Messung
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Ziel einer Messung ist es, eine verlässliche Aussage zu erhalten über eine unbekannte Größe eines Objekts. Das Messergebnis ist in der Regel Grundlage für sich darauf stützende Entscheidungen. Ein vollständig formuliertes Messergebnis beinhaltet eine zusätzliche Aussage über die maximal mögliche Messabweichung.
Die zu messende Größe kann fast jede physikalische Größe sein. Einige physikalische Größen sind nicht messbar. Zum Beispiel kann die Energie eines Systems allenfalls anhand von Hilfsgrößen berechnet werden.
Wenn eine Schätzung keine ausreichend garantierte Genauigkeit liefert, ist eine Messung erforderlich.
Messen heißt (nach DIN 1319 Teil 1): Ermitteln eines Wertes durch quantitativen Vergleich der Messgröße mit einer Einheit (Normal).
Der Vergleich erfolgt letztlich durch Abzählen von Skalenteilen oder Teilen einer Einheit. Zum Beispiel wird eine Länge durch das Abzählen der angebrachten Markierungen auf einem Lineal ermittelt. Abhängig von der Skala könnte hier ein vollständiges Messergebnis sein: 73 mm +/- 0,5 mm.
Geregelt wird das Messen in der DIN 1319-4. Messen ist nicht Prüfen, denn es wird nicht die Beurteilung auf Einhaltung geforderter Maße und Gestalt Wert verlangt (siehe hierzu Definitionen in DIN 1319-1/2).
Jedes Messgerät muss kalibriert sein. Manchmal muss diese Kalibrierung in vorgeschriebenen Zeitabständen wiederholt werden.
Inhaltsverzeichnis |
[Bearbeiten] Messung: Begriffe
Zum Messen gehören:
- Eindeutige Definition der Messaufgabe (Messproblem) und der Messgröße:
- Die Aufgabe und die physikalische Messgröße am bestimmten Messobjekt sind zu definieren.
- Festlegung der Maßeinheit für das Messergebnis gemäß SI:
- Zusammenstellen der Randbedingungen:
- Als Randbedigungen sind zum Beispiel Werkstück (Stoffeigenschaften, Oberfläche) oder Umgebung (Temperatur, Schwingungen) zu beachten.
- Wahl einer Messeinrichtung oder eines Messgerätes:
- Ist ein fertiges Messgerät für die Messaufgabe vorhanden, kann es verwendet werden. Ansonsten sind Messverfahren, Messprinzip, Messmethode festzulegen und die Messeinrichtung ist aufzubauen.
- Kalibrieren von Messeinrichtung/Messgerät:
- Um auf die Basiseinheit rückführen zu können, muss das Gerät zuvor kalibriert worden sein. Das Kalibrieren ist die Ermittlung und Definition des funktionalen Zusammenhangs (Kalibrationsgleichung, Kalibrationskurve, x-y-Wertepaare) zwischen Eingangsgröße (x-Wert) und Ausgangsgröße (y-Wert) für dieses Messgerät.
- Durchführen der Messung und Ermitteln des Messergebnisses:
- Es können auch mehrere Messungen (Vergleichs-/Wiederholmessungen) durchgeführt werden, von denen alle Messergebnisse aufzunehmen sind.
- Berücksichtigung der Auswirkungen von Einflussgrößen:
- Korrektur von systematischen Messabweichungen und Ermitteln der Messunsicherheit
- Ermitteln des vollständigen Messergebnisses:
- Ein Messergebnis besteht immer aus dem Messwert (gegebenenfalls Mittelwert aus einer oder mehreren Messreihen) und der angewandten Maßeinheit. Zusätzlich kann die Messabweichung z. B. mit abgeschätzter Fehler, Größtfehler oder Standardabweichung angegeben werden.
- Bewertung der Messergebnisse:
- muss beim Messen nicht unbedingt gemacht werden. Für den Prüfvorgang gehört dieser Schritt unbedingt dazu.
[Bearbeiten] Messgerät
Es wird definiert als „Gerät, das allein oder in Verbindung mit anderen Einrichtungen für die Messung einer Messgröße vorgesehen ist“ (DIN 1319-1).
