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Messgerät

Messgerät

Messgeräte dienen zum Bestimmen physikalischer Größen. Meistens führen sie eine zu messende Dimension auf eine bekannte Größe bzw. Einheit zurück. In einzelnen Fällen ist der Begriff Sensor, also der Teil, der die Messung durchführt, mit dem Messgerät gleichgesetzt. Bei der Auswahl eines Messgeräts oder einer Messmethode sollte deshalb auch unter diesem Verweis gesucht werden. Eine alphabetische Liste ist unter :Kategorie:Messgerät zu finden. Messgerät versucht eher thematisch zu gliedern und gibt eine kurze Einführung zum jeweiligen Thema. Eine Beschreibung zum Messen inklusive der Messfehler gibt es unter Messtechnik, die in Verbindung mit Steuerungs- und Regelungstechnik Grundlage moderner Automatisierungstechnik ist. Der Artikel unterscheidet nicht zwischen Messgeräten 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, beispielsweise zwischen Gut und Schlecht. Im Gegensatz hierzu geben Messgeräte einen Messwert, bestehend aus Zahlenwert und Einheit, 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.

Nicht elektrische 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

Zeitmessung Die Zeit wird mit verschiedenen Uhren gemessen.
- Chronometer misst die Zeit (mechan. Kurzschwinger oder Quarzuhr)
- Chronograph misst nicht nur die Zeit sondern zeichnet einen Zeitverlauf auf (oft mit einer anderen Größe gemeinsam)
- Atomuhr misst die Zeit aufgrund der bekannten Konstanz atomarer Schwingungszustände. Sie sind die genauesten verfügbaren Uhren.
- Stoppuhr mechanisch oder elektrisch / elektronisch
- Kurzzeitwecker mechanisch oder elektrisch mit akustischem, optischem Wecksignal oder/und Schaltmöglichkeit
- Sonnenuhren sind historisch, Anwendung nur noch in Einzelbereichen
- Sanduhren sind historisch, Anwendung nur noch in Einzelbereichen
- Wasseruhren sind historisch (zur Zeitmessung - nicht Durchfluss!)
- Feueruhren sind Zeitmesser die mit einer Flamme funktionieren..
- Zeitkerzen sind historisch, Anwendung nur noch in Einzelbereichen
- Zeitlampen sind historisch, Öllampen mit skaliertem Glasbehälter
- Mittagskanonen sind historisch...
- Blumenuhren sind sehr ungenaue Vorrichtungen zur Zeitmessung, jedoch sehr hübsch anzuschauen. Verwendung als Schaustücke, zu Lehrzwecken

Längenmessung

- Messschraube (veraltet ugs. Mikrometer), Genauigkeit bis 0,001 mm
- Messuhr, analog und digital anzeigend bis 0,001 mm
- Messschieber (veraltet ugs. Schieblehre, auch Kaliber) Genauigkeit bis 0,05 mm Schieblehre
- Das Knopfmaß ist ein kleiner, einfacher Messschieber. Es ist Beispiel für die Entwicklung der Längenmessung - hier vor allem der Messschieber. Historisch war die Entwicklung solcher Instrumente ein wichtiger Schritt. Heute jedoch ist das Knopfmaß nur in Bereichen einzusetzen die geringe Genauigkeitsanforderungen haben. Grund ist der fehlende Nonius.
- Lineal, Metallmaßstab, Messlineal Genauigkeit bis 0,3 mm
- Meterstab, Gliedermaßstab Genauigkeit bis zu 1,0 mm (ugs. Zollstock)
- Fadenzähler misst Strichbreiten und Linienabstände beim Druck
- Seilzuglängengeber (Genauigkeit je nach Aufbau, bis 0,01 mm möglich)
- Messlatte typisch 3 oder 5 m Länge; bei dm/cm Teilung (Zielung mit Theodolit) etwa 5 cm Genauigkeit
- Messrad zum Abfahren einer Messstrecke (Genauigkeit nach Aufbau)
- Elektronische Distanzmesser messen Strecken von einigen Dezimetern bis zu vielen Kilometern sehr genau
- Laserentfernungsmesser
- Ultraschallentfernungsmesser
- Laserinterferometer
- Inkrementalmaßstab
- Planimeter

Richtungsmessung / Winkelmessung / Standortbestimmung und 3D-Messungen

Richtungsmessung Alle Geräte die Winkel im Gelände bestimmen können sind auch (unterschiedlich gut) für die Positions- oder Standortbestimmung geeignet. Hierzu werden Landkarten benötigt. Über die Winkelmessung und den Strahlensatz lässt sich auch die Höhe oder die Höhendifferenz von Objekten berechnen.
- Messlot zum Fällen des Lots
- Die Groma ist ein Peilgerät. Auf einem Stab ist ein Achsenkreuz angebracht. An jedem Ende der Achsen ist ein Messlot angebracht. Nach Ausrichtung des Instruments können nun Peilungen durchgeführt werden (historisch).
- Dioptra für Peilungen (historisch)
- Chorobates Nivelliergerät (historisch, Beispiel: Bau von Aquädukten)
- Kompass dient zur Bestimmung des magnetischen Nordpols der Erde(Navigation/Standort)
- Koordinatenmessgerät 3D messen, mittles Antastung, Optik. Manuell wie CNC
- Schlauchwaage Nivelliergerät
- Winkelmesser als Werkzeug aber auch im Geodreieck
- Schmiege, hauptsächlich zur Übertragung von Winkeln
- Jakobstab historisch, Astronavigation und zur Bestimmung der Höhe eines Objekts
- Astrolabium historisch, Astronavigation
- Sextant, ein Gerät zur Navigation.Sextanten messen Winkel zwischen zwei Objekten
- Heliotrop historisch ein Sonnenspiegel für Vermessungspunkte
- Heliometer historisch, Durchmesser, Winkelbestimmung in der Astronomie
- Nivelliergeräte zur Höhenmessung
- Die Wasserwaage dient zum Horizontalen und/oder Vertikalen Ausrichten
- GPS Satellitennavigation, direkte Anzeige der Position (Satelliten gestützt)
- Theodolite messen Winkel und geometrische Beziehungen im Raum
- Tachymeter messen Winkel und Entfernungen.
- Messbildkameras sind Präzisionskameras für Photogrammetrie
- Streifenprojektionssensoren ermöglichen berührungslose Formerfassung
- Planimeter messen die Fläche beispielsweise auf einer Zeichnung
- Zenitteleskop zur Vermessung astronomischer Positionen
- Radioteleskop zur Vermessung astronomischer Positionen

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. Elektronik
- Waagen messen die Gewichtskraft oder Masse von Körpern
- Dehnungsmessstreifen (DMS) werden verwendet für elektronische Plattformwaagen (mit Ringtorsionswägezelle) (beispielsweise für Fahrzeugwaagen) oder für Wägezellen, die sich für elektronische Auslesung eignen. Des Weiteren werden DMS auch für Kraft- und Drehmomentsensoren verwendet.
- Balkenwaage vergleicht das Gewicht zwischen zwei Bezugsgrößen
- Neigungswaage (historische Briefwaagen)
- Zählwaagen messen die Anzahl von Objekten auf der Basis von Vergleichsobjekten
- Federwaagen messen die Gewichtskraft, oder aber auch andere Kräfte
- Pyknometer messen das spezifische Gewicht oder die Dichte

Temperatur

Thermometrie ist die Wissenschaft von der Wärmemessung. Messung durch Thermometer in verschieden Ausführungen Frühe Thermometer
- Abschätzung durch Alchemisten: Sieden von Wasser, oder Wachs schmilzt
- Galileo-Thermometer (Schwerkraft/Dichte basierend nach Galileo Galilei)
- Ausdehnungsthermometer (Flüssigkeit oder Bimetall) Ohne eigentliches Messgerät sondern direkte Anzeige:

- Thermochromatische Farben zeigen einen Farbumschlag bei einer bestimmten Temperatur.
- Segerkegel sind Formkörper die ihre Festigkeit und dadurch ihre Kontur bei einer bestimmten Temperatur ändern. Die Schmelzpunktbestimmung kann natürlich auch im umgekehrten Sinn verwendet werden. Schmelzpunktbestimmung Moderne Thermometer
- Widerstandsthermometer (Änderung des el. Widerstand, zum Beispiel mit PT100-Fühlern)
- Thermoelemente (Thermospannung NiCrNi-Fühlern)
- Halbleiter-Thermometer (Bsp.: Thermometer mit PTC-Fühlern) und
- Strahlungsthermometer (Pyrometer).
- Ramanthermometer basierend auf der Ramanspektroskopie
- Über Thermografie ist ein junges Gebiet der Temperaturmessung. Sie gibt über eine Farbanzeige oder eine Hell-Dunkel Darstellung eine Information über Temperatur von Flächen. Das Bild zeigt eine typische Darstellung. Es wurde von einem Kaffeeautomaten gemacht. Gut erkennbar auch die thermische Spiegelung.
- Bolometer messen die Einwirkung von (Wärme-)Strahlung auf einen Probekörper. Siehe auch: Kategorie Temperaturmessung, Temperaturmessung

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 A, B, C oder F, je nach geprüftem Werkstoff).
- 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.

