Schätzen und Messen

Größenordnung und Schätzung in Raum und Zeit
Direktes und indirektes Messen
Aufbau eines Messgerätes
Eigenschaften eines Messgerätes

Essay Größenordnung und Schätzung in Raum und Zeit

Raum und Zeit bilden den Rahmen aller physischen Erscheinungen und Vorgänge, die der Mensch Jahrtausende lang nur mit seinen Sinnesorganen erfassen konnte.

Wissenschaftlich arbeiten heißt, Experimente und Messungen reproduzierbar zu planen und auszuführen.

Das Runden einer Zahl auf die nächstgelegene Zehnerpotenz ermittelt uns die Größenordnung.

Die Größenordnung einer physikalischen Größe kann oft durch vernünftige Annahmen und einfache Rechnungen abgeschätzt werden.

Statistische Schätzverfahren berechnen aus Stichprobenwerte möglichst genaue Schätzwerte für das Merkmal.

In der Physik zeigt der Begriff Größenordnung an, dass wir den Wert einer physikalischen Größe geschätzt haben. Die Größenordnung erhält man, wenn man den Wert der physikalischen Größe auf die nächste Rangzahl (...; 0,00001= 10^-5 ; 0,0001=10^-4;...... 1=10⁺⁰; 10=10⁺¹; .....) rundet und diese in Potenzen von 10 angibt. 2 Größenordnungen Unterschied bedeuten demnach ein Verhältnis von 100:1 zwischen den beiden Zahlen.

Größenordnung - Schätzung - Statistisches Schätzverfahren

Direktes und indirektes Messen

Das direkte Messen einer physikalischen Größe erfolgt durch Vergleich mit einem vorher definierten Maßstab (Messgröße und Messstandard).

Ist ein direkter Vergleich unmöglich oder zu aufwendig, wird indirekt gemessen. Dazu wird eine leicht zugängliche Größe bestimmt, die mit der Messgröße in einer wohlbekannten Beziehung steht.

Messungen werden mit einem Messgerät unter Anwendung der Messvorschrift durchgeführt und liefern ein Messergebnis (Messwert).

Jede gemessene physikalische Größe enthält einen unvermeidbaren Messfehler.

Direkte Messung - Indirekte Messung - Messgröße - Messvorschrift - Messstandard - Messergebnis

Aufbau eines Messgerätes

Das Messgerät besteht aus Messwandler, Messwerk und Anzeige, zusätzlich können Messbereichsumschalter und eine Registriereinrichtung vorhanden sein.
Heute dominiert die indirekte elektronische Messung. Die Messgröße wird durch den Messwandler in eine elektrische Größe umgewandelt. Diese wird verstärkt, konditioniert und angezeigt oder aufgezeichnet. Wir sprechen von einer Messkette oder einem Meßsystem.
Bei analogen Messgeräten wird die Änderung der Messgröße in eine Weg- oder Winkeländerung (Säule oder Zeiger) umgesetzt. Analoge Messgeräte ermöglichen eine optische Überwachung und Nachregelung durch den Menschen.
Bei digitalen Messgeräten wird die Messgröße in eine elektrische Größe umgesetzt, mit einem Analog-Digitalwandler digitalisiert und als Zahlenwert angezeigt. Digitalanzeigen ermöglichen das Ablesen des Messergebnisses bis zu dem "least significant digit".

Messaufnehmer (Sensor, Transducer, Signalwandler):
greifen die physikalische Größe vom Messobjekt ab und wandeln sie durch einen physikalischen Effekt in eine andere Größe um, die das Messwerk verarbeiten kann, z.B. thermoelektrische Wandler, phototelektrische Wandler, Bildsensor.

Messwerke (mechanisch), Verstärker (elektronisch)
passen die Messgröße an die Eigenschaften des Anzeigegerätes an. Messgrößen werden verstärkt oder abgeschwächt, zeitlich veränderliche Messgrößen können gemittelt werden, Störsignale können unterdrückt oder gefiltert werden.

Anzeige
Analoge Anzeigeinstrumente sind typischerweise Zeigerinstrumente. Sie eignen sich besonders gut, Größenordnung und Trends im Signalverlauf abschätzen zu können.
Digitale Anzeigeinstrumente haben typischerweise ein Display mit Ziffernanzeige. Sie eignen sich besonders gut, Ablesungen bis zur Genauigkeit des Messgerätes durchzuführen, sind jedoch bei zeitlich veränderlichen Signalen Analoggeräten unterlegen.

Beispiel für eine Indirekte Messung:

Quecksilberthermometer Elektronisches Fieberthermometer:

Messgröße :
- Temperatur Temperatur
Physikalischer Effekt :
- Volumsausdehnung Änderung des elektrischen Widerstandes eines Halbleiter
Messwerk :
- Vorratsgefäß Wheastonesche Brückenschaltung
Anzeige :
- Hg-Säule, lineare Skala Digitale Anzeige (Display)

Analoge und digitale Messgeräte

Analoges und digitales Thermometer

Messgerät - Messkette - Meßsystem - Analoge Messgeräte - Digitale Messgeräte
Analog-Digitalwandler - Messwandler - Messwerk - Anzeige - Konditionierung
Registrierung - Messbereichsumschalter

Eigenschaften eines Messgerätes

Der Messbereich, die Empfindlichkeit und die Genauigkeit charakterisieren die statischen Eigenschaften eines Messgerätes.
Der Messbereich ist das Intervall zwischen dem kleinsten und größtem zu messenden Messwert (Messbereichsendwert - Messbereichsanfangswert).
Die Empfindlichkeit ist die kleinste Änderung der Messgröße, die zu einer Änderung der Anzeige um einen Teilstrich oder 1 Digit führt.
Die Genauigkeit ist die Angabe des zufälligen Messfehlers des Messgerätes bei Mehrfachmessung einer konstanten Messgröße.
Die Anstiegszeit gibt an, wie rasch die Anzeige einer sprunghaften Änderung der Messgröße folgt.
Untere und obere Grenzfrequenz geben das Intervall an, in dem die Frequenz einer zeitlich veränderlichen Messgröße liegen muss.
Anstiegszeit und Grenzfrequenz charakterisieren die dynamischen Eigenschaften eines Messgerätes.

Statische Eigenschaften - dynamische Eigenschaften - Messbereich
Empfindlichkeit - Genauigkeit - Anstiegszeit - Grenzfrequenz

Messgeräte

Das Bild zeigt ein Vielfachmessgerät für elektrische Größen mit Digitalanzeige.

Man erkennt am oberen Teil die Digitalanzeige.

Der Drehwahlschalter in der Mitte erlaubt das Umschalten zwischen den

zu messenden Größen

Elektrischer Strom I (A)
Elektrische Spannung U (V)
Ohmscher Widerstand R.

Die meisten modernen Vielfachmessgeräte wählen selbsttätig den richtigen Messbereich und erkennen Gleich- und Wechselgrößen
(Gleichstrom - Wechselstrom, Gleichspannung - Wechselspannung).

Fragen: Schätzen und Messen

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