Journal: Philosophie Jetzt – Menschenbild
ISSN 2365-5062, 8.April 2023 – 10.Juni 2023
URL: cognitiveagent.org, Email: info@cognitiveagent.org
Autor: Gerd Doeben-Henisch (cagent@cognitiveagent.org)

—!!! Noch nicht fertig !!!—

1. Ergänzung 10.Juni 23: Messvergleich; Überlegungen

KONTEXT

Ein ganz normales Ereignis im Alltag hat dazu geführt, dass ich mit der Frage „Wie messe ich X“ konfrontiert wurde. Das Ereignis war ein plötzlicher Schimmelbefall an einer bestimmten Stelle der Wohnung, der sich relativ schnell mit einem größeren Wasserschaden im benachbarten Keller in einen kausalen Zusammenhang bringen lies. Unklar blieb, wie viel zusätzliche Feuchtigkeit sich überhaupt in der Wohnung gebildet hatte, da man diese Feuchtigkeit nicht so ohne weiteres mit bloßem Auge sehen kann.

Natürlich kamen offiziell zwei Experten einer Fachfirma, die die gesamte Teilwohnung untersuchten, die Rohrsysteme überprüften, und allerlei weitere Messungen vornahmen.

Unabhängig davon, was diese Experten gemessen haben, stellte sich mir die Frage, wie man die Feuchtigkeit überhaupt einigermaßen ‚messen‘ kann. Ich startete also das Alltagsprojekt ‚Messen der Feuchtigkeit in der Wohnung‘.

EINLEITUNG

Das Thema ‚Wissenschaftsphilosophie (in Deutschland oft auch ‚Wissenschaftstheorie‘ genannt) gehört ja von Anbeginn zu diesem Blog.

Ein Teilgebiet der Wissenschaftsphilosophie ist die Frage nach dem, was man unter einem ‚Messvorgang‘ zu verstehen hat.

Während die Menschen schon immer ‚irgendwie‘ gemessen haben, hat erst das Aufkommen der modernen Wissenschaftsphilosophie (seit ca. 19.Jahrhundert) dazu geführt, dass man das Messen zu formalisieren suchte, und dies nicht isoliert, sondern man sah das Messen als Teil eines modernen Konzeptes von empirisches Theorie (so ca. im Übergang vom 19. zum 20.Jahrhundert). Eine solche integrative Sicht machte das Unterfangen einer Formalisierung nicht leichter, da bis heute die Diskussion darüber, was man denn unter einer ‚empirischen Theorie‘ verstehen sollte, nicht endgültig entschieden ist.

Um mich jetzt nicht in die vielen Grundlagendiskussionen zu verstricken, die hier im Gange sind, versuche ich den Problemraum klein zu halten und betrachtet nur die wichtigsten Elemente im praktischen Prozess des Messens.

Messen als Vergleich

Der Grundgedanke des Messens war schon immer, etwas ‚Bekanntes‘ (ein ‚Referenzobjekt‘, ein ‚Standard‘, …) mit etwas ‚Unbekanntem‘ so zu ‚vergleichen‘, dass das bislang ‚Unbekannte‘ im ‚Lichte des Bekannten‘ ‚gedeutet‘ werden kann. Also ‚Dieser Sack da, wie viele kg wiegt er?‘, ‚Diese Tischkante: Wie viele m ist sie lang?‘, usw.

Mathematiker sprechen in diesem Zusammenhang dann gerne von einer ‚Abbildung‘: man ordnet die Elemente einer Menge M einer Menge N und einer Menge Z zu, also z.B. M=Objekte, deren Gewicht bestimmt werden soll, N=Die Menge mit Objekten, deren Gewicht bekannt ist, Objekt, und Z=eine Menge von rationalen Zahlen. Als Formel z.B.: MESSEN : N —–> Z x N. Die Details, wie man in der Realität solch eine Abbildung realisieren kann, werden durch einen ‚Prozess‘ bestimmt, den man beschreiben und praktisch erlernen muss. Also, wenn man formal hinschreibt MESSEN(n)=(3.5, kg), dann muss eine Person in der realen Welt wissen, wie man ein ‚zu messendes Objekt n‘ durch ein bestimmtes ‚Verfahren‘ mit einem Referenzobjekt so in Beziehung setzt, dass man einen numerischen Wert zusammen mit der jeweiligen Einheit (z.B. ‚kg‘) erhält, der sagt, wie viel mal das zu bestimmende Objekt dem Referenz-Objekt ‚entspricht‘. Dieser Messprozess sollte darüberhinaus so sein, dass jeder andere diesen Messprozess auch so anwenden könnte, dass er beim gleichen Objekt den gleichen Wert erhält.