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.
- Eine ausführliche Liste der el. Messgeräte und der weiterführenden Artikel zum Thema gibt es hier :Kategorie:Elektrische_Messtechnik

Spezielle Geräte für eine Größe

:Kategorie:Elektrische_Messtechnik :Kategorie:Elektrische_Messtechnik
- Spannungsmesser, ugs. Voltmeter, messen die Spannung oder Potentialdifferenz zwischen zwei Punkten.
- Strommesser, ugs. Amperemeter, messen den Strom oder Ladungsausgleich zwischen zwei Punkten.
- Ohmmeter messen den elektrischen Widerstand von Festkörpern. Dazu wird ein Probestrom durch den Festkörper geleitet.
- Durchgangsprüfer sind einfache Formen von Ohmmetern. Die Anzeige besteht in einem optischen oder/und akustischem Signal.
- Wheatstonebrücke bestimmt sehr kleine Widerstände durch ein Abgleichsverfahren.
- Leistungsmesser messen die elektrische Leistung, die ein Gerät aufnimmt oder abgibt (siehe auch Stromzähler).
- Leitwertmessgeräte messen den elektrischen Widerstand einer Flüssigkeit.
- Konduktometer messen die spezifische Leitfähigkeit eines Mediums (beispielsweise Konzentration von Salzen).
- Galvanometer auch Galvanoskop Spezialmessgerät zur Messung sehr kleiner Gleichspannungen und -ströme.
- 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 Bauteilen und die Anzeige mit LED-Anzeigen oder LCD-Displays.
- Messgeräte zur Kabelfehlerortung, die auf dem Prinzip der Reflexion von Impulsen bei Fehlerstellen (Kabelbruch) beruhen.
- 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

- Der Kompass zeigt zu den Magnetpolen der Erde, sofern er nicht abgelenkt wird.
- HALL-Messgeräte messen das Magnetfeld eines stromdurchflossenen Leiters (siehe Hall-Effekt). Sie werden zur Stommessung und Netzanalyse verwendet.
- Fluxmeter messen den magnetischen Fluss. Verwendung oft in Verbindung mit einer Helmholtz Spule.
- Protonen-Magnetometer
- Leckstrom-Messgeräte messen sehr kleine Ströme die über Schutzleiter oder Schirmungen fließen.
- SQUID Superconducting Quantum Interference Device. Zur Messung sehr kleiner Magnetfelder. Verwendung bei der Magnetoenzephalographie (MEG). Das ist eine Messung der magnetischen Aktivität des Gehirns.
- Elektrofeldmeter messen die magnetische Feldstärke
- Teslameter messen die magnetische Feldstärke in Tesla
- Faraday-Waagen messen die Wirkung eines definierten Magentfelds auf einen Probekörper
- Kabelsuchgeräte zeigen ein durch den Strom induziertes Magnetfeld an und verhindern damit eine Beschädigung des Kabels zum Beispiel beim Bohren.

Messen von Radioaktivität und Strahlung

- Spektrometer ermitteln die Absorption einer bestimmten Wellenlänge einer Strahlung
- Dosimeter messen die Wirkung einer Strahlung (zeitliches Integral) :häufig Filmdosimeter
- Geiger-Müller-Zählrohre messen den Einfall radioaktiver Strahlung
- Szintillationszähler messen den Einfall von γ-Strahlung
- Röntgen-Geräte messen den Strahlungsdurchgang durch ein Objekt

Siehe auch

ergänzendes zum Thema
- Marinellibecher Vorrichtung für besondere Art von Messung

Abgeleitete Messgeräte

Sind aus den ursprünglichen Messgeräten entstanden

Geschwindigkeit

Die Geschwindigkeit ist der Quotient Weg durch Zeit.
- Tachometer zeigt im Fahrzeug die Fahrtgeschwindigkeit an (und spart bei richtiger Verwendung Punkte in Flensburg) :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

- Beschleunigung ist die Geschwindigkeitsänderung pro Zeiteinheit. Beschleunigungsmessgeräte messen die Krafteinwirkung auf einen Probekörper.

Zurückgelegter Weg

- Hodometer sind (allgemeiner Begriff) Wegmesser
- Kilometerzähler mißt den zurückgelegten Weg, KFZ...

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 messen den Massenstrom oder den Volumenstrom
- Ein Magnetisch Induktiver Durchflussmesser (MIDs) arbeitet ohne bewegliche Teile. Er errechnet den Durchfluss eines elektrisch leitfähigen Mediums anhand der durch Induktion durch ein von außen angelegtes Magnetfeld resultierenden elektrischen Spannung.
- Laser-Doppler-Anemometer zur berührungsfreien Messung der Strömungsgeschwindigkeit von Gasen oder Flüssigkeiten.
- Wasserzähler gibt es in unterschiedlichen Bauarten als Flügelrad-, Woltmann- oder Verbundwasserzähler. Sie dienen zur Bestimmung der durchflossenen Flüssigkeitsmenge (Volumen), können aber durch Differenzierung eines Abtastsignals auch zur Durchflussmessung verwendet werden.
- Druckmessgeräte, ugs. Manometer, messen den Druck für Gase und Flüssigkeiten
- Vakuummeter sind Messgeräte zur Bestimmung des Gasdrucks in einem Vakuum
- Aräometer messen die Dichte einer Flüssigkeit :siehe auch Mostwaage Wein, Laktodensimeter Milch,...
- Rheometer messen Eigenschaften von fließenden Flüssigkeiten
- Viskosimeter messen die Viskosität von Flüssigkeiten
- Pegelmessgerät mißt die Mächtigkeit einer Flüssigkeit in einem Behälter oder einem Gewässer auch Füllstandmessung :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.
- Grindometer messen Korngrößen.
- Lysimeter messen bodenbiologische, -physikalische Daten.

Meteorologische Instrumente

Die folgenden Messgeräte werden in der Meteorologie und natürlich aber auch in anderen technischen Bereichen eingesetzt.
- Barometer messen den Druck von Luft und auch die Höhe (Altimeter). Über die Anzeige des Luftdrucks auch zur Vorhersage des Wetters verwendet.
- Thermometer messen die Temperatur.
- Hygrometer messen die Luftfeuchtigkeit (siehe auch Coulometrischer Feuchtesensor).
- Anemometer messen die Windgeschwindigkeit.
- Lysimeter messen die Versickerungs-Verdunstungs-Verhältnis-->Evapotranspiration.
- Netradiometer (auch Netto Radiometer) zur Messung der Globalstrahlung (Meteorologie Gesamtstrahlungbilanz)
- Pyranometer Globalstrahlungsensor (Meteorologie)
- Albedometer Strahlungsbilanzsensor (Meteorologie)
- Windsack zeigt die Windrichtung und eine Näherung für die Windstärke an
- Windrichtungsgeber auch der Wetterhahn zeigt die Windrichtung an
- Cyanometer gibt die Farbintensität der blauen Himmelsfarbe an, als Maß für die Menge an Wasser welches sich in der Atmosphäre befindet Siehe auch: :Kategorie:Meteorologische Messgeräte

Messung der Lichtmenge / Helligkeit / Farbtemperatur

:Kategorie:Meteorologische Messgeräte
- 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.
- Peakmeter geben den Spitzenwert einer Ton-Aufzeichnung an und dienen zur Aussteuerung der Tonaufnahme - Schalldruck und Spannung.
- [VU-Meter]] preisgünstige Aussteuerungsanzeige für Heimgeräte, die aus der Messung von Telefonsignalen stammt. Einschwingzeit langsame 300 Millisekunden.
- Speckle-Muster-Interferometrie (ESPI) Schwingungsanalyse und Formerfassung.
- Lasermikrofon

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

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.
- Analogmultimeter Spannungmessung ohne eigene Stromquelle
- Digitalmultimeter oft mit Schnittstelle zu PC-Messwerterfassung
- RCL-Messgerät zur Bestimmung von Widerstand, Kapazität und Induktivität

Analytische Messgeräte

- Chromatographen trennen Stoffgemische beziehungsweise ermitteln relative Wanderungsgeschwindigkeiten von Substanzen in den gewählten Medien. Die genaue Bezeichnung beschreibt den Aufbau:
- Gaschromatographen
- Säulenchromatographen
- Dünnschichtchomatographen
- Refraktometer zur Bestimmung der Brechzahl eines Mediums
- Ultrazentrifuge (Analytische) messen die Dichtezusammensetzung.
- Kalorimeter dienen der Heizwertbestimmung
- Massenspektrometer bestimmen die in einem Substanzgemisch vorhandenen Molekulargewichte.
- Polarimeter Bestimmen die Drehung der Lichtebene bei opt. aktiven Stoffen
- Spektrometer messen allgemein die Intensitätsverteilung verschiedener Wellenlängen, Spezialfall: ermitteln die Absorption einer bestimmten Wellenlänge einer Strahlung.
- Interferometer (allgemein) werden für Untersuchungen der Beugung des Lichts verwendet (verschiedene Messanwendungen)
- Thermo-Gravimetrische Analyse ist ein Verfahren, bei der gemessen wird, wie sich die Masse einer Probe in Abhängigkeit von der Temperatur ändert.(Dabei wird die Probe in einen Ofen mit eingebauter Waage eingelegt).
- Dilatometer bestimmen die Längenänderung einer Probe in Abhängigkeit von der Temperatur.
- Differentialthermoanalyse misst energetische Änderungen in Abhängigk eit von der Temperatur.

