Mål

En måling er utførelse av planlagte aktiviteter (f.eks. Som en del av et eksperiment) til en kvantitativ uttalelse om en målt variabel ved sammenligning med en måleenhet . ^[1] Metrologi og måleteknologi omhandler det teoretiske grunnleggende og den praktiske implementeringen av målinger.

Målingen skjer i henhold til en bestemt metode med passende måleenheter . Det skilles mellom direkte og indirekte målinger. Med direkte metoder sammenlignes størrelsen umiddelbart, for eksempel ved å plassere en brettregel på kanten av et møbel som skal måles. På den annen side snakker man om en indirekte måling når måleverdien bestemmes ved å måle andre størrelser. For eksempel, for å måle kjøretøyets hastighet ved hjelp av radar , måles endringen i frekvensen til radarsignalet som reflekteres av kjøretøyet først og konverteres deretter til hastigheten. For alle målinger er det viktig å kjenne det underliggende måleprinsippet nøyaktig.

Begrepet "måling" utviklet innen fysikk og ingeniørfag overføres også til andre områder. B. i samfunnsvitenskapene får imidlertid en annen betydning. Fordi "en overføring av dette målekonseptet til samfunnsvitenskapen mislykkes fordi de enhetene i denne forstand fortsatt mangler i samfunnsvitenskapene." ^[2] For å bruke begrepet uansett, er det ytterligere formulert der: "Måling er en oppgave av tall til objekter eller hendelser, forutsatt at denne oppgaven er en homomorfisk kartlegging av en empirisk slektning til en numerisk slektning. "

Måling når det gjelder måleteknologi

I måleteknologien brukte termer for Tyskland i standarden DIN 1319 definerer.

Målet med en måling er å oppnå et måleresultat som en uttalelse om den ukjente verdien av en fysisk variabel. "Aktivitetene som er involvert i måling er hovedsakelig av praktisk (eksperimentell) art, men inkluderer teoretiske betraktninger og beregninger." ^[1]

I det første trinnet er resultatet av målingen en målt verdi , som imidlertid inneholder et måleavvik og avviker fra dens sanne verdi . Kjente systematiske avvik skal beregnes ut fra måleverdien. Et komplett måleresultat er en estimert verdi hentet fra målinger for den sanne verdien av den målte variabelen med kvantitative utsagn om målingens nøyaktighet. "Evalueringen av måleverdiene til den målte variabelen til ønsket resultat er en del av måleobjektet, og forventes å måle den målte variabelen." ^[1] Videre bruk av måleverdien eller måleresultatet er ikke en del av målingen , z. B.

• sjekke om en betingelse er oppfylt,
• regulere slik at den målte variabelen tilnærmer seg en referansevariabel.

Mengden som skal måles kan være nesten hvilken som helst fysisk mengde. De fleste fysiske mengder kan ikke måles direkte, men må beregnes ut fra andre målte data ved hjelp av fysiske modeller og formler avledet fra dem. Et eksempel er måling av et objekts hastighet ved å måle posisjonen på to forskjellige tidspunkter og beregne kvoten for tilbakelagt distanse og nødvendig varighet.

En måleverdi eller måleresultat uttrykkes som et produkt av den numeriske verdien og (måleenheten) (også i henhold til DIN 1313 ). Fra og med den internasjonale målekonvensjonen fra 1875 ble det opprettet et internasjonalt enhetssystem (SI -systemet, fra Système International d'Unités ) under ledelse av generalkonferansen for vekter og mål . Den består av syv grunnenheter: meter , kilogram , sekund , ampere , kelvin , føflekk , candela , samt avledede SI -enheter , f.eks. B. Volt . Det er også generelt gjeldende enheter utenfor SI, f.eks. B. Time . SI -enhetene er internasjonalt avtalte, nasjonalt lovfestede verdier av fysiske mengder inkludert i standardiseringen, med det formål at alle andre verdier av denne mengden skal spesifiseres som et multiplum av enheten. (Definisjon i Tyskland i Enhet og Tid loven og i DIN 1301-1 .)

Trinn for måling

Måling inkluderer:

1. Klar definisjon av måleoppgaven (måleproblem) og den målte variabelen :

   Oppgaven, objektet som skal måles og den fysiske målbare variabelen må spesifiseres.

2. Definisjon av måleenhet for resultatet:

   Enheten og dens symbol er vanligvis definert i henhold til SI; prefikser for potens på ti kan velges (også i henhold til DIN 1301-1).
   Eksempel på lengde: mm, cm, m, km.
   Eksempel for den hastighet: m / s eller utenfor SI km / t, eller for spesielle bruksområder knop (DIN 1301-2).
   Det er også mengder av dimensjonsnummeret , ^{[3] [4]} z. B. brytningsindeks , tall , vinkel , hvis verdier er gitt uten en enhet eller med en ekstra måleenhet .

3. Sammensetning av grensebetingelsene:

   Grenseforholdene er f.eks. B. Måleobjektets egenskaper (materiale, overflatekvalitet) og miljøet (temperatur, vibrasjoner) må observeres.

