Stationäre Messysteme

Wir verwenden Messsysteme, um eine Messgröße in einen Messwert umzuwandeln. Dabei bleibt der reale, tatsächliche Wert der Messgröße oft ungewiss (weitere Details dazu findet ihr im Kapitel Messunsicherheiten).

Ein Messwert kann entweder direkt auf dem Messgerät angezeigt werden, beispielsweise über ein Display, oder er liegt als Datenwert in analoger oder digitaler Form vor. Um sicherzustellen, dass der Messwert genau ist, werden Messsysteme kalibriert, bzw. wenn es sich um einen hoheitlichen Akt handelt (wie z.B. beim Verbraucherschutz) geeicht.

In diesem Kapitel werden wir uns mit den Begrifflichkeiten und Kenngrößen von Messsystemen beschäftigen. Zunächst gehen wir davon aus, dass sich die Messwerte während des Messprozesses nicht über die Zeit ändern. Diese Art von Messsystemen bezeichnen wir als statische Messsysteme.

Inhalte

• Grundstruktur eines Messsystems
• Kennlinie & Empfindlichkeit
• Reale Kennlinie

Zusammenfassung

Begriff	Beschreibung
Empfindlichkeit	Verhältnis der Änderung der Ausgangsgröße zur verursachenden Änderung der Eingangsgröße; entspricht der Steigung der Kennlinie.
Übertragungsfaktor	Verhältnis aus Ausgangs- und Eingangsgröße eines Systems. Für lineare Kennlinien konstant und gleich der Empfindlichkeit.
Kennlinie	Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsgröße über den gesamten Messbereich; beschreibt das statische Verhalten eines Messsystems.
Ideale Kennlinie	Lineare Kennlinie mit konstantem Übertragungsfaktor. Abweichungen davon kennzeichnen Nichtlinearitäten.
Messbereich (engl. range)	Bereich, in dem das Messgerät spezifikationsgemäß arbeitet. Außerhalb davon ist die Kennlinie nicht mehr gültig.
Spanne (engl. span)	Differenz zwischen Messbereichsende und -beginn; definiert den nutzbaren Eingangsbereich.
Vollbereichssignal (engl. full scale output)	Ausgangssignal, das der Spanne der Messeingänge entspricht.
Kenngröße, stationär	Größen, die im eingeschwungenen Zustand gelten, z. B. Empfindlichkeit, Linearität, Nullpunkt, Hysterese.
Kenngröße, dynamisch	Größen, die das zeitabhängige Verhalten beschreiben, z. B. Zeitkonstante, Verzögerung, Frequenzgang.
Aufnehmer / Sensor	Wandelt physikalische Messgrößen in ein (meist) elektrisches Signal um.
Verstärkung	Elektrische Sensorsignale sind oft klein. Verstärker skalieren deren Amplitude.
Digitalisierung	Umwandlung analoger Signale in digitale Werte (A/D-Wandlung). Erzeugt eine diskrete Kennlinie mit endlicher Auflösung.
Widerstandsthermometer	Sensoren mit temperaturabhängigem Widerstand. Beispiele: Kaltleiter (NTC), Heißleiter (PTC), Phasenübergangsthermometer.
Laserinterferometer	Optischer Sensor mit nahezu linearer Kennlinie zwischen Wegänderung und Phasenverschiebung; dient zur präzisen Längenmessung mittels Interferenz.
Dehnungsmessstreifen (DMS)	Sensor zur Erfassung mechanischer Dehnung. Eine Längenänderung führt über den piezoresistiven Effekt zu einer Widerstandsänderung.
Beschleunigungssensor (MEMS)	Mikroelektromechanischer Sensor, der Beschleunigungen über die Trägheitskraft einer Masse und deren Auslenkung detektiert.