Industrielle Messtechnik / Produktionsmesstechnik / Gewerbliche Messtechnik

Diese Geräte werden in den meisten Fällen zur Herstellung eines Produktes verwendet oder dienen der Qualitätsicherung der Produkte beziehungsweise der Abrechnung von Leistungen.
- Koordinatenmessmaschine universelles Längenmessgerät in der industriellen Qualitätsprüfung
- Typometer sind Messlineale die für den Schriftsatz skaliert sind
- Drehmoment Messgeräte messen das Drehmoment am Angriffspunkt
- Schichtdickenmessgeräte bestimmen die Mächtigkeit einer Schicht auf einem Träger
- Perthometer zur Charakterisierung der Rauheit von Oberflächen
- Tribometer zur Bestimmung der Reibung bei Lagerwerkstoffen u.a.
- Duktilometer Zugfestigkeitsuntersuchungen
- Ein Vulkameter um die Vulkanisation von Kautschuk-/Gummi-Mischungen zu messen mehr zu diesem Thema siehe auch Werkstoffprüfung

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

- IEC-625-Bus (IEEE-488)

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

- Normale sind genaue Messgeräte, die zur Kalibrierung anderer Messeräte dienen.
- Normale 2. Ordnung sind noch genauere Messgeräte, die zur Kalibrierung anderer Normale dienen.
- Prüfstände sind Anlagen zur Fehlerkontrolle zur Qualitätssicherung oder Eichung von Messgeräten (beispielsweise für Wasserzähler).

Einige Normale

Hier sind einige Normale wiedergegeben, diese Liste ist nicht vollständig. Nur einige Beispiele werden erwähnt, meist mit historischer Bedeutung:
- historisches Normal für Lichtstärke Hefnerkerze
- Entwicklung der Längennormale siehe: Meter
- Normal für Masse Kilogramm

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

technische Hilfsmittel für Messungen in der Medizin

Sind nicht eigentlich Messgeräte werden aber für Messungen verwendet ...
- Mikroskop, vor allem Lichtmikroskope für Zählung/Erkennung von Bakterien,...
- Ultraschallgeräte zur Diagnostik (Schwangerschaft,...)
- Röntgen-Gerätezur Diagnostik (Knochen,...)

Siehe auch

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

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

Weblinks

- [http://www.ptb.de/de/wegweiser/oeffentlichkeit/verbraucherschutz/messgeraete.html Eichpflichtige Messgeräte]
- [http://www.helo.de/helo/museum/museum.htm Historische Messgeräte]
- [http://www.elektronik-kompendium.de/cgi-bin/index.cgi?dir=mes Messgeräte der Elektronik]
- [http://www.freunde-alter-wetterinstrumente.de/ Freunde alter Wetterinstrumente] Siehe auch: Liste der Messwerkzeuge Kategorie:Messtechnik Kategorie:Messgerät

Messung

Messen heißt vergleichen. Um messen, d.h. vergleichen zu können, hat sich der Mensch ein wohldefiniertes System von Standards und Einheiten geschaffen. Sie sind im Système Internationale, kurz SI-System, definiert und zusammenfassend dargestellt. Beispielsweise wird der Standard der Masse durch eine kleine, geometrisch wohl definierte zylindrische Platin-Iridium Trommel dargestellt. Diese Trommel ist der physikalische Standard der Masse. Traditionell wir die Masse in der Einheit kg gemessen. Per definitionem verkörpert die Trommel die Masse 1kg. Messen bedeutet nach allem die quantitative Bestimmung des Wertes einer Messgröße (Messwert) durch Vergleich mit einem geeigneten Standard gleicher Einheit. Die Wissenschaft des Messens heißt Metrologie. Die möglichst exakte Messung ist Aufgabe der Messtechnik. Die qualitative Bestimmung des Messergebnisses (also Messunsicherheit und Messfehler) ist Aufgabe der Fehlerrechnung. Die Messgröße kann eine physikalische Größe sein, aber auch eine beliebige andere Größe, wie beispielsweise die Inflationsrate, der Intelligenzquotient oder die Kundenzufriedenheit. In der Physik und den Ingenieurwissenschaften handelt es sich bei der Messgröße stets um eine physikalische Größe. 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-Energie niveauübergangs 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.

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 Spektrum.

(Klassische Messung und Viele-Welten-Interpretation) vs. (Kopenhagener Interpretation)

:No elementary phenomenon is a real phenomenon until it is a measured phenomenon. (John 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 auch

- Messtechnik
- Messfehler
- Messreihe
- Messgeräte
- Kalibrierung
- Eichung
- Ringversuch
- Geschichte von Maßen und Gewichten
- Einheitensystem
- SI-Einheiten
- Beobachtung (Geodäsie)
- Experiment Kategorie:Messtechnik ja:測定 simple:Measurement

Dimension (Physik)

Der Begriff Dimension hat in der Physik unterschiedliche Bedeutungen:

Raum- und weitere Dimensionen

Zunächst werden damit die drei Raumdimensionen bezeichnet. Durch ein Koordinatensystem mit drei Angaben kann man die Position eines Objektes im Raum eindeutig bestimmen. Der Raum ist dreidimensional. Auch die Zeit wird als Dimension bezeichnet, die Zeitdimension. In der Relativitätstheorie werden die drei Dimensionen des Raumes mit der der Zeit zu einer vierdimensionalen Raumzeit vereinigt. Zur Positionsbestimmung in der Raumzeit ist daher neben den drei Raumkoordinaten noch die Angabe eines Zeitpunktes nötig, insgesamt also vier Größen. Schließlich kann man unter Dimension auch den Freiheitsgrad einer räumlichen, manchmal auch zeitlichen, Bewegung oder sogar eines Systems verstehen. Die Bewegung eines Punktes auf einem Reifen ist eindimensional. Es ist nur eine Angabe – z. B. der Winkel – nötig, um die aktuelle Position zu bestimmen. Rechnerisch kann man die Achsen eines jeden Koordinatensystems als Dimension bezeichnen. Ein Beispiel ist der Phasenraum, in dem drei Raumdimensionen und drei Impulsangaben zu einem sechsdimensionalen Gebilde verschmelzen. "Raum" ist dabei in einem verallgemeinerten Sinn gemeint, nicht räumlich. Siehe auch Dimension (Mathematik).

Dimensionen und Maßeinheiten

Bei Verwendung von Maßeinheiten spricht man auch von Dimensionen der physikalischen Größen, diese Größen sind im Sinne messbarer Eigenschaften gemeint. Um solche Eigenschaften vergleichbar zu machen, ist eine Maßeinheit (kurz: Einheit) notwendig. Hierbei muss man zwischen der Einheit und der Dimension einer Größe unterscheiden. Die Dimension des Wegs (Formelzeichen: s) ist die Länge (Formelzeichen dieser Dimension: L) , eine dazugehörige Einheit das Meter (Einheitenzeichen: m) .