4. Valg av måleenhet eller måleenhet :

   Basert på måleprinsippet og målemetoden utvikles en målemetode som er implementert i en måleenhet . I mange tilfeller er en ferdig måleenhet allerede tilgjengelig for måleoppgaven. (For definisjoner av begrepene, se nedenfor)

5. Kalibrering av måleenhet / måleenhet:

   DIN EN ISO 9001 krever sporbarhet av alle målinger til nasjonale standarder . Dette sikres ved måling av utstyrsovervåking. For dette formålet bør en måleenhet kalibreres med jevne mellomrom. Dermed bestemmes måleverdien (utgangsvariabel) for en verdi av den målte variabelen (inndatavariabel) som skal anses som korrekt, og måleusikkerheten knyttet til disse verdiene. Hvis måleverdien ikke samsvarer med verdien til den målte variabelen innenfor de angitte feilgrensene , må enheten justeres på nytt (settes) eller de fastlagte verdiene må korrigeres aritmetisk etterpå.

6. Definisjon av måleprosessen:

   Midlertidig eller romlig målesekvens: z. B. Sekvens av individuelle målinger , repetisjoner, måleserier under endrede forhold; romlig fordeling av målepunktene ( målepunktene ), måleprofiler , vanlig rutenett , etc.

7. Utføre målingen og bestemme måleresultatet:

   En måling eller flere målinger av samme størrelse (sammenligning / gjentatte målinger) oppnådd under de samme forholdene kan utføres. Da skal gjennomsnittet og standardavviket beregnes.

   Videre kan det være nødvendig med målinger av forskjellige størrelser, hvorfra måleverdien av ønsket størrelse kan beregnes i henhold til definerte matematiske forhold.

8. Vurderingen av effekten av påvirkningsfaktorer :

   Retting av systematiske målefeil.

   Avhengig av omstendighetene inkluderer dette også en reduksjon , det vil si en korreksjon til ensartede forhold.

9. Bestemme det komplette måleresultatet:

   Et komplett måleresultat består av måleverdien (muligens middelverdien fra en eller flere måleserier eller den beregnede verdien basert på andre målinger), supplert med kvantitative utsagn om måleusikkerheten .

Flere vilkår for måling

Måleprinsipp

"Det vitenskapelige grunnlaget for en måleprosess." (VIM: 1994); "Fysisk grunnlag for målingen." (DIN 1319-1: 1995),

z. B. Lorentz -kraften som grunnlag for en måling av den elektriske strømstyrken.

Målemetode

"Spesiell type måleprosedyre uavhengig av måleprinsippet" (DIN 1319-1),

z. B. avbøyningsmåling , nullbalanserende målemetode, differensiell målemetode

eller - i henhold til et annet, uavhengig synspunkt - analog metode, digital metode, se nedenfor eller digital måleteknologi .

Målemetode

"Praktisk anvendelse av et måleprinsipp og en målemetode" (DIN 1319-1),

z. B. Bestemmelse av masse med en bjelkebalanse og vekter ved bruk av nullbalanse -målemetoden.

Påvirkende faktor

Størrelse, som ikke er gjenstand for målingen, men påvirker den målte mengde eller den informasjon som gis av måleanordningen om den målte verdi (i henhold til DIN 1319-1), (se også kryssfølsomhet ),

z. B. Omgivelsestemperatur, elektromagnetisk feltstyrke.

Måleinstrument, måleinstrument, målemekanisme

En måleenhet er definert som "en enhet som er beregnet på å måle en målt variabel alene eller sammen med annet utstyr" (DIN 1319-1). For måleutstyrs generelle egenskaper, se måleutstyr .

En måleenhet er ofte en del av en måleenhet som er definert som "totalen av alle måleenheter og tilleggsinnretninger for å oppnå et måleresultat" (også DIN 1319-1).

Begrepet måleinstrument forekommer ikke i "Glossary of Metrology" ^[5] , i DIN 1319-1: 1995 er oversettelsen av " en: Measuring instrument " også en måleenhet .

Målemekanismen er den aktive del i en mekanisk måleanordning. Det bevegelige elementet med pekeren og deler som er viktige for driftsmåten tilhører målemekanismen, f.eks. B. permanentmagnet , spole .

Måleobjekt

“Bærer av den målte variabelen” - “Objekter som skal måles kan være legemer, prosesser eller tilstander.” (DIN 1319-1), f. B.

• den målte variabelen "volum av et nåværende fartøy" er en egenskap for et målt objekt "fartøy"
• den målte variabelen "flukstetthet av et eksisterende magnetfelt" er en egenskap ved et måleobjekt (tilstand) "magnetfelt".

Skiller

Direkte og indirekte måling

Direkte målinger er de hvis resultater kan leses direkte på måleutstyret , for eksempel målinger med linjal, vinkelmåler eller målebånd .

Når det gjelder indirekte målemetoder, er resultatet bare tilgjengelig etter noen få mellomtrinn (se måleenhet ), f.eks. B. Temperaturbestemmelse av stjerner fra deres elektromagnetiske spektra .

Analog og digital måling

I en analog måling av måleverdien ved en trinnfri behandling av målesignalet som oppdages i en digital måling ved en trinnvis behandling (DIN 1319-2).

