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Messgerät

Gerät zur Bestimmung physikalischer Größen
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Messgeräte dienen zur Bestimmung von geometrischen und physikalischen Größen.

Meistens führen sie eine zu messende Dimension auf eine bekannte Größe bzw. Einheit zurück. In einzelnen Fällen wird der Begriff Sensor oder Geber, also der Teil, der die Messung durchführt, mit dem Messgerät gleichgesetzt.

Der Artikel unterscheidet nicht zwischen Messgeräten als Messmittel und Prüfgeräten (siehe auch Prüfmittel):

Prüfgeräte stellen fest, ob der geprüfte Gegenstand die geforderten Bedingungen einhält oder nicht. Prüfen ist immer mit einer Entscheidung verbunden und damit attributiv oder quantitativ, beispielsweise wird zwischen Gut und Schlecht (attributiv) oder zwischen Sollmenge erreicht und Sollmenge nicht erreicht (quantitativ) entschieden. Im Gegensatz hierzu geben Messgeräte einen Messwert, bestehend aus dem Produkt von Zahlenwert (Maßzahl) und Maßeinheit, wieder, der ohne Wertung dargestellt wird. Bei Norm-Messgeräten kann die Zuordnung fließend sein. Neben der Anzeige von Werten, die eine echte Messung ermöglicht, kann auch eine Aussage, das heißt eine Wertung ausgegeben werden.

Messgeräte zum Testen von anderen Messgeräten dienen der Kalibrierung, Eichung oder Bestimmung der Genauigkeitsklasse. Dabei ist die Versuchsanordnung auf unvermeidliche kleine Messfehler abzustimmen (zufällige und systematische Fehler.

Messung nicht-elektrischer Größen

Grundlegende Messgeräte

Ohne die grundlegenden Messgeräte zur Bestimmung der Zeit und zur Messung von Längen können keine anderen Messgeräte hergestellt bzw. benutzt werden. Andere Größen werden abgeleitet oder aber die Messgeräte werden durch Anwendung dieser Größen bestimmt. Eine Messtheorie liefert die Protophysik.

Zeitmessung

 
Wanduhr mit Pendelwerk

Die Zeit wird mit verschiedenen Uhren gemessen.

  • Sonnenuhren sind historisch, Anwendung nur noch in Einzelbereichen (Lehrzwecke, Dekoration)
  • Sanduhren sind historisch, Anwendung nur noch in Einzelbereichen
  • Wasseruhren sind historisch (zur Zeitmessung - nicht Durchfluss!)
  • Blumenuhren sind sehr ungenaue Vorrichtungen zur Zeitmessung, jedoch sehr hübsch anzuschauen. Verwendung als Schaustücke, zu Lehrzwecken
  • Feueruhren sind Zeitmesser, die mit einer Flamme funktionieren
    • Zeitkerzen sind historisch, Anwendung nur noch in Einzelbereichen
    • Zeitlampen sind historisch, Öllampen mit skaliertem Glasbehälter
  • Pendeluhr misst die Zeit über die Schwingungsdauer eines Pendels
  • Passageninstrument misst die Durchgangszeit von Sternen (kombiniert mit Chronograf)
  • Chronometer misst die Zeit (mechan. Kurzschwinger oder Quarzuhr)
  • Chronograf misst die Zeit (mechan. bzw. Quarz) und zeichnet oder druckt den Zeitverlauf auf (oft mit einer anderen Größe gemeinsam, z.B. Sterndurchgänge
  • Stoppuhr mechanisch oder elektrisch / elektronisch
  • Kurzzeitwecker mechanisch oder elektrisch mit akustischem, optischem Wecksignal oder/und Schaltmöglichkeit
  • Quarzuhr misst die Zeit mit einem durch Schwingquarz gesteuerten Oszillator
  • Intervallzähler misst Frequenzen und Zeitintervalle auf Basis eines Oszillators
  • Atomuhr misst die Zeit aufgrund der hohen Konstanz von atomaren Schwingungen. Mit Wasserstoffmasern die genauesten derzeit verfügbaren Uhren.
 
