Lernfeld 11 · Prüfung Teil 2

Messmittel, Messabweichung und Kalibrierung

Messmittel richtig einsetzen: Messabweichung, Genauigkeit mit Digits, Messunsicherheit nach GUM, Kalibrieren, Justieren und Vierleitermessung.

16 Aufgaben dazu übenKostenlos, ohne Anmeldung, mit Lösungsweg

Darum geht es

Kein Messgerät misst exakt. Die Genauigkeit eines Digitalmultimeters steht als Prozent vom Messwert plus Digits im Datenblatt. Ein Digit ist eine Einheit der letzten angezeigten Stelle im gewählten Bereich. Beide Anteile addierst du zur größtmöglichen Abweichung.

Die Messunsicherheit beschreibt nach dem Leitfaden GUM den Bereich, in dem der wahre Wert mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit liegt. Beiträge aus wiederholten Messungen und Statistik heißen Typ A, Beiträge aus Datenblatt, Kalibrierschein oder Erfahrung Typ B. Unabhängige Beiträge kombinierst du geometrisch, also als Wurzel aus der Summe der Quadrate. Mit dem Erweiterungsfaktor $k = 2$ erhältst du die erweiterte Unsicherheit für etwa $95 %$ Vertrauen.

Als Faustregel soll die Unsicherheit des Prüfmittels höchstens ein Zehntel der Toleranzbreite betragen, sonst werden gute Teile verworfen und schlechte freigegeben. Kleine Widerstände wie Shunts misst du mit der Vierleitermethode: Zwei Leitungen führen den Strom, zwei andere greifen die Spannung direkt am Bauteil ab, so fallen Leitungs- und Übergangswiderstände heraus.

Kalibrieren heißt, die Abweichung zu einem Normal festzustellen und zu dokumentieren; es wird nichts verstellt. Justieren heißt, das Gerät so einzustellen, dass die Abweichung möglichst klein wird. Ein DAkkS-Kalibrierschein bestätigt die Rückführung auf nationale Normale.

Das solltest du dir merken

Kalibrieren stellt fest, Justieren stellt ein.
Unabhängige Unsicherheiten addierst du quadratisch, nicht linear.
Prüfmittelunsicherheit höchstens ein Zehntel der Toleranzbreite.
Kleine Widerstände nur mit Vierleitermessung genau messen.

Formeln

Größtmögliche Abweichung eines DMM: $Δ U = p \cdot U_{Anz} + n \cdot D$; $p$ Prozentangabe als Dezimalzahl, $U_{Anz}$ Anzeigewert, $n$ Anzahl Digits, $D$ Wert eines Digits (Auflösung im Messbereich)
Kombinierte Standardunsicherheit: $u_{c} = u_{1}^{2} + u_{2}^{2} + \dots$; $u_{c}$ kombinierte Unsicherheit, $u_{1}, u_{2}$ unabhängige Standardunsicherheiten in gleicher Einheit
Erweiterte Unsicherheit: $U = k \cdot u_{c}$; $U$ erweiterte Messunsicherheit, $k$ Erweiterungsfaktor (meist 2 für etwa 95 %), $u_{c}$ kombinierte Unsicherheit

Typische Fehler in der Prüfung

Digits als Prozent gerechnet oder ganz weggelassen.
Unsicherheiten einfach addiert statt quadratisch kombiniert.
Toleranz ±50 mV als Toleranzbreite 50 mV statt 100 mV angesetzt.
Kalibrieren und Justieren gleichgesetzt.

Tipps aus der Werkstatt

Genauigkeitsangaben „Prozent vom Messwert plus Digit“: erst den Prozentanteil vom angezeigten Wert ausrechnen, dann die Digits mal Auflösung der letzten Stelle addieren. Faustregel für Prüfmittel: ihre Unsicherheit darf höchstens ein Zehntel der zu prüfenden Toleranz sein.
Kalibrieren heißt vergleichen und dokumentieren, Justieren heißt eingreifen und einstellen. Rückführbarkeit ist die lückenlose Vergleichskette bis zum nationalen Normal der PTB. Das Ergebnis steht im Kalibrierschein und auf der Prüfplakette.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

16 Aufgaben zu „Messmittel, Messabweichung und Kalibrierung“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: KMK-Rahmenlehrplan Elektroniker/-in für Geräte und Systeme 18.12.2020, Lernfeld 11; JCGM 100 (GUM), DIN EN ISO 10012, DIN 1319. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.