Die Dimensionen in diesem Sinne sind interpretierbar als Achsen eines Koordinatensystems (siehe oben); bei Verwendung des SI gibt es 7 solcher Achsen. Wie beim Koordinatensystem die Basis aus unabhängigen Richtungen besteht, so kann man auch keine Basis-Einheit, -größe und -dimension aus den anderen darstellen. Die Darstellung der Punkte innerhalb eines Koordinatensystems ist eindeutig. Nach Wahl eines bestimmten Einheitensystems ist ein Satz von "Basisgrößen" festgelegt, das sind die physikalischen Größen, zu denen die Basiseinheiten des Einheitensystems gehören. Somit ist auch die Schreibweise der physikalischen Gesetze in Form von Gleichungen festgelegt. In diesen Gleichungen kommen nur Formelzeichen für physikalische Größen und Konstanten, Zahlenwerte und mathematische Operatoren vor. Mit Hilfe dieser Gleichungen lassen sich alle physikalischen Größen auf Basisgrößen zurückführen; d. h. als Produkt von Potenzen der Basisgrößen darstellen, ggf. mit einem zusätzlichen Zahlenfaktor. Lässt man in dieser Gleichung den Zahlenfaktor weg, abstrahiert also von quantitativen Bezügen, und ausserdem von Richtungsbetrachtungen (nur der Betrag eines Vektors zählt), gewinnt man die zu der betreffenden physikalischen Gleichung gehörende Beziehung der Dimensionen; insofern ist die Dimension eine Verallgemeinerung des Begriffs physikalische Größe (unter Vernachlässigung von Vektoreigenschaften und Zahlenfaktoren). Wie es Basisgrößen gibt, gibt es auch Basisdimensionen. Bei Wahl des SI als Einheitensystem erhält man folgenden Satz von 7 Basisdimensionen, den Dimensionen der Basisgrößen: Länge L, Masse M, Zeit T, Temperatur $\theta$ , Stoffmenge N, Stromstärke I und Lichstärke S. Jeder Basisgröße ist im SI-Einheitensystem eine SI-Basiseinheit zugeordnet (z. B. die Sekunde s der Zeit t, deren Dimension: T). Größen ohne Einheit (z. B. Winkel) haben die Dimension 1; oft sagt man stattdessen, sie seien dimensionslos. Die Dimension von abgeleiteten Größen kann man durch algebraische "Kombination" der Dimensionen der Basisgrößen erhalten. So ist im SI die Dimension der Geschwindigkeit = Länge durch Zeit (L/T, zugehörige SI-Einheit m/s), die der Beschleunigung = Geschwindigkeitsänderung durch Zeit entsprechend Länge durch Zeit zum Quadrat (L/T²) mit der Einheit (m/s²). Anderes Beispiel: Arbeit und Drehmoment haben im SI dieselbe Dimension, nämlich "Kraft mal Länge", in Basisdimensionen ausgedrückt: M L²/T². Bei der Arbeit sind Kraft und Weg gleich gerichtet, beim Drehmoment stehen sie senkrecht aufeinander, und das Drehmoment senkrecht auf ihnen beiden. Alternativ zum SI werden (vor allem in der Ähnlichkeitstheorie oder Dimensionsanalyse) andere Basisgrößensysteme verwendet. Werden als Basisgrößen bspw. die Zeit T und die Geschwindigkeit V verwendet, so stellt sich die Dimension des Weges als Geschwindigkeit mal Zeit (V T) dar.

Umrechnung von Einheiten

Verschiedene physikalische Größen mit derselben Dimension können in verschiedenen Einheiten angegeben werden; im Falle von Größen der Dimension Länge zum Beispiel in Meilen, Kilometer, Meter, Zoll, Inch, Ångström und vielen anderen. Dabei existiert immer eine feste lineare Relation zwischen den verschiedenen Einheiten, abgesehen von einigen Spezialfällen wie Grad Celsius.- Welche physikalischen Größen dieselbe Dimension haben, das hängt von der Wahl des verwendeten Einheitensystems ab. So gibt es ein CGS-System, in dem Längen und elektrische Kapazitäten dieselbe Dimension haben, Kapazitäten also auch in Zentimeter angegeben werden können. Das liegt daran, dass in diesem CGS-System einer physikalischen Konstante willkürlich die Dimension 1 gegeben wurde, obwohl sie im SI eine völlig andere hat.

Dimensionsvergleich

In jeder physikalischen Rechnung kann und sollte man überprüfen, ob die berechneten Größen die richtige Dimension haben. Links und rechts vom Gleichheitszeichen muss immer dieselbe Dimension stehen. Darüberhinaus müssen zwei mit Plus- oder Minuszeichen verknüpfte Ausdrücke stets in ihrer Dimension übereinstimmen, sonst wären sie nicht addierbar. Die Dimensionsanalyse (siehe auch: Buckinghamsches Pi-Theorem) liefert daneben auch Aussagen über die mögliche Form eines gesuchten physikalischen Gesetzes. Die Ähnlichkeitskriterien der Hydrodynamik sind hier ein wichtiges Beispiel. Siehe auch: Physikalische Größen und ihre Einheiten Kategorie:Theoretische Physik

Weblinks

- [http://www.schweiz.ch/umrechnung/einheiten Online Umrechnung von Einheiten] ja:次元 ko:차원 simple:Dimension

Sensor

Ein Sensor (lateinisch sensus: "Gefühl") oder (Mess-)Fühler ist in der Technik ein Bauteil, das neben bestimmten physikalischen oder chemischen Eigenschaften (z. B.: Wärmestrahlung, Temperatur, Feuchtigkeit, Druck, Schallwechseldruck, Schall, Helligkeit, Magnetismus, Beschleunigung, Kraft) auch die stoffliche Beschaffenheit seiner Umgebung qualitativ oder als Messgröße quantitativ erfassen kann. Die Begriffe Sensor und Messgerät sind klar voneinander abgegrenzt: Der Sensor misst und das Messgerät verarbeitet die Umweltbedingungen. Sensoren, die Strahlung (z. B. Licht, Röntgenstrahlung) oder Teilchen nachweisen, bezeichnet man als Detektoren. Auch ein normales Mikrofon ist ein Sensor für den Schallwechseldruck. Der Begriff wird in der Technik und in den Lebenswissenschaften Biologie / Medizin verwendet, seit einigen Jahren verstärkt auch in den Naturwissenschaften. Beispiel für letztere sind Anwendungen von CCD-Bildsensoren (= Charge Coupled Device) und Teilchenzähler in der Astronomie, Geodäsie und Raumfahrt. In der Technik spielen Sensoren in automatisierten Prozessen als Signalgeber eine wichtige Rolle. Die von ihnen erfassten Werte oder Zustände werden, meist elektrisch-elektronisch verstärkt, in der zugehörigen Steuerung verarbeitet, die damit entsprechende weitere Schritte auslöst.

Sensorübersicht nach Messgrösse

Beispiele für Sensoren (alphabetisch):
- Beschleunigungssensoren
- Bewegungsmelder
- Dehnungsmessstreifen (DMS)
- Folien-Dehnungsmessstreifen
- Draht-Dehnungsmessstreifen
- Halbleiter-Dehnungsmessstreifen
- Drehzahlmessung
- Stroboskop
- Tachogenerator, Tachometer
- Impulszählung z. B. Inkrementalgeber
- Durchflusssensor,
- Induktiver Durchflussmesser, Magnetisch Induktive Durchflussmesser (MIDs)
- Kapazitiver Durchflussmesser
- Massendurchflussmessverfahren nach dem Coriolis-Prinzip
- Ultraschalldurchflusssensor Thermischer Massenfluss-Sensor wie z. B.
- Luftmassensensor
- Drucksensor
- Silizium-Drucksensor
- Keramischer Drucksensor
- Barometer
- Mikrofon
- Feuchtesensoren (Hygrometer)
- Gassensoren
- Brandmelder, Rauchmelder
- Geophone
- Halbleiterdetektor
- Hallsensor (magnetische Sensoren)
- Klopfsensor (Vibrationssensor)
- Näherungsschalter
- Induktive Näherungsschalter
- Kapazitive Näherungsschalter
- Optische Näherungsschalter
- Magnetometer
- SQUIDs
- Optosensor
- Charge-coupled Device (CCD)
- Super-CCD-Sensor (SCCD)
- CMOS-Sensor
- pH-Wert
- Schallsensor
- Strahlungsdetektor
- Teilchendetektor
- Temperatursensor
- NTC (Heißleiter)
- PTC (Kaltleiter)
- PT100
- Thermoelement
- PT100
- Thermometer

Sensoren nach Messprinzip

Beispiele für Sensoren kategorisiert nach Meßgrößen:

Resistive Sensoren

Beruhen auf dem Effekt der elektrischen Widerstandsänderung.
- Potentiometrische Sensoren
- Drahtpotentiometer
- Leitplastik-Hybrid-Potentiometer
- Leitplastik-Potentiometer
- Dehnungsmessstreifen (DMS)
- Halbleiter-Dehnungsmessstreifen
- Metall-Dehnmessstreifen
- Draht-Dehnungsmessstreifen
- Folien-Dehnungsmessstreifen
- Dünnschicht-Dehnungsmessstreifen Siehe auch: Ohmsche Sensoren

Induktionsaufnehmer

Beruhen auf magnetischer Induktion (dem physikalischen Effekt der Elektrodynamik)
- Pick Up (Sensor)
- Schwingungsaufnehmer

Differentialtransformator

der auf den physikalischen Gesetzen des Elektromagnetismus beruht.Bei einem Differentialtransformator wird eine Wegstrecke x durch Induktionsänderung gemessen. An eine Primärspule wird eine Eingangswechselspannung gelegt. Gegenüber von dieser ersten Spule befindet sich eine zweite Spule, die unterteilt ist, so dass das mittlere linke Ende mit dem äussersten rechten verbunden ist und der Abgriff zwischen dem äussersten linken und dem mittleren rechten liegt. Dort wird die Ausgangsspannung abgegriffen. Wird ein Eisenkern, der sich zwischen den beiden Spulen befindet um die Strecke x verschoben, ändert sich die Induktion. Wird er über die mittlere Position hinaus verschoben, ändert sich die Polarität am Abgriff der Ausgangsspannung.