Knopfmaß (erste Schublehre)

Längenmessung

Prinzipiell unterscheiden wir zwei einfache Formen der Messmittel: das Strichmaß, das das Maß durch den Abstand zwischen zwei Strichen verkörpert (das Urmeter etwa) und das Endmaß, bei dem das durch den Abstand zweier Flächen geschieht.

  • Messschraube (veraltet umgangssprachlich „Mikrometer“), Genauigkeit bis 0,001 mm
  • Messuhr, analog und digital anzeigend bis 0,001 mm
  • Messschieber (veraltet umgangssprachlich „Schieb-“ oder „Schublehre“, auch „Kaliber“), Genauigkeit bis 0,05 mm
    • das Knopfmaß, kleiner einfacher Messschieber, Beispiel für die Entwicklung der Längenmessung: historisch ein wichtiger Schritt, heute nur in Bereichen mit geringer Genauigkeitsanforderung, da der Nonius fehlt
  • Fadenzähler misst Strichbreiten und Linienabstände beim Druck
  • Kluppe, in der Forstwirtschaft zur Ermittlung von Stammdurchmessern
 
einfaches Messrad
Datei:Nivellierlattenablesung.jpg
Messlatte: Entfernung 15,7m (Abschnitt x 100)

Volumen

Die Bestimmung des Volumens wird historisch durch Hohlkörper oder skalierte Meßgefässe realisiert.

Winkel- und Richtungsmessung, Ortsbestimmung und 3D-Messungen

 
Theodolit (um 1820) zur Triangulierung
Hauptartikel
Winkelmessung, Richtungsmessung, Ortsbestimmung, 3D-Messung

Geodäsie: Alle Geräte für die Winkelmessung im Gelände sind auch (unterschiedlich gut) für die Standortbestimmung geeignet. Hierzu werden Landkarten oder Koordinaten benötigt. Durch Winkelmessung und Strahlensatz lassen sich Höhe oder Höhendifferenz von Objekten berechnen.

 
Sekundentheodolit DKM2a

Masse / Gewichtskraft / Dichte

Während früher Waagen vor allem durch den geschickten Aufbau der mechanischen Elemente wie Hebel, Gewichte oder/und Federn bestimmt wurden, ist die Wägetechnik heute durch die Elektronik geprägt.

 
Balkenwaage

Temperatur

Thermometrie ist die Wissenschaft von der Temperaturmessung. Messung durch Thermometer in verschieden Ausführungen

Frühe Thermometer

 
Thermografie: Kaffeeautomat und thermische Spiegelung

Moderne Thermometer

Siehe auch: Kategorie Temperaturmessung, Temperaturmessung

Messen elektrischer Größen

Die Beschreibung der elektrischen Einheiten finden sich unter Elektrische Größen. Prinzipiell unterscheidet man zwischen Analog- und Digitalmessgerät beziehungsweise -messwerk. Beim Analogmessgerät muss mit einem Parallaxefehler gerechnet werden.