Bekannte Verfahren zum Bestimmen eines Gewichts sind z.B. ‚Balken-Waagen‘, die dann im ‚Gleichgewicht‘ sind, wenn das Gewicht auf der zu bestimmenden Seite dem entspricht,was die Seite mit den ‚Objekten mit bekanntem Gewicht‘ entspricht, oder eine ‚Federwage‘, bei der die Ausdehnung einer Feder entsprechend dem ‚Gewicht‘ eines zu bestimmenden Objektes ‚kalibriert’/ ‚geeicht‘ wurde.

Durch das Voranschreiten von Technologie in Verbindung mit dem Fortschreiten der Naturwissenschaften haben sich mittlerweile aber sehr viele Detailkenntnisse entwickelt, sehr viele neue Materialien und technische Vorrichtungen, so dass nahezu alle wichtigen Messverfahren mittlerweile mit einer Vielzahl von technischen Prozessen vorgenommen werden, die jeweils erhebliche Sachkenntnisse voraus setzen.

Wie messen wir Feuchtigkeit?

Ein allgemeines Grundlagenwerk zum Thema ‚Materialfeuchte‘ von Klaus Kupfer und anderen [2] ist seit einiger Zeit vergriffen. Die knappen Hinweise in dem Wikipedia-Beitrag zur Materialfeuchte lassen aber schon ansatzweise erahnen, dass der Begriff vielschichtig ist und sich nicht so einfach in Messprozessen erschließt.[3]

Im Kern geht es um die Menge des in einem Feststoff enthaltenen freien Wassers.

Im Fall des Messens von Feuchtigkeit kann man zwei Schritte unterscheiden: (i) einen qualifizierten Hinweis zur Lokalisierung von Feuchtigkeit oder Feuchtigkeitsverteilung, und (ii) dann Verfahren, die absolute Messwerte gewinnen, indem z.B. eine Materialprobe von diesen Stellen entnommen wird. Exakte Verfahren zur Bestimmung der Feuchtigkeit anhand einer Materialprobe sind z.B. das ‚Darr-Verfahren‘ [4] und die CM-Methode (Calcium-Carbid-Verfahren) [5].

Für mein Experiment im Alltag stehen solche exakten Verfahren nicht zur Verfügung. Ich kann also nur versuchen, ob man mit einem geeigneten Messgerät wenigstens gute Hinweise für das Vorhandensein einer Feuchtigkeit erhält, also Schritt (i).

Eine verbreiteter Typ von einfachen Messgeräten zum Indizieren von Feuchtigkeit sind jene Messgeräte, die mit Hilfe von einem Kondensator [6] die ‚dielektrische Leitfähigkeit‘ eines Materials [7] ausnutzen. Ich probiere versuchsweise das BM31 der Firma Trottec aus. Dazu schreibt Trottec in der Bedienungsanleitung: „Das dielektrische Messverfahren ist eine indirekte
Messmethode, bei der über die dielektrische Veränderung des Messguts auf dessen Feuchtegehalt zurückgeschlossen wird.“([8],S.6)

Kalibrieren des Messgerätes

Ausgangspunkt für die weiteren Aktionen ist die Feststellung aus der Betriebsanleitung, dass über die ‚dielektrische Veränderung des Messguts‘ auf dessen Feuchtegehalt zurück geschlossen wird.