Induktive Sensoren

die auf den physikalischen Gesetzen des Elektromagnetismus beruhen, aber nicht wie oben zwei oder mehrere Spulen besitzen, sondern nur eine Spule.
- Einspulen-Längsanker-Induktivaufnehmer
- Differenzspulen-Längsanker-Induktivaufnehmer
- Differenzspulen-Queranker-Induktivaufnehmer

Wirbelstromaufnehmer

die auf dem Prinzip des Wirbelstroms beruhen
- Längsanker-Wirbelstromaufnehmer
- Queranker-Wirbelstromaufnehmer

Induktiver Näherungsschalter

die auf einer Veränderung des magnetischen Feldes beruhen
- Induktiver Initiator
- Wirbelstrom-Initiator

Magnetfeldsensoren

die auf den Gesetzen des magnetischen Feldes beruhen und hart- oder weichmagnetische Werkstoffe beinhalten
- Wiegand-Sensoren
- Galvanomagnetischer Effekt
- Hallgenerator
- Feldplatte
- Magnetoristiver Dünnschichtaufnehmer

Magnetoelastische Sensoren

die auf dem Effekt der magnetischen Permeabilitätsänderung bei Längenänderung beruht
- Pressduktor
- Induktivsensor
- Drehmomentsensor

Kapazitive Sensoren

beruhen auf einer Änderung der Kapazität eines Kondensators
- Differentialwegsensor
- Drucksensor
- Füllstandssensor
- Kapazitiver Näherungsschalter

Piezoelektrische Sensoren

beruhen auf dem Effekt, dass besondere Kristalle auf Druck eine elektrische Spannung abgeben (Piezoelektrizität)
- Piezoelektrischer Kraftsensor
- Piezoelektrischer Drucksensor
- Piezoelektrischer Beschleunigungssensor
- Piezoelektrischer Magnetfeldsensor

Optoelektronische Sensoren

die entweder auf dem äußeren Foto-Effekt beruhen, dem inneren Foto-Effekt (Verbesserung der Leitfähigkeit) oder dem Fotovoltaischen-Effekt (Solarzelle)
- Äußerer Foto-Effekt
- Fotozelle
- Innerer Foto-Effekt
- Fotowiderstand (LDR)
- IR-Detektoren
- Fotovoltaischer Effekt (Sperrschicht-Effekt)
- Selenfotoelement
- Halbleiterdetektor
- Siliziumfototransistor
- Siliziumfotothyristor
- Technische Anwendungen
- Lichtschranke
- Drehzahlmessung (optisch)
- Winkelmessung (optisch)
- Abstandsmessung (optisch)
- Füllstandsmessung (optisch)
- Volumenmessung (optisch)
- Absicherung von Gefahrenbereichen (optisch)
- Barcodescanner (optisch)
- Farberkennung (optisch)
- Kontrasterkennung (optisch)

Temperatursensoren

beruhen grundsätzlich auf zwei Prinzipien. Entweder auf der Kontaktthermometrie oder auf der Strahlungsthermometrie.
- Widerstandsthermometer - beruhen auf einer Widerstandsänderung
- PT100
- Thermoelemente beruhen auf dem thermoelektrischen Effekt
- Hohlspiegel-Gesamtstrahlungspyrometer
- Fotoelektrisches Gesamtstrahlungspyrometer

Weiterführende Themen

Signalaufbereitung

Typische Verstärker zur Signalaufbereitung:
- Instrumentierungsverstärker
- Isolierverstärker
- Chopper-Verstärker
- Lock-In-Verstärker

Literatur

- Schiessle, Edmund: Sensortechnik und Messwertaufnahme, Würzburg, 1992
- Jörg Hoffmann: Taschenbuch der Messtechnik, Leipzig, 2002

Siehe auch

Messtechnik, Messgeräte, Sensorik, Distanzsensor

Weblinks

- [http://wwwfbp.mfh-iserlohn.de/Labore/ELON/ex296.pdf Dokument der Firma RS Components über Sensoren 1,1MB - pdf]
- [http://www.corscience.de/pdfs/bluesense_data_sheet.pdf Dokument der Firma Corscience über drahtlose Sensoren 60 kB - pdf] Kategorie:Messgerät Kategorie:Steuerungs- und Regelungstechnik ja:センサ

Alphabet

Ein Alphabet (das, altgriechisch ἀλφάβητος [alphábētos]) ist eine Menge von Zeichen zur Abbildung von Lauten einer Sprache. Der Name Alphabet geht auf die ersten beiden Buchstaben des griechischen Schriftsystems zurück (Alpha – α, Beta – β). Analog dazu sagt man im Deutschen A-B-C. Die festgelegte Reihenfolge erlaubt alphabetische Anordnungen, z.B. in Wörterbüchern. Im Unterschied zu piktografischen bzw. logografischen Systemen, bei denen die Zeichen für Dinge stehen (z.B. Rind, Haus, Kamel), ist ein Alphabet ein phonographisches System: Die Zeichen stehen für Laute, die in der Kombination Worte ergeben. Im Unterschied zur Silbenschrift stehen die Zeichen des Alphabetes in der Regel für jeweils nur ein Phonem.

So funktioniert ein Alphabet

Die Buchstaben eines Alphabetes sind Symbole für die kleinsten bedeutungsunterscheidenden Einheiten der Sprache, die Phoneme (zum Beispiel unterscheiden t und s in Haut und Haus die Bedeutung der Worte). Lautliche Unterschiede, die zwar als solche wahrgenommen aber für eine Sprache nicht bedeutungsunterscheidend sind, bezeichnet man als Allophone (vgl. den Unterschied des ch in Ach! und ich). Alphabete geben also nicht die Laute (siehe Phon) einer Sprache als Buchstaben wieder, sondern Gruppen von Lauten. In einem idealen Alphabet korrespondierte jedem Phonem genau ein Buchstabe. In der Praxis finden sich aber fast immer Abweichungen: Es können
- die selben Zeichen für verschiedene Laute gelten (z.B. v in Vogel und Vase)
- die selben Laute mit verschiedenen Zeichen notiert werden (z.B. [f] in Vogel und Fisch).
- mehrere Zeichen für ein einziges Phonem stehen (deutsch sch, engl. sh) Darüber hinaus geht die Korrespondenz von Laut und Zeichen auch durch den natürlichen Sprachwandel verloren (vergleiche englisch sign, lateinisch signum). Fehlen in einem Schriftsystem Zeichen für Phoneme, können sprachliche (inhaltliche) Unterschiede eventuell nicht schriftlich wiedergegeben werden. So bestanden einige Alphabete ursprünglich nur aus Konsonanten (Konsonantenschrift). Später wurden sie mit Zeichen für Vokale ergänzt, die als kleine Zusätze (z.B. Punkte, Striche) zu den Konsonanten gesetzt wurden (hebräisches und arabisches Alphabet). Die Schriftsysteme für die meisten europäischen Sprachen sind Varianten des Lateinischen Alphabets. Dabei wurden den Zeichen für lateinische Laute ähnliche Laute der jeweiligen Sprache zugeordnet. Die selben Zeichen standen in den verschiedenen Sprachen für teilweise unterschiedliche Laute. Zudem ist es im Zuge der Sprachentwicklung zu weiteren Veränderungen der Aussprache gekommen (vgl. j im Deutschen und Englischen). Da die Zahl der Phoneme in den verschiedenen Sprachen unterschiedlich ist, genügte der Zeichenvorrat des Lateinischen Alphabetes oft nicht. Deshalb wurden zur Darstellung der betreffenden Phoneme Buchstabenkombinationen (ou, ch, sz) und diakritische Zeichen eingeführt(ö, š). Daneben wurden Varianten der ursprünglichen lateinischen Zeichen (i/j, u/v]) und Ligaturen (ae > æ, uu/vv > w, sz/ss > ß) zu eigenständigen Zeichen weiterentwickelt und gelegentlich auch Buchstaben aus anderen Alphabeten übernommen (þ). Genaueres siehe unter "Lateinisches Alphabet"; siehe auch "Ligatur".

