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WWK II (Subject) / Messfehler (Lesson)
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- Messen quantitatives Erfassen oder Vergleichen einer Messgröße mithilfe von Messgeräten.(In elektrischer Messtechnik misst man Spannung, Strom und Widerstand)Produkt aus Zahlenwert und Einheit! Eine Messung sollte nur so genau wie nötig, nicht so genau wie möglich durchgeführt werden! → Achtung: Bei Stellen hinter dem Komma keine falsche Messgenauigkeit vortäuschen!
- Messungen Dort, wo quantitative Aussagen über Eigenschaften nötigt sind. Messtechnik ist damit ein Mittel zur Gewinnung von Erkenntnissen!→ in mathematischer Form→ Zum Erkenntnisgewinn und für Berechnungen→ Zur Bereitstellung von Datensätzen (z.B. zur Fütterung von Modellen) Messung → Korrekt im Rahmen der UnsicherheitMessung mit Fehlerangabe → falsche Messung oder falsche Fehlerangabe
- Prüfen = nichtmaßliches Prüfen oder maßliches Prüfenmaßliches Prüfen = Messen oder LehrenMessen: direkte & indirekte MessverfahrenLehren (Vergleich mit einer Maßvorgabe, ob es mit der Vorgabe übereinstimmt): Arbeitslehren oder Prüflehren
- Metrologie Lehre vom Messen; geteilt in theoretischen, praktisch-anwendungstechnischen und organisatorischen/juristischen Aspekt
- Wir verwenden Messgeräte, weil die meisten Größen unseren Sinnen nicht zugänglich sindobjektiver Maßstab fehlt bei den Sinnenuns fehlt das Vorstellungsvermögen für extreme GrößenordnungenÄnderungsgeschwindigkeit der Messgröße ist zu hoch, nicht verfolgbarMessort nicht zugänglichGefährlichGeräte sparen ArbeitskraftLaufzeiten sind oft (zu/sehr) langZuverlässigkeit erforderlich, die von Menschen nicht erreicht werden kann
- Messfehler Ursache/Entstehung oft nicht reproduzierbar→ Fehlerfortpflanzungsgesetz Messfehler entstehen durch Umwelt, Messobjekt, Messgerät, Verarbeitung, Hilfsenergie und den Energieflüssen zwischen diesen GrößenRückwirkungen: a) Belastung der Messgröße durch das Messen selbst; b) Messung bedeutet nicht fehlerfreie Messung
- Präzision sagt aus wie reproduzierbar eine Messung ist
- Genauigkeit Wie nah eine Messung am „wahren Wert“ liegtunpräzise-ungenau; unpräzise-genau, präzise-ungenau, präzise-genau
- grobe Messfehler beruhen auf vermeidbaren Ursachen → grundsätzlich zu vermeiden (im Messergebnis nicht mehr enthalten)→ Entstehung: Irrtümer, Fehlüberlegungen oder Missverständnisse beim Bedienen/Ablesen/Protokollieren/Rechnen/Vorzeichen/Programmieren→ Beispiele: Messung von atmosphärischen Parametern im nichtstationären Zustand; Profilmessungen bei nicht-homogenem Umfeld, z.B. am Waldrand→ Vermeidung: systematische tabellarische Dokumentation, Kontrolle, grafische Darstellung→ Korrektur z.B. durch Ausschneiden aus Messreihe
- systematische Messfehler beruhen auf erfassten Ursachen → bestimmbar & korrigierbar (im Messergebnis nicht mehr enthalten)→ Problem: können durch mehrmaliges Wiederholen der Messung nicht gefunden werden (bessere Messgeräte/Veränderungen im Verfahren können systematische Fehler beheben)→ Wichtig: korrekte Kalibrierung und Justierung!→ nicht bestimmbar (im Messergebnis als Unsicherheit angeben)→ Korrektur: falls bestimmbar: Korrektur - falls nicht: Messunsicherheit
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- zufällige Messfehler beruhen auf nicht erfassten Ursachen (im Messergebnis als Unsicherheit angeben)→ nicht vorhersehbar!→ Ursachen könnten sein: Temperaturschwankungen; elektrische/mechanische Störfelder, Ableseungenauigkeiten→ Merkmale: Messwerte streuen in Betrag und Vorzeichen (nicht willkürlich); zufällige Einflussgrößen und genügend Einzelmessungen (Normalverteilung der Messwerte)→ Korrektur: Nur bei wiederholter Messung unter denselben Bedingungen erkennbar, nicht einzeln korrigierbar → Mittelwerte, Streuung, statistische Sicherheit, Fehlerstatistik
- Anleitung zur Beobachtung/Messung Aufstellung: keine StöreinflüsseUntergrund: mit niedrigem Rasen bewachsene Fläche, nicht auf versiegeltem Untergrund (es gibt Ausnahmen!) Regen-/Schneemesser: im 45° Winkel des Standorts darf nichts stören
- Normalverteilung → Zufallsgrößen mit Normalverteilung nutzt man zur Beschreibung zufälliger Vorgänge, wie beispielsweise zufällige Messfehler
- Signalflussbilder Beschreiben den Weg eines Messsignals durch die einzelnen Bauglieder des Messgerätes
- Messmethoden Analog ↔ Digital ; Kontinuierlich ↔ Diskontinuierlich
- 1. Analoge Messmethoden eine physikalische Größe in eine proportionale andere Größe zu überführen die darstellbar istAusschlagmethode (Anzeigenmarkausschlag), Differenzmethode (konstanter Vergleichswert), Kompensationsmethode (z.B. Wägung: Auf den Waagschalen werden zwei Massen verglichen), Nachführmethode– es findet ein Informationsverlust statt, der allerdings verkleinert werden kann
- 2. Digitale Messmethoden ergänzt analoge Messungen→ Vermeidung von Informationsverlust bei Messwertbildung, Weiterleitung→ Gute Verarbeitbarkeit und Speicherbarkeit
- Wetterhütte (genormt zur Vereinheitlichung der Messungen, Schutz der Messgeräte in Hütte, nach Norden und unten offen [Schneereflexion kann Temp-Anstieg von bis zu 1,5°C verursachen], aus weiß lackiertem Stahl) → gilt als überholt, englischer Standard [= Rasenfläche, Doppeltür nach Norden offen, Thermometerkugeln 2m über dem Boden, Aufstellungsort sollte für größeren Raum aus Repräsentativ anzusehen sein)→ Hüttenfehler: Temperaturmessung in der Hütte
- Darstellung systematischer Fehler → Darstellung realisierte Kennlinie VS Sollkennlinie/Nennkennlinie:1. Nichtlinearität: Abweichung durch Nichtlinearität von Baugliedern2. Linearitätsfehler: Annäherung, aber nicht direkt drauf3. Abweichung im Übertragungsfaktor: Unterschied von Sollkennlinie wird größer4. Nullpunktverschiebung: Parallel zur Sollkennlinie5. Ansprechungsunempfindlichkeit: Messgerät beginnt erst nach Startwert zu messen6. Umkehrspanne: Verschiebung von der Sollkennlinie7. Drift: Abweichungen im Laufe der Betriebszeit8. Reaktionsverzögerung