Es fragt sich, was wird angezeigt, wenn das Messgerät einen Wert zwischen ‚0‘ und ‚100‘ anzeigt? Es heißt dazu „Die angezeigten Messwerte sind sogenannte einheitslose
Digit-Werte zwischen 0-100. Es handelt sich nicht um Feuchteangaben in Masse-oder Volumen-%! Die Höhe des Messwertes ergibt sich aus der ermittelten dielektrischen Konstante des Messguts. Trockene Luft hat eine Konstante von 1, Wasser hat eine von 80. Je mehr
Feuchtigkeit also im Material enthalten ist, desto höher der angezeigte Messwert.“([8],S.6)

Es macht also Sinn, das Gerät mit der Luft (=1) zu kalibrieren, und es dann auf ein Material anzuwenden, das in der Regel mit seiner dielektrischen Konstante von ‚1‘ abweicht. Dabei ist zu beachten, dass sich die dielektrische Konstante eines Materials je nach Veränderungen des Materials oder je nach ‚Umgebung des Messkopfs‘ verändern kann. Je näher z.B. eine Hand oder ein Körperteil dem Messkopf kommt, umso stärker wirkt sich der hohe Wasseranteil — und das elektrische Feld — des Körpers auf die Messung aus. Würde man den Messkopf direkt auf die Innenseite der Hand ansetzen, dann würde das Gerät ‚100‘ anzeigen!

Im Übrigen sollte man bedenken, dass eine Kalibrierung ‚im freien Feld‘ nicht vergleichbar ist mit einer Kalibrierung in einem Labor. ‚Im freien Feld‘, also im Alltag, in irgend einem Raum, hat man auf jeden Fall ein gewisses Maß an Ungenauigkeiten.

Für die Kalibrierung heißt es in der Bedienungsanleitung: „Die erste Messung nach Einschalten ist automatisch eine Messung zur Kalibrierung.

1. Fassen Sie das Messgerät möglichst weit hinten an und
   halten Sie es in einer Hand (geriffelte Gummierung).
2. Richten Sie das Messgerät vom Körper und jeglichen
   Gegenständen abgewandt in den freien Raum.“([8],S.6)

Schon bei diesem ersten Schritt einer Messung kann es leicht Veränderungen geben. Ich habe das einfach mal durchgespielt. In der Experimentieranordnung habe ich zunächst 3 Substrate (Holzplatte, Steinplatte, Porzellanteller) einigermaßen isoliert gemessen, dann Kombinationen von diesen:

1. HOLZPLATTE: 5 Messungen mit jeweils 5 Messwerten. Die Messungen lagen zwischen 15 und 21. Der Mittelwert war ca. 18, der Mittelwert der Abweichungen war ca. 2,4, was etwa einer Abweichungen von +/- 13% entspricht.
2. STEINPLATTE (KACHEL): 5 Messungen mit jeweils 5 Messwerten. Die Messungen lagen zwischen 8 und 12. Der Mittelwert war ca. 10, der Mittelwert der Abweichungen war ca. 0,7, was etwa einer Abweichungen von +/- 5.8% entspricht.
3. PORZELLANTELLER: 5 Messungen mit jeweils 5 Messwerten. Die Messungen lagen zwischen 9 und 13. Der Mittelwert war ca. 11, der Mittelwert der Abweichungen war ca. 1,2, was etwa einer Abweichungen von +/- 10,2% entspricht.
4. STEINPLATTE (KACHEL) auf HOLZ: 5 Messungen mit jeweils 5 Messwerten. Die Messungen lagen zwischen 18 und 22. Der Mittelwert war ca. 20, der Mittelwert der Abweichungen war ca. 1,4, was etwa einer Abweichungen von +/- 7% entspricht.
5. PORZELLANTELLER auf HOLZ: 5 Messungen mit jeweils 5 Messwerten. Die Messungen lagen zwischen 14 und 17. Der Mittelwert war ca. 15,5, der Mittelwert der Abweichungen war ca. 0,9, was etwa einer Abweichungen von +/- 5,8% entspricht.
6. PORZELLAN auf STEINPLATTE (KACHEL) auf HOLZ: 5 Messungen mit jeweils 5 Messwerten. Die Messungen lagen zwischen 15 und 18. Der Mittelwert war ca. 16,5, der Mittelwert der Abweichungen war ca. 0,8, was etwa einer Abweichungen von +/- 4,8 % entspricht.
7. STEINPLATTE (KACHEL) auf PORZELLANTELLER auf HOLZ: 5 Messungen mit jeweils 5 Messwerten. Die Messungen lagen zwischen 13 und 16. Der Mittelwert war ca. 14,5, der Mittelwert der Abweichungen war ca. 0,5, was etwa einer Abweichungen von +/- 3,4 % entspricht.