Phonetisches Alphabet

Ein absolut phonetisches Alphabet wäre in der Praxis unbrauchbar, weil es aufgrund der unzähligen Nuancen einer Sprache unzählig viele Zeichen hätte. Ein in Bezug auf die phonetische Wiedergabe optimiertes Alphabet ist das IPA, bei dem man versucht, möglichst vielen Lautnuancen ein Zeichen zuzuordnen. Man spricht auch von phonetischen Alphabeten, wenn sie phonetische Aspekte ausgeprägt berücksichtigen (z.b. georgisches Alphabet) Eine phonemische Schreibweise behandelt unterschiedliche Aussprachen desselben Phonems gleich. So wird z. B. in der deutschen Orthografie die unterschiedliche Aussprache des Phonems /d/ von "Hund" in Hund und Hunde nicht berücksichtigt.

Bedeutung der Erfindung

Die kulturhistorische Bedeutung der Erfindung des Alphabetes (im Sinne der Definition), die auf die Phönizier zurückgeht, ist die Erkenntnis, dass die Sprache ein Lautsystem aus nur wenigen Elementen darstellt und sich auch als solches grafisch abbilden lässt. „Die menschlichen Sprechwerkzeuge können zwar eine riesige Zahl von Lauten erzeugen, doch beruhen fast alle Sprachen auf dem formalen Wiedererkennen von nur ungefähr vierzig dieser Laute durch die Mitglieder einer Gesellschaft.“ (Jack Goody) Um die Aufzeichnungen der alten Ägypter verstehen zu können, musste man Hunderte, später sogar Tausende Hieroglyphen lernen. Nun genügten zwei Dutzend Zeichen, um sämtliche Gedanken, die überhaupt denkbar sind, zu notieren. Die Einfachheit dieses Systems begünstigte dessen Verbreitung über die halbe Welt.

Spezifische Alphabete und Schriftsysteme

- Deutsches Alphabet
- Liste der Schriftsysteme
- Hebräisches Alphabet
- Arabisches Alphabet
- Georgisches Alphabet
- Griechisches Alphabet
- Kyrillisches Alphabet
- Lateinisches Alphabet
- Fingeralphabet
- Telefonalphabet
- Chinesisches Schriftsystem
- Japanisches Schriftsystem
- ICAO Alphabet
- Beghilos ---- Siehe auch: Schrift, Literalität, Alphabetische Schrift, Funkalphabet, Schriftart, Letter, Buchstabe, Analphabeten, Legastheniker

Weblinks

- [http://www.alphabetpage.com/ Europäische Alphabete mit Aussprache (benötigt Quicktime)]
- [http://evertype.com/alphabets/index.html Vollständige Listen europäischer Alphabete]
- [http://www.reliefdruck.com/alphabet.htm Persiflage auf das Alphabet - eine Gemeinschaft von sechsundzwanzig Typen]
- [http://www.omniglot.com/ Sammlung von Alphabeten der Welt] ! als:Alphabet ja:アルファベット ko:자모 문자 ms:Aksara simple:Alphabet th:อักษร

Kategorie:Messgerät

Die hier angelegte Kategorie der Mess- und Prüfwerkzeuge und Mess- und Prüfinstrumente führt möglichst sämtliche Arten und Formen von Gerätschaften auf, die im Alltag zum Messen verschiedener Größen oder zum Überprüfen von Eigenschaften verwendet werden. Eine gute Zusammenstellung findet sich auch unter Messgerät. Nicht aufzunehmen sind normale Werkzeuge aus der Liste der Werkzeuge und Maschinen, hierfür ist eine eigene Liste der Werkzeugmaschinen vorgesehen. Kategorie:Messtechnik Kategorie:Bauausführung Kategorie:Werkzeug ja:Category:計測機器

Kategorie:Messtechnik

Kategorie:Technik Kategorie:Physik ja:Category:測定 ko:분류:측정

Steuerungstechnik

Steuerungstechnik ist die Technik von Einrichtungen, die nach einem vorgegebenen Plan technologische Prozesse beeinflussen. Wenn deren Zweck durch Steuerung selbsttätig erfüllt wird, handelt es sich um Automatisierung.

Gesteuerte Prozesse

Der generelle Zweck technologischer Prozesse ist das Umformen und Transportieren von Material, Energie und Information, wozu über geeignete technische Einrichtungen Energie eingesetzt und gewandelt wird. Steuerungstechnische Einrichtungen, auch Steuerungen genannt, beeinflussen die Wandler mit Hilfe von Informationen, die sie im Sinne des Prozessziels verarbeitet haben. :Beispiele: Einrichtungen wie Heizung, Wasserzufluss und Elektromotor von einer Steuerung durch Verarbeitung von Informationen beispielsweise über Zeit, Wasserstand und Temperatur so in Gang gesetzt und angehalten, dass saubere vorgetrocknete Wäsche entsteht, wobei auch diverse Regelkreise der Gesamtsteuerung untergeordnet sind, in denen es eine Rückkopplung über den derzeitigen Zustand gibt. Der Prozess beginnt dabei mit dem Zustand Wasser einlassen, gibt der Wasserstandsmelder das Signal das genügend Wasser eingelassen ist, ändert sich der Zustand der Waschmaschinen in den Zustand Heizen und Trommel drehen. Diese Signalrückgabe gehört in den Bereich der Steuerungstechnik wohin gegen das Halten der Wassertemperatur auf dem eingestellten Wert eine Regelungsaufgabe darstellt. Beim Beispiel der Waschmaschine setzt sich das Zusammenwirken von Maschinenzuständen in den Aktoren auf den Prozess einwirken und den über Sensoren ausgelösten Zustandsänderungen solange fort bis das gewünschte Prozeßziel erreicht ist. :Der technologische Prozess einer Ampelanlage für Fußgänger hat zum Ziel, über farbiges Licht sich querenden Fußgängern und Fahrzeugen Passageinformationen für kollisionsfreien Verkehr zu geben. Die freie Passage für Fußgänger und die gesperrte für Fahrzeuge ist die zeitlich befristete Ausnahme, die von Fußgängern bedarfsweise bei der Steuerung angefordert wird.

Aktoren und Sensoren

Die Bindeglieder zwischen steuerungstechnischen und prozesstechnischen Einrichtungen sind Sensoren und Aktoren (auch Aktuatoren genannt). Sensoren wandeln Prozesszustände in Informationen um und sind dadurch Informationsquellen. Dagegen sind Aktoren Informationssenken. Sie wandeln informationstragende Energie in Prozessenergie um. (In dieser Betrachtungsweise wird der Informationscharakter der eingesetzten Energie betont, um den Aktor als funktionales Gegenstück zum Sensor erscheinen zu lassen.) Die von Sensoren abgegebenen Informationen werden so oft gewandelt bis sie die Darstellungsform haben, die vom informationsverarbeitenden Gerät (Steuergerät) akzeptiert wird. Ebenso wird eine vom Steuergerät ausgegebene Information gewandelt bis sie die Form hat, die ein Aktor akzeptiert. Prozesszustände sind zweiwertig (binär), wenn sie sich durch eine Aussage, wie Gegenstand vorhanden/nicht vorhanden, angeben lassen. Dagegen sind sie kontinuierlich, wenn sie durch eine reelle Zahl abgebildet werden können, z.B. Temperatur = 65,5°C. Binäre Prozesszustände werden von Sensoren in binäre Informationen verwandelt. Ein kontinuierlicher Prozesszustand wird vom Sensor in eine analoge Information umgesetzt. Wenn das Steuergerät den Zahlenwert der analogen Information benötigt, ist eine Analog/Digitalwandlung erforderlich. Das umgekehrte gilt für Aktoren. :Beispiele: :Dem Aktor Elektromotor am Förderband einer Ladenkasse wird ein Signal zugeführt, das so verstärkt ist, das es den Motor treiben kann. (Das bedeutet: die Antriebsenergie trägt die Information, die das Steuergerät ausgibt, während die mechanische Energie, die der Motor erzeugt, dem Prozesszweck dient und als Informationsträger keine Bedeutung hat.) Damit das Steuergerät entscheiden kann, ob der Elektomotor ein- oder auszuschalten ist, braucht es die Information eines Sensors über die Anwesenheit von Waren im Griffbereich des Kassenpersonals, beispielsweise einer Lichtschranke. :Der Aktor Glühlampe einer Außenleuchte erhält das Signal zum Leuchten in Form ausreichend starker elektrischer Energie. Es wird von der Steuerung aus den Informationen gewonnen und verstärkt, die ein Sensor für die Tageslichtstärke und ein Sensor für die Bewegung einer Wärmequelle liefern. :Das Steuergerät eines Automotors beeinflusst kontinuierlich die Kraftstoffzufuhr und den Zündzeitpunkt über analoge Aktoren. Es erhält analoge Informationen über Sensoren für die Gaspedalstellung, die Motortemperatur und die Drehzahl, um den Motor unter verschiedensten äußeren Umständen optimal zu betreiben.

