(ET3-19) Messfehler in der Elektrotechnik [Arten, Unterscheidung, Beispiele]

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Inhaltsverzeichnis:

In diesem Kurstext stellen wir dir als angehenden Ingenieur/Techniker die Messfehler vor. Seitdem Werte gemessen werden, treten selbstverständlich auch hin und wieder Fehler auf. 

Für ein optimales Verständnis helfen dir drei ausführliche Videoclips und zwei anschauliche Rechenbeispiele zu dem Thema

Mehr zu diesem Thema und der Elektrotechnik findest du im Kurs: ET3-Netzwerkberechnung

 

Messfehler – Definition | Erklärung

„Ein Messfehler ist die Differenz zwischen dem durch Messen gewonnenen Wert und dem richtigen Wert einer Messgröße.“

Nimmst du als Ingenieur/Techniker die Messung einer elektrischen Größe mit einem analogen oder digitalen Messgerät vor, so hängt die Messgenauigkeit immer davon ab, ob das Messgerät exakt misst.

Messfehler treten auch mal bei einfachen Messungen auf.
Messfehler treten auch mal bei einfachen Messungen auf.
Was ist ein Messfehler?

Ein Messfehler ist eine Abweichung zwischen dem gemessenen Wert und dem tatsächlichen Wert einer Größe oder eines Phänomens. Er kann durch verschiedene Faktoren verursacht werden, wie etwa ungenaue Messinstrumente, menschliche Fehler oder ungünstige Umweltbedingungen. Messfehler können zufällig sein, was bedeutet, dass sie unvorhersehbar sind und sich in beide Richtungen auswirken können, oder systematisch, was bedeutet, dass sie eine bestimmte Richtung haben und regelmäßig auftreten. Es ist wichtig, Messfehler zu identifizieren und zu minimieren, um genaue Messungen zu erhalten.

 

Messfehler – Grundlagen

Die Genauigkeit eines Messgeräts ist selbstverständlich begrenzt. Wenn man es ganz genau nimmt, ist somit eine Messung eigentlich immer fehlerbehaftet.

Nimm es genau…

Im Alltag spielt diese minimale Ungenauigkeit jedoch keine Rolle. In der Forschung hingegen sieht der Sachverhalt anders aus.

 

Gehen wir nun davon aus, dass das dir zur Verfügung stehende Messgerät genügt. Dennoch können Fehler anderer Natur bei Messungen auftreten. Wir unterscheiden verschiedene Formen von Fehler im Rahmen einer Messung.

 

Arten und Ursache von Messfehlern

Nachdem wir über Fehler in Messungen allgemein gesprochen haben folgt nun eine Unterscheidung der wichtigsten Fehler.

Wir unterscheiden:

  • Zufällige Messfehler
  • Systematische Messfehler
  • Falsche Messmethode
  • Dynamische Messfehler
  • Grobe Messfehler

 

Zufällige Messfehler

Ein zufälliger Fehler tritt wie es der Name bereits verrät, unerwartet auf und lässt sich im Normalfall auch nicht mehr reproduzieren. Dabei kann es sich um einen generellen Fehler ohne Messergebnis handeln oder eine Abweichung tritt auf.

Was ist ein zufälliger Messfehler?

Ein zufälliger Messfehler ist ein unvorhersehbarer Fehler, der bei Messungen auftreten kann. Er entsteht durch Dinge wie schwankende Bedingungen oder kleine Fehler bei der Messung.

Im Gegensatz zu anderen Fehlern ist er nicht vorhersehbar und kann dazu führen, dass Messungen manchmal zu hoch und manchmal zu niedrig sind. Durch viele Messungen und statistische Analyse kann man zufällige Fehler finden und reduzieren, um genauere Ergebnisse zu erhalten.

 

Systematische Messfehler

Ein systematischer Fehler kann sich im schlimmsten Fall durch eine ganze Messreihe ziehen. Hier wurden Vorfeld

  • das Messverfahren,

oder

  • das Messsystem,

sowie

  • die Parameter inkl. Vergleichsgrößen

aber auch

  • die Messumgebung

falsch gewählt.

Was ist ein systematischer Messfehler?