Was man unschwer erkennen kann ist, dass (i) jedes Substrat seinen eigenen ‚charakteristischen Wert‘ hat, und dass (ii) bei Kombination verschiedener Substrate diese sich in ihren Wirkungen ‚überlagern‘ und andere Wette bewirken als wenn sie isoliert gemessen würden.

Für das Messen ‚im freien Feld‘, sprich ‚in der Wohnung‘, wo sich viele Materialien überlagern können, ist die Bedeutung des ’nackten Zahlenwertes‘ auf dem Messgerät zunächst mal unklar. Einen Hinweis auf irgendeine ‚Veränderung des Feuchtigkeitswertes‘ kann man auf diese Weise nicht direkt gewinnen.

Damit ergibt sich die Frage, wie man überhaupt so messen kann, dass man brauchbare Hinweise (keine direkten absoluten Werte!) für eine mögliche Veränderung des Feuchtigkeitsgehaltes erfassen kann, die tatsächlich auf einen ungewöhnlichen Wasservorfall hindeuten könnten.

In der Tat gibt es eine mögliche Messstrategie, diese stellt aber einige Anforderungen, deren Einhaltung wichtig ist.

Jetzt wird’s ernst 🙂

Vergleich ‚Trocken‘ (Küche) zu ‚Feucht‘ (Treppe unten)

Nach den Vorüberlegungen und Kalibrierungstests jetzt eine erste Anwendung auf den Boden der kleinen Küche (angenommen als trocken) und den Boden der Wendeltreppe unten (angenommen als feucht).

Die Messwerte in der folgenden Tabelle:

Es gab eine erste Messung am 12.4.23 (schwarze Farbe) und dann nochmals eine Messung am 22.4.23. (rote Farbe). Der einzig bekannte Unterschied zwischen beiden Messungen besteht darin, dass vor JEDER Messung (mit jeweils 5 Messungen in Folge) das Gerät kalibriert worden ist.

MESSWERTE IM UNTERGESCHOSS TREPPE VORNE

Die Messwerte finden sich in der folgenden Tabelle. Die Wette aus der Messung am 12.4.23 sind in schwarzer Farbe, die vom 22.4.23 in roter Farbe. Wie im Fall der zwei Messungen in der Küche besteht der einzig bekannte Unterschied zwischen beiden Messungen darin, dass am 22.4. vor JEDER Messung (mit jeweils 5 Messungen in Folge) das Gerät kalibriert worden ist.

Wiederholung der Messungen 7 Tage später. Schriftfarbe in rot.

Man kann erkennen, dass die Extremwerte (Min, Max) nach 7 Tage geringfügig niedriger sind, ebenso die Durchschnittswerte aller Messungen. Aufgrund der allgemeinen Messungenauigkeit sollte man dies aber nicht überbewerten.

MESSWERTE IM UNTERGESCHOSS TREPPE HINTEN

Die Zahlen in den beiden Fotos repräsentieren ZEILEN (1-5) und SPALTEN (1-7) in der folgenden Tabelle.

Jeder Messpunkt repräsentiert den Mittelwert von 5 Messungen. Vergleicht man diese Messwerte des Treppenbodens unten mit den Messwerten aus der Küche, dann sind die Messwerte der Treppe vorne leicht höher als die Messwerte in der Küche, die Werte der Treppe hinten nicht.

Untersuchung der Wände

Nach der Untersuchung des Bodens, der nicht wirklich etwas Auffälliges erbracht hat — vielleicht in der Mitte des vorderen Teils ein wenig –, habe ich mir die Wände etwas genauer angeschaut, da diese teilweise extrem hohe Werte anzeigten.

Ich habe im Uhrzeigersinn 21 Messpunkte festgelegt, die — ausgenommen die kleinen Ecken (1,2, 20,21) im gleichmäßigen Abstand von 20 cm liegen. Zu jedem Messpunkt wurde dann die darüber liegende Wand von 100 – 60 cm im Abstand von 10 cm gemessen, entsprechend von 30 – 10 cm plus dem jeweiligen Bodenpunkt.