Sonderfall Regelung

Wenn die Aufgabe besteht, einen bestimmten Wert einer physikalischen Größe wie Druck oder Temperatur herzustellen, wird in vielen Fällen ein Istwert entstehen, der vom Sollwert abweicht, weil störende Einflüsse am Werk sind. Das Problem wird gelöst, indem die physikalische Größe mit einem Sensor erfasst wird. Das Steuergerät kann die Abweichung des Istwerts vom Sollwert erkennen und so auf den Aktor einwirken, dass die Störeinflüsse kompensiert werden. Die Wirkung des Aktors über die physikalische Größe und den Sensor auf das Steuergerät ist eine Rückkopplung. Solche Anordnungen gehören zum technischen Wissensgebiet der Regelungstechnik. Das Kennzeichen geregelter Prozesse ist die geschlossene Wirkungskette, der Regelkreis. Damit der Istwert mit der geforderten Genauigkeit und Charakteristik dem Sollwert folgt, muss das Steuer- (Regel-)gerät die angemessene Regelantwort geben, die maßgeblich auch von der Trägheit beeinflusst wird, mit der der Istwert auf den Aktor reagiert (Zeitverhalten der Regelstrecke). Manchmal genügt es, wenn grobe Istwertschwankungen im zeitlichen Mittel dem Sollwert entsprechen. In anderen Fällen ist höchste Regelgüte gefordert. Trotz ihrer großen technischen Bedeutung und ihrer anspruchsvollen mathematischen Behandlung sind Regelkreise eine Spezialität der Steuerungstechnik. Während Regelungen nur den einen Zweck erfüllen, unter Einsatz je eines Sensors und Aktors den Istwert einer physikalischen Größe zu regeln, lösen Steuerungen die unterschiedlichsten Aufgaben, wobei eine Vielzahl von Sensoren und Aktoren zum Einsatz kommen können. :Beispiele: :Die konstante Geschwindigkeit eines Autos vermindert sich bei einfachem Festhalten des Gaspedals an einer Steigung, die eine Störgröße des Vorgangs ist. Die Steuergeräte moderner Fahrzeugmotoren können die notwendige Regelung nebenbei erledigen. Der Regelkreis für konstante Fahrgeschwindigkeit schließt sich auf Wunsch des Fahrers im Steuergerät, indem die Kraftstoffzufuhr dem Einfluss des zurückgehenden Gaspedals entzogen und dafür dem Einfluss von Motordrehzahlveränderungen unterworfen wird. :Von einem Labornetzgerät wird verlangt, dass es eine eingestellte Spannung trotz Belastungs- und Netzspannungsschwankungen konstant hält. Um die abgegebene Spannung zu erhöhen, vermindert ein Aktor einen internen Spannungsabfall im Laststromkreis und umgekehrt. Der Regelkreis entsteht dadurch, dass die vom Aktor erzeugte Spannung auf sich selbst einwirkt.

Methoden

Steuerungen übertragen und verarbeiten Informationen. Überwiegend ist der Informationsträger elektrische Spannung, seltener hydraulischer oder pneumatischer Druck. Die Information über einen binären Prozesszustand kann wahr sein oder falsch. Eine wahre Information wird mit 1 und eine falsche mit 0 bezeichnet, z.B. Taste gedrückt = 0 bedeutet: Taste ist nicht gedrückt, die Information ist also falsch. Die beiden Wahrheitswerte 0 und 1 von binären Informationen werden durch definierte Zustände eines Informationsträgers abgebildet, z.B. 0 entspricht 0 V, 1 entspricht 24 V. Ein Wahrheitswert wird vereinfacht auch als Zustand (des Informationsträgers) bezeichnet. Analoge Informationen aus kontinuierlichen Prozesszuständen werden zur Regelung, zur Anzeige oder zur Überprüfung von Grenzwerten benötigt. Eine Grenzwertprüfung von physikalischen Größen führt zu der binären Information: Grenzwert erreicht/nicht erreicht.

Beispiel einer Verknüpfungssteuerung

:Ein Patient kann durch Drücken einer Ruftaste über eine Leuchtanzeige die Krankenschwester rufen. Anders als bei einer Türglocke muss der Tastendruck zu einer dauerhaften Meldung führen, um auch dann noch bemerkt zu werden, wenn die Ruftaste nicht mehr gedrückt ist. Die Leuchtanzeige wird von der Krankenschwester mit einer Rückstelltaste gelöscht. :Beim Entwurf von binären Steuerungen mit Hilfe einer Funktionstabelle, wird jeder möglichen Kombination der von Sensoren gelieferten Wahrheitswerte (Eingänge) der Wahrheitswert eines Aktors (Ausgang) entsprechend dem Steuerungszweck zugeordnet. Nach einer möglichen Vereinfachung kann das Ergebnis direkt zur Konstruktion des Steuergerätes dienen. :Die Problemstellung des Beispiels verlangt Speicherverhalten, so dass in der Funktionstabelle neben den Sensoren (E1 und E2) auch der Aktorzustand selbst als Eingang hinzugefügt werden muss (E3). Dadurch erhält die Tabelle 2^3 = 8 Zeilen. : :Aus den Zeilen 1 bis 4 ist zu erkennen, dass bei gedrückter Ruftaste (E1 = 1) immer die Anzeige leuchtet (A1 = 1), die beiden Eingänge E2 und E3 also keine Rolle spielen. Die Zeilen 5 und 6 zeigen, dass die Rückstellung (A1 = 0) von Eingang E3 unabhängig ist. In den Zeilen 7 und 8 steckt das Speicherverhalten der Steuerung: Die Leuchtanzeige behält ihren (alten) Zustand bei (A1 = E3), wenn beide Taster über eine der Zeilen 3, 4, 5, 6 in den Zustand 0 kommen. :Daraus ergibt sich: Die Leuchtanzeige leuchtet nur, wenn die Ruftaste gedrückt ist, oder wenn die Rückstelltaste nicht gedrückt ist und die Leuchtanzeige leuchtet. (Diese intuitiv gefundene Vereinfachung hätte auch durch mathematische Verfahren ermittelt werden können.) :Üblich sind die folgenden Darstellungen dieser Aussage:
- Ausdruck der Bool'schen Algebra (Schaltalgebra): ::(v für ODER, & für UND, hier ausnahmsweise ' ' für NICHT)

A1 = E1 v ( 'E2' & E3)

- Funktionsplan: ::( >=1 für ODER, & für UND, O für NICHT)

               ____________________________
              |     ______                 |
           E3 |____|      |       ______   |
                   |  &   |______|      |  |
           E2-----O|      |      |      |  |
                   |______|      | >=1  |__|____A1
                                 |      |
           E1____________________|      |
                                 |______|

- Kontaktplan: ::( Parallelschaltung für ODER, Reihenschaltung für UND, Öffner für NICHT) _________________________ | |__ /---E1 /---E2----------------------e0 / / | | ---- ------------------------- E7 | | | /---- E3 | / | |________| | __|__ | |_____|--------A1 | ____________|____________ :Während der Funktionsplan an eine Schaltung aus elektronischen Schaltgliedern angelehnt ist, unterstützt der Kontaktplan den Aufbau der Steuerung mit Hilfe von Relais. Computer sind universelle Geräte der Informationsverarbeitung, die sich hervorragend als Steuergerät eignen. Man findet sie je nach Aufgabe als Controller, als speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) oder als Industrie-PC (IPC). Während der SPS-Programmierer Funktions- und Kontaktpläne oder auch spezifische Anweisungen eingeben kann, werden Controller und IPC mit üblichen Programmiersprachen programmiert. IPCs können mit geringstem Aufwand umfangreiche Zusatzfunktionen wie Visualisierungen, Protokollierungen und Statistiken bereitstellen. Als weiteren Möglichkeit, für Anwendungen deren Realisierung mit einer reinen schaltungtechnischen Lösung zu komplex sind die aber andererseits für den Einsatz eines kostenaufwendigen Computers zu einfach sind, bietet sich die Entwicklung nach der Theorie der endlichen Automaten an.

