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Meßgeräte gibt es sowohl in analogen als auch digitalen Ausführungen. In der Modellbahn kommen sie oft erst dann zum
Einsatz, wenn Fehlfunktionen auftreten, oder der Betreiber die Hintergründe des Betriebs bzw. der Funktion ergründen will.
Andererseits liest man oft Angaben zu Abmessungen, deren Genauigkeit in ihrer Relevanz für den Betrieb fragwürdig erscheinen
kann.
In erster Linie sind für den Modellbahner Meßgeräte elektrischer Kennwerte von Interesse:
Spannung, Strom, Widerstand, Frequenz. Daneben gibt es noch Spezialgeräte zur Messung elektrischer Leistungen, Kapazitäten,
Induktivitäten und weitere. In den meisten Fällen wird man sich mit den ersten vier genannten Größen begnügen.
Anhänger maßstabsgerechter Umsetzung benutzen bevorzugt mechanische Meßgeräte: Schiebelehre und/oder
Mikrometerschraube. Ferner werden noch Geschwindigkeitsmesser, Uhren, und gelegentlich auch Temperaturfühler eingesetzt.
Die Vielzahl unterschiedlicher Geräte macht eine kurze Betrachtung der Meßwerte und -geräte notwendig. Weitere
Informationen zu Meßgeräten finden sich in Schul-/Lehrbüchern der Physik oder Elektrotechnik (siehe auch
Abschnitt 7), sowie in den Katalogen der verschiedenen Elektronik- und Meßtechnikhändler.
Vor Benutzung von Meßgeräten unbedingt die Bedienungsanleitung durchlesen oder eine Fachkraft dazu befragen!
Unter der Bezeichnung "analog" sind Meßgeräte zu verstehen, welche ohne komplizierte, elektronische Hilfs- und
Anzeigemittel auskommen. Manchmal sind Diese auch stromlos betreibbar. Als Beispiele mögen hier Thermometer und sog.
"Drehspulvoltmeter" genannt sein. Eine Messung mit diesen Geräten erfolgt sehr einfach nach der spezifischen Anleitung.
Erhaltene Werte werden an der Skala entsprechend abgelesen und notiert. Beispiele: 25°C; 1,5V; 151mm; 45,3s.
Diese Werte sind Anhaltspunkte; eine Aussagekraft haben sie nur dann, wenn deren Genauigkeit bekannt ist. Letztere ist oft in der
Anleitung angegeben (z.B. Klasse 1.5 mit der Bedeutung +/- 1,5% vom abgelesenen Wert) oder sie muß abgeschätzt werden
(halbe, kleinste Skaleneinteilung). Beispiele:
Mit digitalen Meßgeräten kann eine höhere Genauigkeit erreicht werden, doch sind auch diese Art von
Meßgeräten nicht fehlerfrei. Bei den meisten Geräten ist der relative Fehler in der Anleitung angegeben. An unseren
Beispielen folgende Angaben in % für digitale Meßgeräte: Thermometer 1; Voltmeter 1,5; Laserzollstock 1 und Digitalstopuhr
1. Daneben werden auch Angaben zur "Auflösung" gemacht, mit der die Meßwerte abgelesen werden können:
Thermometer 0,1°C; Voltmeter 0,01V; Laserzollstock 0,1mm und Stopuhr 0,01s. Diese Angaben sind nur dann sinnvoll, wenn die
relativen Fehler einen kleineren, absoluten Wert ergeben als die Auflösung. Man rechne dies an obigen Beispielen aus!
Zusätzlich zu den angegebenen relativen Fehlern, werden in den meisten Fällen noch die sog. "Digitalstellenfehler"
in Einheiten der kleinsten Anzeigeeinheit angegeben. Wieder an unseren Beispielen: Thermometer +/-10; Voltmeter +/-2; Zollstock +/-5;
Stopuhr +/-1. (man rechne den rel. Fehler aus!). Als gesamter, relativer Fehler des digitalen Meßgeräts wird die Summe
aus angegebenem rel. Fehler und Digitalstellenfehler betrachtet. In unserem Fall sind dies
Jeder Meßwert sollte auf folgende Weisen angegeben werden: (Meßwert +/- absoluter Fehler) Einheit oder (Meßwert Einheit) +/- relativer Fehler %. Dabei sind noch ein paar Dinge zu beachten:
Oben angeführte Meßgeräte werden auch in Genauigkeitsklassen eingeteilt:
Meßgröße | durchschnittliche, prozentuale Toleranz | Anzahl der Messungen |
---|---|---|
Spannung |
+/-0.71% im Wechselstrombetrieb +/-0.98% im geglätteten Gleichstrombetrieb +/-0.79% im ungeglätteten Gleichstrombetrieb +/-1.43% im Impulsbetrieb† +/-0.92% im Digitalbetrieb (MMS)* +/-0.98% im Digitalbetrieb (DCC)* |
328 267 271 244 253 39 |
Strom |
+/-2.69% im Wechselstrombetrieb +/-3.09% im geglätteten Gleichstrombetrieb +/-3.12% im ungeglätteten Gleichstrombetrieb +/-3.11% im Impulsbetrieb +/-2.05% im Digitalbetrieb (MMS) +/-2.2% im Digitalbetrieb (DCC) |
328 267 271 244 253 39 |
Zeitkonstanz |
+/-1.88% im Wechselstrombetrieb +/-2.17% im geglätteten Gleichstrombetrieb +/-2.18% im ungeglätteten Gleichstrombetrieb +/-2.3% im Impulsbetrieb +/-0.8% im Digitalbetrieb (MMS) +/-0.92% im Digitalbetrieb (DCC) |
328 267 271 244 253 39 |
* Die Standardabweichung der Meßwerte ist größtenteils kleiner als die Eigenabweichung des Meßgeräts, daher wird dann Letztere eingerechnet | ||
† Zur Berechnung der Toleranz addieren sich die relativen Fehler der Spannung und der Tastgrade quadratisch. |
Hat man nun mit Hilfe von Meßgeräten Ergebnisse erhalten, ist es oft angebracht diese Werte zu vergleichen oder in einem
Bild (Graphik) zwecks besserer Übersicht zu präsentieren. Ein reiner Zahlenvergleich kann zwar sinnvoll sein und einem
schnellen Überblick dienen. Jedoch wird ein solcher Zahlenvergleich oft auf eine Art Quartettspiel mit der Frage "was hat
den größeren (oder kleineren) Zahlenwert?" reduziert.