Spezielle Geräte für eine Größe

 
Wheatstonebrücke-Messgerät
 
Historisches Drehfeldmessgerät
  • Leistungsmesser messen die elektrische Leistung, die ein Gerät aufnimmt oder abgibt.
  • Stromzähler messen die elektrische Arbeit (Leistung × Zeit).
  • Widerstandsmessgeräte, ugs. Ohmmeter, messen den elektrischen Widerstand. Dazu wird ein Probestrom durch den Prüfling geleitet.
    • Durchgangsprüfer sind einfache Formen von Widerstandsmessgeräten. Die Anzeige besteht in einem optischen oder/und akustischem Signal.
    • Die Wheatstonebrücke bestimmt Widerstände durch ein Abgleichsverfahren (besonders bei sehr kleinen Widerständen verwendet).
  • Konduktometer messen die spezifische Leitfähigkeit eines Mediums (beispielsweise für die Konzentrationsmessung von Salzen).
  • Drehfeldmessgeräte zeigen die Feldorientierung eines Drehstromanschlusses an. Vor dem Siegeszug der Elektronik wurden (wie auf dem Bildbeispiel etwa 1960) Messgeräte mit kleinen Motoren verwendet. Heute erfolgt die Auswertung mit elektronischen Schaltungen und die Anzeige mit LED-Anzeigen oder LC-Displays.
  • Frequenzmesser wie Zungenfrequenzmesser und Zeigerfrequenzmesser (heute auch digitale Instrumente) zur Bestimmung der Frequenz einer Wechselspannung.
  • Messgeräte zur Kabelfehlerortung, die auf dem Prinzip der Reflexion von Impulsen bei Fehlerstellen (Kabelbruch) beruhen (Anzeige der Entfernung zwischen Mess- und Fehlerstelle).
  • Kabelindikatoren speisen ein definiertes Signal in ein Kabel ein und ermöglichen so die Identifikation dieses Kabels über dessen Verlauf (Beispiel in einer Kabeltrasse). Die Geräte bestehen aus einem Gerät zur Signaleinspeisung und einem Tastkopfgerät mit dem dieses Signal aufgespürt werden kann.

Magnetfeld

Messen von Radioaktivität und Strahlung

 
Geiger-Müller-Zählrohr
Hauptartikel: Strahlungsdetektor, Teilchendetektor
häufig Filmdosimeter

Siehe auch

ergänzendes zum Thema

Abgeleitete Messgeräte

Sind aus den ursprünglichen Messgeräten entstanden

Geschwindigkeit

Datei:Polizei geschwindigkeitsmessung.jpg
Laserpistole im Einsatz

Die Geschwindigkeit ist der Quotient Weg durch Zeit.

  • Tachometer zeigt im Fahrzeug die Fahrtgeschwindigkeit an.
Bei einem Taxi wird auf Basis von Weg und Zeit mit einem Taxameter der zu entrichtende Fahrpreis errechnet ...
  • Das Log misst die Geschwindigkeit bei Wasserfahrzeugen
  • Der Fahrtmesser misst die Geschwindigkeit bei Luftfahrzeugen
  • Das Variometer gibt die Steig- oder Sinkgeschwindigkeit bei Flugzeugen an
  • Tachograph zeichnet die Geschwindigkeit auch auf
  • Radargerät misst die Geschwindigkeit über den Dopplereffekt der von einem Radarsender erzeugten und vom Fahrzeug reflektierten Radarwellen.
  • Lidar: Lidar steht für "light detection and ranging" und ist eine dem Radar ("radiowave detection and ranging") verwandte Methode zur Fernmessung atmosphärischer Parameter.


Beschleunigung

Beschleunigungsmessgeräte messen die Krafteinwirkung auf einen Probekörper.

Zurückgelegter Weg

Drehzahl

  • Drehzahlmessgerät mechanisches od. elektronisches Messgerät, häufigste Anwendung im KFZ Bereich, gibt eine Aussage über die Umdrehungen eines Aggregats (Motor,...). Bei bekannter Übersetzung kann auch Geschwindigkeit / Weg darüber ermittelt werden.
  • Gyrometer (historisch) mechanischer Aufbau zur Drehzahlbestimmung

Messungen an Flüssigkeiten und Gasen

 
Durchflussmesser mit Flügelrad
siehe auch Mostwaage Wein, Laktodensimeter Milch,...
gänige Verfahren: Radarsensor,Ultraschallsensor, Kapazitiver Sensor, Konduktometrie, Schwimmerschalter nur ein oder zwei Schaltpunkte und Thermografie
  • Echolot zur Bestimmung der Wassertiefe oder dem auffinden von schallaktiven Objekten im Wasser (seltener in Luftfahrt) s.a.Barcheck-Verfahren zur Kalibrierung eines Echolots
  • Tensiometer messen der Oberflächenspannung einer Flüssigkeit
  • Potetometer messen den Wasserverbrauch einer Pflanze
  • PH-Meter messen den PH-Wert(Säure,Lauge) einer Flüssigkeit
  • Transmissiometer in der Umwelttechnik Bestimmen des Staubgehalts / Menge eines Gases in Abluft

Messungen an Feststoffen

Alle Messgeräte zur Längenbestimmung und der Dichte, des Gewichts und Härtemessgeräte sowie Röntgengeräte können ebenfalls bei Feststoffen eingesetzt werden.