Beispiel einer vereinfachten Heizungssteuerung

:Eine Heizungsanlage besteht aus je einem Heizkreis mit Umwälzpumpe für Raumheizung und Warmwasserspeicher sowie einem Kessel mit Ölbrenner. :Der Kessel hält seine Isttemperatur auf der vom jeweiligen Heizkreis vorgegebenen Solltemperatur, indem der Brenner eingeschaltet wird, wenn die Isttemperatur die Solltemperatur unterschreitet. Ausgeschaltet wird der Brenner, wenn die Isttemperatur 5° C höher als der Sollwert ist (Zweipunkt-Regelung). Ein Heizkreis, der keine Temperatur benötigt, fordert vom Kessel 0°C. :Unterhalb von 16°C Außentemperatur läuft die Pumpe des Raumheizkreises und der Kessel muss im Mittel eine Temperatur liefern, die nach einer Heizkurve von der Außentemperatur abhängt. Die Pumpe schaltet ab, solange der Heizkreis für Warmwasser vom Kessel eine Temperatur > 0°C fordert. Oberhalb von 17°C Außentemperatur ist die Pumpe ebenfalls abgeschaltet (Heizung aus). :Der Betrieb des Heizkreises für Warmwasser hat Priorität. Er wird eingeleitet, wenn die Warmwasser-Isttemperatur die Solltemperatur unterschreitet, und beendet, wenn die Isttemperatur 5° C über dem Sollwert liegt (Zweipunktregelung). Während der Warmwasserbereitung läuft die Pumpe, und vom Kessel wird die maximal mögliche Temperatur gefordert. :Die Problemstellung enthält drei Funktionszyklen, die nahezu voneinander unabhängig sind. Jeder der Zyklen wird durch ein endloses Programm realisiert. Die drei Programme laufen parallel, was durch das Multitasking von Betriebssystemen und Programmiersprachen unterstützt wird. Untereinander kommunizieren sie über die global sichtbaren Temperaturanforderungen T1 und T2 der beiden Heizkreise. :Die folgenden Struktogramme zeigen die Programmkonzeption:

Kessel 
 ________________________________________________
|               Brenner aus               _______|
|                                                |           
|                                         ___    |
|          Solltemp. = max (T1, T2)          |   |
|            Isttemp. < Solltemp. ?          |   |
|     ja      |            nein              |   |
| Brenner ein |  Isttemp. < Solltemp. + 5 ?  |   |    
|             | nein |          ja           |   |
|             |      |      Brenner aus      |   |
|            Warte 10 s                   ___|   |
|                                  Wiederhole    |
|________________________________________________|

Heizkreis Raumheizung         Globale Variable T1
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|          Pumpe aus, T1 = 0              _______|
|                                                |           
|                                         ___    |
|          Außentemp. > 17 °C ?              |   |
|    ja   |            nein                  |   |
|Pumpe aus|     Außentemp. < 16 °C?          |   |    
| T1 = 0  | nein |           ja              |   |
|         |      |         T2 > 0 ?          |   |
|         |      |       nein      |    ja   |   |
|         |      |T1= f(Außentemp.)|Pumpe aus|   |
|         |      |   Pumpe ein     |         |   |
|            Warte 10 s                   ___|   |
|                                  Wiederhole    |
|________________________________________________|

Heizkreis Warmwasser         Globale Variable T2
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|          Pumpe aus, T2 = 0              _______|
|                                                |           
|                                         ___    |
|          Isttemp. < Solltemp. ?            |   |
|    ja   |            nein                  |   |
|Pumpe ein|     Isttemp. > Solltemp + 5 ?    |   |    
| T2 = Max| nein |           ja              |   |
|         |      |     Pumpe aus, T2 = 0     |   |
|            Warte 10 s                   ___|   |
|                                  Wiederhole    |
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Ebenso wie die meisten technologischen Prozesse sind ausgeführte Programme Abläufe. Abläufe benötigen Zeit. Nur Hard- und Software, die auch im ungünstigsten Fall synchron zum Prozess arbeiten kann, ist als Steuergerät geeignet und wird als echtzeitfähig bezeichnet. Im engeren Sinn bedeutet Echtzeit jedoch, dass Hard- und Software eines Rechners für diesen Zweck besonders ausgelegt sind. Rechner, die steuern, dürfen nie überlastet sein.

Siehe auch

- Portal:Elektrotechnik
- Elektrotechnik
- Regelungstechnik
- Hedonistische Steuerung
- Speicherprogrammierbare Steuerung
- Verbindungsprogrammierte Steuerung

Weblinks

- [http://wiki.buildingcontrols.de Das deutschsprachige Wiki der Gebäudeautomation und MSR-Technik]
- [http://www.system-maker.de Ein einfaches Echtzeit-Multitasking-Programmiersystem] Kategorie:Automatisierungstechnik Kategorie:Steuerungs- und Regelungstechnik

Regelungstechnik

Die Regelungstechnik ist eine Ingenieurwissenschaft, in der untersucht wird, wie Systeme so beeinflusst werden können, dass eine bestimmte Größe zu jeder Zeit einen vorgegebenen Wert aufweist. Ein einfaches Beispiel ist die Raumtemperatur: die Heizung wird über einen Thermostaten so geregelt, dass der dort eingestellte vorgegebene Wert eingehalten wird.

Unterschied Regelung–Steuerung

System Bevorzugter Untersuchungsgegenstand der Regelungstechnik ist der Regelkreis. Ein solcher besteht in seiner einfachsten Form aus einem zu regelnden System, z.B. einem Haus mit Heizung und einem Regler, z.B. dem Heizungsthermostat. Im Regelkreis fließt die Information über den Ist-Zustand wieder in das System ein. Beim Haus geschieht dies über ein Thermometer, welches hier direkt in den Thermostat eingebaut ist. Das zu regelnde System wird in der Regelungstechnik Strecke oder Regelstrecke genannt, der ganze Regelkreis Regelsystem. In der Regelungstechnik werden Systeme mit negativer Rückkopplung gebaut. Je wärmer die vom Sensor gemessene Temperatur, desto weniger wird geheizt. Ist eine solche Rückkopplung vorhanden, spricht man von einer Regelung, ist sie nicht vorhanden von einer Steuerung. Letzteres ist in der Haustechnik bei den einfachen handbetätigten Heizkörperventilen der Fall. Die englische Sprache unterscheidet nicht zwischen Regelung und Steuerung – beides heißt übersetzt control. So bedeutet closed loop control Regelung und open loop control Steuerung.

Synonym verwendete Begriffe

In der Praxis wird nicht zwischen Steuerungs- und Regelungstechnik unterschieden, da auch die Regelungstechnik die Eigenschaften des gesteuerten Systems kennen muss. Und nicht nur das: In der Regelungstechnik spielt immer auch die Erfassung des Ist-Zustandes für die Rückkopplung eine Rolle. Daher hat sich der Begriff Mess- und Regeltechnik, manchmal zu MRT abgekürzt eingebürgert.

Größen

Im Zentrum steht dabei die mathematische Behandlung von Regelungen, die besonders leistungsfähige Strukturen zur Systembeeinflussung sind. Es wird eine spezielle Systemtheorie verwendet, deren mathematische Methoden im Zuge der Ausformung der Regelungstechnik entwickelt worden sind. Bei einer 'Regelung' wird die zu regelnde Größe (Regelgröße x) eines Prozesses fortlaufend gemessen und mit einem vorgegebenen Wert (Soll- oder Führungswert w) verglichen. Besteht zwischen diesen beiden Größen eine Abweichung (Regeldifferenz oder Regelfehler e=w-x bzw. Regelabweichung), wird - abhängig von der Regelabweichung - eine den Prozess beeinflussende Stellgröße (y) derart verändert, dass die Regelgröße mit dem Führungswert wieder in Übereinstimmung gebracht wird. Ein Hauptziel der Regelungstechnik ist die Untersuchung der Stabilität des Regelkreises, da die zu regelnde Größe grundsätzlich nie exakt mit dem Führungswert übereinstimmt (der Regelfehler wäre dann 0), sondern um den Führungswert schwingt. Ein Grund für diese Schwingungen liegt in der Verzögerung der Signale im Regelkreis (hervorgerufen durch die sog. Totzeit oder durch die sog. Verzögerungszeit der Komponenten, die beide Einfluss auf die Phasenverschiebung der Signale haben). Ein weiteres Hauptziel ist die Untersuchung des Übergangsverhaltens: in welchem zeitlichen Verlauf ändert sich die Regelgröße bei einer Änderung der Führungsgröße (z.B. durch exponentielle Annäherung an den neuen