• Ved en analog måling genereres ofte en mellomliggende avstand eller vinkel slik at måleverdien kan leses på en skala med en tilpasset skalainndeling.
• Når det gjelder en digital måling, genereres ofte en mellomvariabel som kan settes trinnvis eller kan bestemmes ved telling, slik at måleverdien kan leses på et numerisk display basert på trinnposisjonen eller telleravlesningen .

På grunn av "bruk av tellemåler, blir telling i økende grad brukt i metrologi som en spesiell type måling" (DIN 1319-1).

For en mer detaljert sammenligning av disse to målemetodene, se digital måleteknologi .

Grenser for målinger

Målbarhet

En mengde kan måles hvis det er et måleprinsipp som den kan måles etter, dvs. hvis den kan defineres meningsfullt fra et fysisk synspunkt og derfor er spesielt kvantifiserbart . Dette inkluderer også alle krav til måleresultatets reproduserbarhet .

Fysiske mengder kan måles. Noen ikke-fysiske størrelser kan spores tilbake til fysiske størrelser, for eksempel volum på lydtrykk , fargeoppfatning på fordelingen i lysspekteret .

Bestemmelse av ikke-fysiske størrelser, for eksempel inflasjonshastigheten oppnådd ved bruk av statistiske metoder, intelligenskvoten eller kundetilfredshet, blir noen ganger også referert til som måling. Fra et fysisk synspunkt er dette vanligvis omstridt fordi en fysisk definert enhet mangler. Se også: operasjonalisering (gjør målbar)

En karakteristikk som bare kan vurderes subjektivt, som f.eks B. Skjønnhet (for eksempel en farge) eller utspekulasjon er ikke generelt anerkjent, og av den grunn kan det ikke alene tallfeste.

Verdier som er for små til å måles med dagens metoder blir noen ganger referert til som "ikke målbare", men er ganske enkelt "ikke påviselige".

Fysiske grenser

I tolkningen av kvantemekanikk i København inntar måling en avgjørende plass. Dette kommer til uttrykk i det faktum at, i tillegg til den Schrödingerligningen , som beskriver den tid utviklingen av en kvantemekanisk tilstand, er det også spesifikke lovene som styrer oppførselen til systemet i løpet av en kvantemekanisk måling . Usikkerhetsforholdet beskriver også en grunnleggende grense for målinger, uavhengig av apparatets nøyaktighet. Men selv i klassisk fysikk er det grenser for målingens nøyaktighet, siden hver måling må være en interaksjon. Et velkjent eksempel på selve målingens innflytelse på måleobjektet kommer fra elektroteknikk, se tilbakemeldingsavvik . Dette betyr at åpen kretsspenning til en ekte spenningskilde ikke kan måles nøyaktig med ekte måleenheter.

Det må også tas i betraktning at lysets hastighet har en begrenset verdi, slik at informasjonen trenger tid for å komme fra det observerte objektet til det observerende subjektet. Derfor ser man alltid et bilde av fortiden og kan ikke observere hva som skjer på det nøyaktige tidspunktet for målingen. Ikke engang begrepet "nåtid" (ifølgerelativitetsteorien ) kan være det samme for to observatører når de beveger seg mot hverandre.

Ytterligere informasjon i stikkord

• Metrologi - Vitenskapen om måling og dens anvendelse
  • Historie om vekter og mål
  • Internasjonalt system for enheter (SI -enheter)
• Målteknologi - enheter og målemetoder
  • Måleenheter : avvik fra måleenhet , kalibrering , justering , verifisering
  • Målesystem , måleinstrument
  • Måleserie , round robin test
  • Måleavvik , måleusikkerhet
  • Observasjon , eksperiment
• Internasjonale tjenester fra IUGG og lignende organisasjoner (koordinering av målekampanjer, datainnsamling , analyse )
• mål

weblenker

• Balzer, Wolfgang 1985: "Teori og måling". Berlin, Springer, https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:0168-ssoar-55303
• Schlaudt, Oliver 2020: "Måling". I: Kirchhoff, Thomas (red.): Online Encyclopedia Philosophy of Nature / Online Lexikon Naturphilosophie. Heidelberg: Heidelberg universitetsbibliotek, https://doi.org/10.11588/oepn.2020.0.76526 .
• Tal, Era 2020: "Måling i vitenskap". I: Zalta, Edward N. (red.): The Stanford Encyclopedia of Philosophy (Fall 2020 Edition), URL = < https://plato.stanford.edu/archives/fall2020/entries/measurement-science/ >.

hovne opp

1. ↑ ^{a b c} DIN 1319-1: 1995; Nr. 2.1
2. ^ Bortz, J. & Döring, N.: Forskningsmetoder og evaluering for mennesker og samfunnsvitere. Springer, Heidelberg 2006, ISBN 978-3-540-33305-0 , s.65 .
3. ↑ DIN EN ISO 80000-1: 2013-08 Størrelser og enheter-generelt .
4. ↑ DIN EN ISO 80000-11: 2013-08 Størrelser og enheter-parametere for dimensjonsnummeret .
5. ^ Metodeordliste