• Länge: Die Größe, die den Abstand oder die Trennung zwischen Körpern angibt.
• Ebenenwinkel: Die Größe, die die Öffnung zwischen zwei sich schneidenden Linien in derselben Ebene angibt.
• Radiant: Der Winkel, bei dem die Länge des Kreisbogens gleich dem Radius des Kreises ist.

Messfehler und Genauigkeit

Messziele und Realität

• Messziele: Erzielung möglichst genauer Messergebnisse.
• Messwert und Realwert: Der auf der Skala eines Messgerätes abgelesene Wert stimmt nicht unbedingt mit dem tatsächlichen Wert der Dimension des Werkstücks überein.

Qualitätsmerkmale von Messungen

• Genauigkeit: Das Maß der Annäherung an den tatsächlichen Wert einer Größe.
• Präzision: Die Fähigkeit eines Messgerätes, Ergebnisse mit einem Minimum an Fehlern zu liefern (Wiederholbarkeit).
• Schätzung: Eine leichte Variation der Größe, die wir auf der Skala ablesen können.

Arten von Messfehlern

• Messfehler: Die Differenz zwischen dem erhaltenen Messwert und dem tatsächlichen Wert der Größe.
• Wahrer Wert: Der tatsächliche Wert einer Messgröße.
• Systematische Fehler: Fehler, die bei allen Messungen wiederholt auftreten (z.B. Gerätefehler, Umwelteinflüsse).
• Parallaxenfehler: Tritt auf, wenn Skala und Zeiger nicht koplanar sind und die Blickrichtung nicht senkrecht dazu steht.
• Absoluter Fehler: Die Differenz zwischen dem gemessenen Wert und dem wahren Wert der Größe.
• Relativer Fehler: Das Verhältnis des absoluten Fehlers zum wahren Wert der Messgröße.

Nominalwert

Nominalwert: Der auf einer Zeichnung oder Spezifikation angegebene Wert einer Größe.