Meteorologische Instrumente

Die folgenden Messgeräte werden in der Meteorologie und natürlich aber auch in anderen technischen Bereichen eingesetzt.

Siehe auch: Kategorie:Meteorologisches Messgerät

Messung der Lichtmenge / Helligkeit / Farbtemperatur

 
Luxmeter mit externer Messzelle
  • Luxmeter messen den Lichteinfall (die Beleuchtungsstärke) in die Messzelle (häufig eine Silizium-Fotodiode). Bei einigen Geräten dient die Messzelle auch gleichzeitig zur Energieversorgung, so dass diese Geräte ohne zusätzliche Energiequelle funktionieren.
  • Fotometer messen Lichtintensität
  • Colormeter sind Farbmessgeräte die Farbwerte von Oberflächen messen.
  • PV-Messgeräte sind Multimess-Geräte für Solaranlagen. Gemessen wird meist Lichtintensität, Temperatur und berechnet wird der voraussichtliche Energieertrag.

Schall / Schallpegelmessung

Schallpegelmessgeräte messen in den meisten Fällen den Schalldruckpegel. Zu diesem Zweck enthalten sie ein präzises Mikrofon, eine hochgenaue Verstärkerschaltung und eine logarithmische Anzeige. Der Schalldruckpegel wird aus allen Richtungen gleich gut empfangen, weshalb Position und Orientierung des Geräts keine Rolle spielen. Die Messgeräte werden in den meisten Fällen zur Bestimmung von Lärmbelastungen am Arbeitsplatz und im Straßenverkehr verwendet. Ein weiterer Einsatzzweck ist die Bestimmung von Schwingungen und Laufgeräuschen an technischen Geräten und der Untersuchung von Gegenmaßnahmen auf ihre Wirksamkeit.

Kombinierte Geräte

  • Thermohygrograph beispielsweise bei Museen
  • Multifunktions-Umweltmessgerät - Messung von Größen aus der Umwelttechnik, beispielsweise Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Beleuchtungsstärke und Schallpegel. Diese Geräte sind mittlerweile für wenig Geld zu haben. Ihre Messgenauigkeit ist jedoch nicht mit hochwertigen Geräten zu vergleichen. Einsatz oft im Schulbereich oder für Heim-Anwendungen.

Universelle Messgeräte für verschiedene elektrische Größen

 
Multimeter

Diese Geräte sind nicht für einen speziellen Anwendungsfall entwickelt:

  • Oszilloskop mit zeitlicher Darstellung und Graph
  • Multimeter Hand-Multimeter "aus dem Baumarkt" sind nicht für hochgenaue Messungen geeignet. Professionelle Tischgeräte hingegen messen auf bis zu acht Stellen hinter dem Komma genau.
  • PC-Messkarten dienen der Darstellung und digitalen Erfassung physikalischer Größen
  • RCL-Messgerät zur Bestimmung von Widerstand, Kapazität und Induktivität

Analytische Messgeräte

Industrielle Messtechnik / Produktionsmesstechnik / Gewerbliche Messtechnik

Diese Geräte werden in den meisten Fällen zur Herstellung eines Produktes verwendet oder dienen der Qualitätssicherung der Produkte beziehungsweise der Abrechnung von Leistungen.

mehr zu diesem Thema siehe auch Werkstoffprüfung

Messung von Materialeigenschaften

Härteprüfung

Eine definierte Krafteinwirkung führt zu einer bleibenden Verformung des Testkörpers oder einem Eindringen einer Prüfgeometrie in den Testkörper. Die Messgeräte werden nach dem angewandten Verfahren bezeichnet. Beispiel: Brinell-Messgerät

Der Poldihammer dient zur Messung der Härte harter Werkstoffe mittels Schlaghärteprüfung