Häufig ist ein Messgerät Bestandteil einer Messeinrichtung, die definiert wird als „Gesamtheit aller Messgeräte und zusätzlicher Einrichtungen zur Erzielung eines Messergebnisses“ (ebenfalls DIN 1319-1).
[Bearbeiten] Messinstrument
Das Messinstrument umfasst das Gehäuse mit allen eingebauten Bauelementen
[Bearbeiten] Messwerk
Das Messwerk ist der aktive Teil eines Messinstruments. Zum Messwerk gehören das bewegliche Organ mit Zeiger, der Skala und alle für die Wirkungsweise wichtigen Teile (z. B. Dauermagnet, Spule)
[Bearbeiten] Messmethode
Die Messmethode ist eine „spezielle, vom Messprinzip unabhängige Art des Vorgehens bei der Messung.“ (DIN 1319-1, 1995)
[Bearbeiten] Messverfahren
„Praktische Anwendung eines Messprinzips und einer Messmethode“ (DIN 1319-1, 1995)
[Bearbeiten] Messprinzip
„Die wissenschaftliche Grundlage eines Messverfahrens.“ (VIM, 1994) „Physikalische Grundlage der Messung.“ (DIN 1319-1, 1995)
[Bearbeiten] Messbarkeit
Messbar ist eine Größe, wenn es ein Messprinzip gibt, nach der sie sich Messen lässt, wenn sie also innerhalb physikalischer Betrachtungsweise sinnvoll definiert werden kann, und daher insbesondere quantifizierbar ist. Dies umfasst auch alle Ansprüche der Reproduzierbarkeit des Messergebnisses.
Messbar sind alle physikalischen Größen, aber auch empirische Größen wie Lautstärke, Gerüche, Farbwahrnehmungen, Intelligenz oder Kennzahlen bestimmter Eigenschaften. Als nicht messbar gelten nur subjektiv beurteilbare Merkmale wie etwa das Stören eines Lärms, die Unangenehmheit eines Geruchs oder die Schönheit einer Farbe, oder Schlauheit. Das erfordert aber nicht, dass es eine Messmethode gibt. Werte etwa, die zu klein sind, um mit heutigen Methoden gemessen zu werden, werden zwar allgemein als „unmessbar“ bezeichnet, sind aber lediglich nicht erfassbar.
- Siehe auch:
- Zählbare Größe, Messgröße
- Operationalisierung (Messbarmachung)
[Bearbeiten] Messobjekt
„Träger der Messgröße.“ (DIN 1319-1, 1995)
Um messen, d. h. vergleichen zu können, hat sich der Mensch ein System von Standards und Einheiten geschaffen, welche im Internationalen Einheitensystem, kurz SI-System, definiert und zusammenfassend dargestellt sind.
Beispielsweise wird der Standard der Masse durch eine kleinen, zylindrischen Platin-Iridium Körper dargestellt. Dieser Zylinder ist der physikalische Standard der Masse und so ist jedes dem metrischen System angehörende Land im Besitz einer Kopie jenes Urkilogramms. Traditionell wird die Masse in der Einheit kg gemessen.
[Bearbeiten] Weitere Begriffe der Messtechnik
Messen bedeutet nach allem die quantitative Bestimmung des Wertes einer Messgröße (Messwert) durch Vergleich mit einem geeigneten Standard gleicher Einheit.
Die Lehre von den Maßen und Gewichten heißt Metrologie. Die möglichst exakte Messung ist Aufgabe der Messtechnik. Die qualitative Bestimmung des Messergebnisses (also Messunsicherheit und Messabweichung) ist Aufgabe der Fehlerrechnung.
Die Ermittlung von nicht physikalischen Größen mit statistischen Methoden, wie beispielsweise die Inflationsrate, der Intelligenzquotient oder die Kundenzufriedenheit, wird häufig auch als Messen bezeichnet. Dies wird in der Regel bestritten.
In der Physik und den Ingenieurwissenschaften handelt es sich bei der Messgröße stets um eine physikalische Größe.