Will man nun ein Diagramm mit Meßergebnissen erstellen muß man ganz schematisch vorgehen, um Fehler zu vermeiden:
Oft werden Modelle nach ihrem Fahrverhalten beurteilt, was in erheblichem Maße auch an der benutzten Spannung abhängt. In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage "wie ändert sich die Geschwindigkeit, wenn ich die Spannung verändere?" Diese Abhängigkeit ist am besten in einem Diagramm zu erkennen: dem vU-Diagramm (Formelzeichen finden sich im Abschnitt 8.1 Formelzeichen und Abkürzungen). Also ist:
Für Spannungen gibt es Multimeter mit den verschiedensten Bereichen und Qualitäten. Bei Geschwindigkeiten gibt es mehrere Möglichkeiten. Die bequemste Methode ist, die Geschwindigkeit direkt mit einem Meßwagen zu bestimmen, welcher alle Umrechnungen automatisch vornimmt. Genauer geht es, indem die Streckenlänge mit einem Meter und bei einer Rundfahrt die Zeit mit einer Stopuhr gemessen wird. Die Geschwindigkeit errechnet sich zu Strecke*Maßstab/Zeit. Als Meßgeräte werden hier Metermaß und Stopuhr benötigt. Folglich:
Nach der Auswahl der Meßgeräte wird das zu untersuchende Objekt gewählt (manchmal kann diese Reihenfolge auch umgekehrt sein):
Nach dieser Auswahl steht nun die Frage nach einem geeigneten Meßaufbau:
Als nächstes muß die Art und Weise, sowie die Umgebung dokumentiert werden; gegegebenenfalls. mit Begründungen:
Anschließend wird die Wertetabelle erstellt. Gemäß Punkt 1 benötigen wir 3 Spalten oder Zeilen: a) Spannung b) gestoppte Zeit (weil wir eine Stopuhr benutzen) c) ausgerechnete Geschwindigkeit. Weitere Beobachtungen (z.B. Temperatur/Datum usf.) werden ebenfalls vermerkt; hier wollen wir uns mit der genannten Tabelle begnügen:
Spannung in V | 3.15 | 4.38 | 4.93 | 5.23 | 5.54 | 5.96 | 6.21 | 6.26 | 6.32 | 6.24 | 6.28 |
Zeit pro Runde in s | 289.60 | 103.82 | 81.56 | 75.75 | 69.62 | 59.07 | 57.34 | 57.28 | 58.16 | 61.69 | 61.63 |
Geschwindigkeit in km/h | 14.26 | 39.76 | 50.62 | 54.5 | 59.3 | 69.89 | 72 | 72.07 | 70.98 | 66.92 | 66.99 |
Nach dem Ausfüllen der Wertetabelle braucht man zum Zeichnen des Diagramms kariertes Papier (oder einen Computer). Bevor man die Achsen einteilt, betrachtet man sich die Werte in der Tabelle, um sich einen Überblick zur Achseneinteilung zu machen. Man fängt im Allgemeinen bei jeweils 0 an und zählt sich in festen Abständen (z.B: Kästchen oder cm) bis zum größten Wert in der Tabelle. Dabei ist es sinnvoll und aufwandsparend, wenn man den nächstgrößeren Wert nimmt, der eine möglichst einfache Einteilung ergibt. Beispiel: größter Meßwert 384 Einheiten; zu wählendes Maximum im Diagramm: 400. Hat man diesen Schritt erledigt, kann man ein Achsenkreuz einzeichnen. Die Abszisse erhält die vorgegebenen (in unserem Fall die Spannungen), die Ordinate die erhaltenen (im Beispiel die aus der Zeit berechneten Geschwindigkeiten) Werte. Ist nun die richtige Einteilung (Skalierung) gewählt, so trägt man jeweils die zusammengehörenden Wertepaare ein, indem man auf der Abszisse von 0 bis zum jeweiligen Spannungswert geht, und dann nach oben, bis man auf der selben Ordinatenhöhe, wie der zweite Wert ist. Dort trägt man sein Symbol (Kreis, Stern, Kreuz usf.) ein.
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