  • Härteprüfung nach Johann August Brinell: Eine Kugel wird in die Probe eingedrückt. Der Durchmesser des Kugeleindrucks ist das Maß für den Brinellhärtewert HB.
  • Härteprüfung nach Rockwell: Eine Kugel oder ein Diamantkegel wird in die Probe eingedrückt. Die bleibende Eindringtiefe wird gemessen und aus diesem Wert die Rockwellhärte HRx abgeleitet (x steht für C (engl. cone=Kegel), wenn mit Diamantkegel geprüft und für B (engl. ball=Kugel), wenn mit Diamantkugel geprüft wird).
  • Härteprüfung nach Vickers: Die Spitze einer vierseitigen Pyramide wird in die Probe eingedrückt. Die Diagonalen des bleibenden Eindrucks werden gemessen, aus deren Länge lässt sich der Vickershärtewert HV errechnen.

Die verschiedenen Verfahren sind je nach Art und Härte des zu prüfenden Werkstoffs unterschiedlich gut geeignet.

Norm-Messgeräte

Norm-Messgeräte - sind Messgeräte die eine Reihe von in einer Norm festgelegten Messungen durchführen. Diese werden meist auch protokolliert um eine Nachweisführung bei Gutachten zu ermöglichen.

Die Bezeichnung der Messgeräte geschieht nach der Norm.

Beispiel: VDE113 (EN60204) mit 10A - Schutzleiterprüfung, Hochspannungsprüfung, Widerstandmessung und Grenzbereicherkennung, Isolationsprüfung

Wichtige Norm-Messgeräte:

  • VDE100 Allgemein Test für Elektrogeräte
  • VDE113 (EN60204) Test für die elektrische Ausrüstung von Maschinen
  • Erdungstestgerät Funktionsfähigkeit der Fundament-Erder
  • Steckdosentester Normgerechter Anschluss (kleiner Teilbereich von VDE100)

Daten-/Kommunikationstechnik

Diese Norm-Messgeräte untersuchen die korrekte Ausführung der Kabelanschlüsse (Verbindung zwischen Stecker und Kabel und/oder die Physik der Datentechnik, also Pegel des Signals und Störungen. Im industriellen Bereich werden diese Geräte vor allem für Feldbusse oder Ethernet verwendet. Neben den Testern also Geräten die, die Physik untersuchen gibt es noch Protokoll-Analyse-Geräte die den Dateninhalt untersuchen. Die Aufzählung gibt nur exemplarisch einige typische Geräte wieder.


Lokale Busse
Feldbusse
  • Profibus Tester: Pegelhöhe, Datendurchsatz, Umlaufzeit, Terminierung, Slave-Liste
  • CAN-Bus Tester: Error-Frames, Datendurchsatz,
  • AS-Interface-Bus Tester: Pegelhöhe, Slave-Liste, Slave-Nr. zuweisen
Ethernet

Ist aufgrund seiner Verbreitung das System für das es die größte Anzahl von Analyseprogrammen gibt. Hier eine kleine Auswahl ohne Wertung...

  • Ethernet-Cabel Check Tester: Thin Ethernet (RG98U), Thick Ethernet (yellow cable), RJ45
  • MRTG Analyse: Multi Router Traffic Grapher Darstellung Netzwerkverkehr unter anderem
  • Ethereal Analyse: Verwendete Datenkanäle eines Netzwerks
  • nmap Analyse: Netzwerk-Scanner mit vielen Funktionen

Normale

Einige Normale

Hier sind einige Normale wiedergegeben, diese Liste ist nicht vollständig. Nur einige Beispiele werden erwähnt, meist mit historischer Bedeutung:

Eichpflichtige Messgeräte

Messgeräte, deren Messergebnis zur Berechnung von gewerblichen Leistungen verwendet werden (beispielsweise Waagen im Handel, Wasserzähler), müssen eichgesetzliche Auflagen erfüllen. Das heißt, ihre Bauart muss von der Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) zugelassen und die Geräte müssen geeicht sein, wobei eine Eichung nach einer bestimmten Zeit durch staatlich anerkannte Prüfstellen mit einem von der Eichbehörde zugelassenen Normal aufgefrischt werden muss. Das Eichgesetz definiert Eichfehlergrenzen, die für verschiedene Lastbereiche nicht überschritten werden dürfen.