Eine Größe, wie zum Beispiel „Schönheit“ wäre in diesem Fall nicht allgemein anerkannt definiert und damit auch nicht messbar. (Jörg Hoffmann, S. 18)
Messungen erfolgen durch reine Zählung oder durch Vergleich
- mit einer Grundeinheit,
- einem definierenden Normal (beispielsweise wird bei der Messung der Masse im SI-System mit der Masse des Urkilogramms in Paris verglichen, bei der Zeitmessung mit der Periodendauer der elektromagnetischen Strahlung eines bestimmten Feinstruktur-Energieniveauübergangs im Cäsium-Atom)
- oder, im erweiterten Sinne, mit einer abgeleiteten Einheit (beispielsweise Meter/Sekunde).
Gesetze zur Regulierung von Maßeinheiten wurden ursprünglich eingeführt, um Betrug zu vermeiden. Heute beruht die Definition der Einheit meist auf wissenschaftlicher Basis und wird durch internationale Verträge geregelt. Eine Einheit dient als Bezugsgröße für die quantitative Bestimmung und Angabe des Wertes von gleichen Größen der gleichen Größenart. Der Einheit wird der Zahlenwert 1 zugeordnet. (Jörg Hoffmann, S. 26)
Es gibt sieben SI-Basiseinheiten, für die es gesetzlich vorgeschriebene Bestimmungen für die Ermittlung gibt und die weltweit normalisiert sind.
[Bearbeiten] Direkte vs. indirekte Messung
Unter direkten Messungen versteht man solche, deren Ergebnis unmittelbar am Messmittel ablesbar sind, beispielsweise Messungen mit Lineal, Winkelmesser oder Maßband. Bei indirekten Messmethoden liegt das Resultat erst nach einigen Zwischenstufen vor (siehe auch Messsystem), beispielsweise Temperatur-Bestimmung von Sternen aus deren [[Elektromagnetisches Spektrum<Spektrum]].
[Bearbeiten] Klassische Messung vs. Kopenhagener Interpretation
- No elementary phenomenon is a real phenomenon until it is a measured phenomenon. (John Archibald Wheeler)
In der Kopenhagener Interpretation der Quantenmechanik nimmt die Messung einen entscheidenden Platz ein. Anders als in der klassischen Mechanik kann eine Größe in der Quantenmechanik nicht gemessen werden, ohne das System zu beeinflussen. Dies drückt sich darin aus, dass es neben der Schrödingergleichung, die die Zeitentwicklung eines quantenmechanischen Zustands beschreibt, auch eigene Gesetze zum Verhalten des Systems bei einer Messung gibt, siehe dazu Quantenmechanische Messung.
Ein klassisches Beispiel der Beeinflussung des Messobjektes durch die Messung selbst kommt aus der Elektrotechnik: Es existiert kein (ideales) Spannungsmessgerät, das Spannung gänzlich ohne Stromaufnahme messen kann. Dies führt zu Belastung der zu messenden Spannungsquelle. Dadurch sinkt die Spannung an den Klemmen der Quelle (es existiert auch keine ideale Spannungsquelle ohne inneren Widerstand). Das bedeutet, dass die tatsächliche Leerlaufspannung einer realen Spannungsquelle mit realen Messgeräten nicht exakt messbar ist. Man kann das Thema auch in die Erkenntnistheorie erweitern, etwa so: Bedingt dadurch, dass die Lichtgeschwindigkeit eine endliche Größe aufweist, werden wir nie wissen, was wir im exakten Zeitpunkt der Gegenwart sehen oder wahrnehmen. Die Information braucht durch die nicht unendliche Lichtgeschwindigkeit Zeit, um vom Objekt zum Subjekt (Beobachter) zu gelangen. Daher sehen wir immer ein Bild der Vergangenheit. Nicht einmal der Begriff „Gegenwart“ muss für zwei Subjekte derselbe sein, da sie sich darüber nicht austauschen können (wann genau ist „jetzt“? Wenn einer ein Signal sendet, ist es für den anderen schon Vergangenheit).
[Bearbeiten] Siehe auch
- Metrologie – Die Lehre von den Maßen und Gewichten
- Geschichte von Maßen und Gewichten
- Einheitensystem: SI-Einheiten
- Messtechnik – Geräte und Methoden zur Messung
- internationale Dienste der IUGG und ähnlicher Organisationen (Koordinination von Messkampagnen, Datensammlung, Analyse)
