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Messtechnik
Aufgabe der Messtechnik ist die experimentelle Bestimmung
quantitativ erfassbarer Größen in Technik und Wissenschaft, wie z.B. Kräfte,
Massen und Drücke. Ziel der Messtechnik ist es, diese Größen so genau wie
möglich zu erfassen, dies bedeutet die korrekte Anwendung bzw. Entwicklung von
Technik und Methoden, um Messfehler auf ein Minimum zu reduzieren. Die durch
die Prüf- und Messtechnik gewonnenen Erkenntnisse können dazu dienen, die
Entwicklung, Konstruktion und Fertigung von Bauteilen zu optimieren, sowie
Eigenschaften, Qualität, Funktion und Zuverlässigkeit von technischen Produkten
zu beurteilen. Bei den Geräten der Messtechnik ist es wichtig, möglichst
schnell ein präzises und reproduzierbares Ergebnis zu ermitteln.
Im Alltag
werden in der Messtechnik die Begriffe ,Messen' und ,Prüfen' oft synonym
verwendet. Tatsächlich unterscheiden sich beide Begriffe wie folgt:
Unter ,Messen'
werden Tätigkeiten zum quantitativen Vergleich einer physikalischen Größe
(Messgröße) mit einer Einheit verstanden. Der Messwert setzt sich aus
Zahlenwert und Einheit der Messgröße zusammen. (Beispiel: Messwert 1 ist größer
als Messwert 2).
,Prüfen' hingegen beschäftigt sich zusätzlich mit der
Beurteilung der Messwerte gegenüber vorgegebenen Werten, beispielweise ob ein
Messwert innerhalb der vorgegebenen Toleranz liegt und so das gewünschte Merkmal
erfüllt, oder nicht.
Allgemeine und grundlegende Regelungen für die Durchführung
von Messaufgaben in der Messtechnik werden unter dem Begriff ,Messmethoden'
zusammengefasst.
Dazu zählen:
Direkte
Methoden, d.h. die Messgröße (z.B. Länge) entspricht der gesuchten Größe (auch
Länge).
Indirekte
Methoden, d.h. die Messgröße ist ungleich der gesuchten Größe. Sie wird über
einen Umweg ermittelt. Ein Beispiel ist die Messung der Dehnung eines Bauteils
mittels Aufkleben eines Dehnungsmessstreifens direkt auf dem Bauteil. Wird das
Bauteil gedehnt, werden die im Dehungsmesstreifen enthaltenen kleinen Drähte
gelängt, sowie deren Querschnitt verringert. Über die dadurch erzielte Widerstandsänderung
des Drahtes lässt sich auf die Dehnung des Bauteils schließen.
Aufgrund
komplexer Messaufgaben werden heutzutage vorwiegend indirekte Methoden der
Messtechnik verwendet.
Zudem muss in analoge und digitale Messmethoden
unterschieden werden.
Bevor eine Messung durchgeführt wird, muss bekannt sein,
welche Messgröße erfasst werden soll. Mögliche messtechnische Größen sind Zeit,
Geschwindigkeit, Beschleunigung, Entfernung, Temperatur, Drehzahl, Druck,
elektrischen Größen, Feuchtigkeit, Gase, Kraft, Oberflächen, Schwingungen,
Strahlen, uvm. Dementsprechend wird ein geeignetes Messverfahren ausgewählt,
wie beispielsweise optoelektrische, optische oder mechanische Verfahren. Zudem
muss deren Beherrschung sichergestellt sein.
Für die Durchführung der Messung wird ein Messsystem
benötigt. Dieses besteht aus allen Komponenten, die zum Messergebnis beitragen.
Dazu gehören Messgeräte, das Messverfahren, der Mensch, der Messraum und das
Messobjekt. Die grundlegende Struktur des Systems wird von der Messkette
gebildet (Messglieder, Hilfsgeräte). Deren Aufgabe ist das Messen und
Aufbereiten der Messgröße mittels geeigneten Sensoren und Signalwandlern, so
dass der Messwert ausgegeben und gespeichert werden kann.
Zur Messtechnik gehört schließlich die Auswertung der Messung.
Dabei sind stochastische (zufällige) und systematische Messabweichungen zu
beachten. Ein Messergebnis ist stets mit einer gewissen Messunsicherheit
behaftet. Damit die Messunsicherheit möglichst gering bleibt, müssen Messgeräte
regelmäßig überprüft werden. Dazu zählen die Justierung und die Kalibrierung.
Desweiteren sollte der Stichprobenumfang an die Messaufgabe angepasst werden.
Grundlegende Norm für die Messtechnik in Deutschland ist die
DIN 1319.