Beispiele: Waagen, Wasserzähler, Gaszähler, Stromzähler, Wärmezähler, Kraftstoffzähler

Beispiel für ein ausnahmsweise erlaubtes nicht eichpflichtiges Messgerät: Heizkostenverteiler

Im April 2004 wurde die Europäische Messgeräterichtlinie (MID) veröffentlicht, deren Umsetzung in nationales Recht bis zum 20. Oktober 2006 stattfinden muss.

Medizinische Messgeräte / Messgeräte in der Medizin

für Messgeräte in der Medizin gelten besondere Regeln. Sie müssen die Vorschriften der MedGV, der Medizin-Geräte-Verordnung einhalten. Dies gilt aber nur für Messgeräte die a) als Medizinische Geräte eingestuft und b) in der anerkannten Medizin verwendet werden. Der Bereich der alternativen Medizin bleibt davon unberührt. So fallen das Teslameter, ein Biofeld-Messgerät oder die Körperfettwaage nicht unter die Bestimmungen.

  • Blutzucker Messgerät - Ist ein wichtiges Gerät für Diabeteskranke. Mit ihm wird der aktuelle Wert des *Glucose-Spiegels im Blut bestimmt. Neben der klassischen Methode, bei der ein Tropfen Blut benötigt wird, gibt es auch neuere Ansätze von Messgeräten die eine unblutigte Messung ermöglichen.
  • Blutdruck-Messgerät damit wird historisch häufig das von Riva-Rocci mitentwickelte Sphygmomanometer verbunden, bei der man manuell mit Manschette den systolischen Blutdruck bestimmen konnte. Heutzutage wird jedoch meist nicht mehr manuell mit Quecksilbersäule sondern oszillometrisch mit digitaler Anzeige gemessen. Neben diesen unblutigen Messverfahren gibt es noch klinische Verfahren, bei denen der Blutdruck in einem Blutgefäß direkt über einen Druckwandler gemessen wird. Siehe Blutdruckmessung.
  • Körperfettwaage gibt neben dem Gewicht auch den Anteil von Körperfett an.
  • EKG-Geräte sind medizinische Geräte zur Anzeige und Aufzeichnung der Summe der elektrischen Aktivitäten aller Herzmuskelfasern.
  • EEG-Geräte sind medizinische Geräte zur Anzeige und Aufzeichnung der von außen messbaren elektrischen Aktivitäten des Gehirns
  • Aktometer zum Erfassen der Bewegungsaktivität
  • Ergometer misst die körperliche Arbeit bzw. Leistung
  • Fieberthermometer zum Messen der (menschlichen) Körpertemperatur
  • Kapnometer,Kapnographen um den Kohlenstoffdioxidgehalt der Ausatemluft eines Patienten zu messen und zu überwachen.

technische Hilfsmittel für Messungen in der Medizin

Sind nicht eigentlich Messgeräte werden aber für Messungen verwendet ...

Siehe auch

Messfehler, Messgerätefehler, Ausgleichungsrechnung, Digitalmultimeter, Fehlerrechnung, Fehlerfortpflanzung, Eichung, Kalibrierung, Messtechnik, Messeinrichtung, Phasenschiebeverfahren, Standardabweichung, Messgenauigkeit, Messunsicherheit, Protophysik, Registrierapparat, Sensoren, Messsysteme, Effektivwert, Echteffektivwert, Alte Maße und Gewichte, Geschichte von Maßen und Gewichten

Literatur

  • Taschenbuch der Meßtechnik, H.R. Tränkler, Oldenbourg, München, 1992
  • Taschenbuch der Messtechnik, Jörg Hoffmann, Fachbuchverlag, Leipzig, 2004
  • Elektronische Meßtechnik, Wolfgang Schmusch, Vogel Buchverlag, Würzburg, 1991
  • Handbuch der Messtechnik, Jörg Hoffman, Hanser, München, 2005


Siehe auch: Liste der Messwerkzeuge

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