Grundlagen der Messtechnik

Theorie 1. Teil

Studiengang Elektrotechnik, 1. SemesterHerbst 2011

Martin Schlup & Franz Baumgartner

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Wozu Messtechnik?

• Angaben wie 10.00 V ± 0.01 V

(bei 95% Vertrauensbereich)

• Eichen und Kalibrieren für Wissenschaft und Handel

• Nachvollziehen der SI-Basiseinheiten (Reduktion der Messunsicherheiten)

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Wirtschaftliche Bedeutung der Messtechnik in der Schweiz: 6% des BIP

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Beispiel: Eichen im Alltag

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Definitionen

Werden Sekundärnormale oder Kundenreferenzen mit anderen Messgeräten oder Referenzmaterialien verglichen, so spricht man vom KALIBRIEREN.

EICHEN ist das Feststellen und Bestätigen, dass ein Messmittel den gesetzlichen Anforderungen entspricht (Metzgerwaage, Tanksäulenzähler, Elektrizitätszähler..).

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Internationale Vergleichbarkeit

Messungen müssen objektiv, eindeutig,

verlässlich, genügend genau und vergleichbar

sein.

Dies bedingt:• Anerkannte Stellen• Anerkannte und dokumentierte Verfahren• Bestimmung der Messunsicherheiten nach

anerkannten Verfahren (z. B. GUM)

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Hierarchien des Messwesens

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SI-Basiseinheiten

Grösse Länge Zeit Masse Strom-

stärke

Tempe-

ratur

Stoff-

menge

Licht-

stärke

Formel-

zeichen

l t m i, I T n IV

Einheit Meter Sekunde Kilo-

gramm

Ampère Kelvin Mol Candela

Einheits-zeichen

m s kg A K mol cd

Referenzen:National Institute of Standards and Technology (NIST), USAUnits: http://physics.nist.gov/cuu/Units/index.htmlSI Constants: http://physics.nist.gov/cuu/Constants/index.html

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GrössenangabenJede physikalische Grösse wird durch eine Masszahlund eine Einheitengrösse angegeben. Zum Beispiel dieHöhe des Burj Khalifa in Dubai

• Messgrösse: Höhe (Länge L)• Masszahl: 828• Masseinheit: Meter (m)• Messnormal: 1 m

L = 828 m

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Messtechnik nachGalileo Galilei (1564 - 1642)

• methodisches Vorgehen– Messung durch Vergleich– Wiederholungen– verschiedene Verfahren– Störungen identifizieren

und minimieren• Auswerten

– Ergebnis vorhersagen– Erwartungen überprüfen– Unsicherheiten abschätzen– Schlussfolgerungen

Seine Grundsätze sind immer noch aktuell!

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Messtechnik heute

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Messeffekte und Messaufnehmer (Sensoren)

PT100

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Wie genau kann heute eine Gleichspannung von 10 V gemessen werden?

10.000001 V 10 V (1±10-7)

10–5 1 ppm 10-7 10 –9

(1 ppb)10 –1310–41‰1%

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Entwicklung der Messunsicherheit

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Definition Messunsicherheit

Das Internationale Wörterbuch der Metrologie2

definiert Messunsicherheit als einen Kennwert, der den Bereich der Werte charakterisiert, die der Messgrösse durch die durchgeführte Messung vernünftigerweise zugeschrieben werden können. Die nach einem einheitlichen Verfahren berechnete und in einer bestimmten Weise mitgeteilte Messunsicherheit drückt so die Stärke des Vertrauens aus, mit der angenommen werden darf, dass der Wert der gemessenen Größe unter den Bedingungen der Messung innerhalb eines bestimmten Werteintervalls liegt.

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Internationaler Vergleich

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Messen und Kalibrieren kostet!

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Industrielle ProduktionKlasseneinteilung

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Messunsicherheit näher betrachtet

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