Meßprinzip

Das Messprinzip ist die physikalische Grundlage einer Messung. Diese Bezeichnung wird in der Norm DIN 1319 definiert ^[1], die die wesentlichen Begriffe in der Messtechnik festlegt.

Die Länge ist eine der wenigen physikalischen Größen, die unmittelbar durch das Anlegen eines Maßstabes einer Messung zugänglich ist, und auch das nur im Millimeter- bis Meterbereich. Hier ist mittels Messschieber, Lineal oder Maßband der jeweilige Messwert ablesbar. Für weitere Größen hat der Mensch ein eingeschränkt quantitatives Empfinden entwickelt, beispielsweise für Zeit („etwa fünf Sekunden“), Temperatur („lauwarm“) und Masse („mehr als zwei Kilogramm“); die meisten physikalischen Größen kann er gar nicht erkennen. Deshalb werden Messeinrichtungen entwickelt, die jeweils eine Messgröße umformen

• in eine leicht ablesbare Größe wie Länge oder Winkel oder
• in eine leicht verarbeitbare Größe, häufig elektrische Spannung.

„Das Messprinzip erlaubt es, anstelle der Messgröße eine andere Größe zu messen, um aus ihrem Wert eindeutig den der Messgröße zu ermitteln. Es beruht auf einer immer wieder herstellbaren physikalischen Erscheinung (Phänomen, Effekt) mit bekannter Gesetzmäßigkeit zwischen der Messgröße und der anderen Größe“ ^[1].

Die praktische Anwendung des Messprinzips führt auf ein Messverfahren ^[2] und in seiner konkreten Ausführung auf eine Messeinrichtung ^[3]. Darin wird die Messgröße in ein erfassbares Messsignal überführt. Z. B. Temperatur-, Druck- oder Kraftmessungen werden auf einfache Längenmessungen übertragen; die Länge wird unmittelbar an einer Skale abgelesen. Andere physikalische Größen werden auf einen elektrischen Widerstand, eine Zeit, eine Anzahl von Spannungsimpulsen etc. abgebildet. Je nach Erfordernis werden mehrere Messprinzipien nacheinander angewendet.

Bei der Wahl des Messprinzips wird meistens Linearität zwischen der zu messenden Größe (Eingangsgröße) und der tatsächlich messbaren Größe (Ausgangsgröße) angestrebt. Dann lässt sich der Zusammenhang durch eine konstante Empfindlichkeit angeben.

Beispiel 1

Bei der Temperaturmessung wird in einem Flüssigkeits-Glasthermometer die unterschiedliche thermische Ausdehnung von Flüssigkeit und Glasgefäß ausgenutzt, mit steigender Temperatur drängt die Flüssigkeit in die mit dem Gefäß verbundene Glaskapillare, und der Flüssigkeitsfaden wird länger; Temperaturänderung → Volumenänderung → Längenänderung. Dann wird die aktuelle Länge der Flüssigkeitssäule gemessen. Die mit dem Kapillarrohr verbundene Skale wird dafür in Werten zu einer Temperatur-Maßeinheit beschriftet, so dass kein Längen- sondern direkt der Temperatur-Messwert abgelesen wird.

Silizium-Drucksensor mit eindiffundierten Widerständen

Beispiel 2

Noch mehr Messprinzipien werden in einer Messkette zur Druckmessung mit Silizium-Drucksensor verwendet:

Druck

→ Elastische Verformung der Siliziummembran mit Dehnung/Stauchung der eindiffundierten Widerstände

→ positive/negative Widerstandsänderungen

→ Verstimmung einer Wheatstone-Brücke mit Erzeugung einer Brücken-Querspannung

→ Weiterverarbeitung zu standardisierter Signalübertragung (Fernmessung, Automatisierung) – oder

→ Zeigerausschlag (Winkel) an einem Spannungsmessgerät, das in Zusammenhang mit geeigneter Signalaufbereitung mit Werten zu einer Druck-Maßeinheit auf der Skale beschriftet sein kann, so dass der Druck unmittelbar ablesbar ist.

Quellen

1. ↑ ^{a b} DIN 1319-1:1995; Nr. 2.2
2. ↑ DIN 1319-1; Nr. 2.4
3. ↑ DIN 1319-1; Nr. 4.2

Quellen im Internet

• Fachhochschule München