Ein systematischer Messfehler tritt auf, wenn es einen wiederkehrenden Fehler gibt, der die Messungen in eine bestimmte Richtung verfälscht. Anders als zufällige Fehler, die unvorhersehbar sind, folgen systematische Fehler einem bestimmten Muster oder einer Ursache. Zum Beispiel kann eine falsche Kalibrierung von Messgeräten zu systematischen Fehlern führen. Es ist wichtig, diese Fehler zu erkennen und zu korrigieren, um genaue Messergebnisse zu erhalten.

Beispiel: Magnetfeld!

Beispielsweise kann die Messung im Bereich eines Magnetfeldes zu einer mehrprozentigen Abweichung vom realen Messwert führen.

Messfehler - Änderung des Magnetfeldes
Messfehler – Änderung des Magnetfeldes

 

Hier ein Blick von der ISS auf die Erde. Dabei zu sehen sind Nordlichter, Aurora Borealis, die man auch gut der Erde aus sehen kann. Diese treten aufgrund des schwächeren Magnetfeldes an den Polen auf.

 

Wahl der falschen Messmethode

Die Wahl der falschen Messmethode kann den systematischen Messfehlern zugeordnet werden.

Wenn die Ausgabe von unterschiedlichen Messergebnissen bei unveränderten Umgebungsparametern führt, ist dies Beleg für die Wahl der falschen Messmethode ist.

Was ist die Wahl der falschen Messmethode?

Die Wahl der falschen Messmethode bedeutet, dass eine ungeeignete Methode verwendet wird, um etwas zu messen. Das kann zu ungenauen oder irreführenden Ergebnissen führen. Zum Beispiel könnte man versuchen, die Länge eines Seils mit einem Maßband zu messen, das nicht lang genug ist. Dies könnte zu einer falschen Messung führen. Es ist wichtig, die richtige Methode für eine Messung auszuwählen, um genaue Ergebnisse zu erhalten.

 

Dynamische Messfehler

Die Ursache für einen dynamischen Fehler findet man im Bereich der Energieumwandlung. Die Umwandlung von elektrischer Energie ist immer von Umwandlungsverlusten begleitet. Auch die Ergebnisse bei Messungen von Widerständen schwanken mit der dynamischen Umgebungstemperatur erheblich.

Was ist ein dynamischer Messfehler?

Ein dynamischer Messfehler tritt auf, wenn sich die Messbedingungen im Laufe der Zeit ändern. Das kann zum Beispiel passieren, wenn die Temperatur schwankt oder sich die Umgebung verändert. Anders als bei zufälligen Fehlern, die unvorhersehbar sind, sind dynamische Fehler auf bestimmte Bedingungen zurückzuführen, die sich ändern können. Es ist wichtig, diese Fehler zu erkennen und zu korrigieren, um genaue Messungen zu erhalten.

 

Grobe Messfehler

Grobe Fehler lassen sich besonders einfach ermitteln. Sie erscheinen in einer Messreihe meistens als starke Abweichungen und können oft aus der Auswertung herausgerechnet werden. Die Ursache liegt in unerwarteten Umgebungseinflüssen oder einfach nur  Defekten am Gerät.

Was ist ein grober Messfehler?

Ein grober Messfehler ist ein offensichtlicher Fehler, der bei einer Messung gemacht wird. Das kann zum Beispiel passieren, wenn das Messgerät defekt ist oder wenn jemand bei der Messung einen großen Fehler macht. Im Gegensatz zu anderen Fehlern ist ein grober Messfehler leicht zu erkennen, weil er oft offensichtlich ist und die Messung stark verfälscht. Es ist wichtig, grobe Fehler zu vermeiden oder zu korrigieren, um genaue Messungen zu erhalten.

 

Fazit:

Wie du siehst, können dir als Ingenieur/Techniker eine Vielzahl von Fehlern bei Messungen unterlaufen, die du oft nicht vermeiden kannst. Daher ist es umso wichtiger deine Messergebnisse auf Substanz zu überprüfen und somit eventuelle Fehler sichtbar zu machen.

Messfehler
Messfehler

 

Was kommt als Nächstes?

Nachdem wir uns nun ausreichend mit Messungen und Messfehlern auseinandergesetzt haben, werden wir dir im nächsten Kurstext die Grundbeziehungen von Energie und Leistung erklären. Dies Beziehungen benötigst du für zukünftige Berechnungen.

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