Sämtliche Messwerte finden sich hier:

Dazu gibt es eine einfache Liniengrafik, die alle Messpunkte einer bestimmten Höhe anzeigt:

MESSVERGLEICH 25./26.April 23 mit 10.Juni 23

Nachdem ein offizieller Sachverständiger Anfang Mai sich alles angeschaut hat, einen ausführlicher Bericht geschrieben und notwendige Maßnahmen beschrieben hatte, trat bei der Versicherung ein großes Schweigen ein. Dies dauert an.

Die interessante Frage als Laie war, ob die Hypothese stimmt, dass das ‚Eindringen von Wasser‘ zeitlich auf einen Schaden im Keller befristet war oder ob weiter Feuchtigkeit eindringt. Alle bisherigen Messungen (einige in den angrenzenden Räumen wurde bislang nicht hier im Blog veröffentlicht) deuteten darauf hin, dass derjenige Raumbereich, der dem unterstellten Wasser am nächsten liegt, jener Wandbereich ist, der von der Wendeltreppe aus in einem bestimmten Wandbereich aufgrund der Messwerte auffällt (Messpunkte 1 – 13).

Es liegt nahe, speziell die Messwerte für die Messpunkte 1 – 13 durch neue Messungen zu überprüfen. Es wurde genau so gemessen wir zuvor (siehe oben).

Die Ergebnisse sind verblüffend.

Hier zunächst die neuen Messwerte.

	BODEN	10 cm	20 cm	30 cm			60 cm	70 cm	80 cm	90 cm	100 cm
MESSPUNKTE
1		93	89	72			64	47	36	34	31
2		94	80	66			52	44	52	52	23
3		41	18	17			16	17	18	20	16
4		40	19	19			15	16	15	15	14
5		73	21	21			15	15	16	16	15
6		56	26	16			15	27	20	17	15
7		63	51	41			63	72	54	49	20
8		59	46	36			61	58	59	48	21
9		70	24	18			28	24	25	33	20
10		44	18	15			16	20	20	24	16
11		44	20	16			19	20	21	22	17
12		40	20	21			19	20	17	19	15
13		25	15	14			—	—	—	—	—

Man sieht direkt, dass die neuen Messwerte z.T. deutlich niedriger sind als die alten Messwerte. Eine einfache Möglichkeit, diesen Unterschied zu quantifizieren, ist der, dass man von allen ‚Höhenlinien‘ den einfachen Mittelwert bildet und dann diese Mittelwerte vergleicht:

	Mittelwert Spalten neu	57,1	34,4	28,6			31,9	31,7	29,4	29,1	18,6
	Differenz numerisch	23,4	46,1	54,8			41,3	39,6	36,7	28,7	9,6
	%-Anteil Unterschied Mittelwerte	29,1	57,3	65,7			56,4	55,5	55,5	49,7	34,0
	BODEN	10 cm	20 cm	30 cm			60 cm	70 cm	80 cm	90 cm	100 cm
MESSPUNKTE
1	26	34	87	83			77	76	65	34	40
2	26	92	81	87			77	76	77	69	50
3	35,5	77	85	92			75	75	79	61	23
4	38	80	82	84			79	79	81	44	19
5	46	91	60	91			78	77	74	56	18
6	35	93	81	77			80	76	76	77	56
7	37	92	90	78			76	75	67	78	28
8	32	85	84	82			81	85	73	83	26
9	38	75	80	90			79	78	83	85	23
10	40	84	80	92			85	83	78	80	26
11	49	83	84	83			65	75	56	31	16
12	38	83	77	82			62	48	28	31,5	19
13	36	77	75	63			38	23	22	22	22
	Mittelwert Spalten alt	80,5	80,5	83,4			73,2	71,2	66,1	57,8	28,2

Die Mittelwerte der Spalten mit den neuen Messwerten sind zwischen 30% und 65% niedriger als die Spalten mit den alten Messwerten, im Schnitt 35%. Nach ca. 4 Wochen ist dies ein markanter Wert. Dies würde die Hypothese bestärken, dass kein neues Wasser eingedrungen ist und sich die Feuchtigkeit verringert (Es fragt sich, in welcher Form wohin? Nur über Verdunstung?).

Auffällig sind nur die Messpunkte 1-2. Diese sind mit der vermuteten Eindringstelle des Wassers eigentlich nur über den Boden verbunden. Dennoch haben diese Messwerte nicht abgenommen, haben sich eher erhöht.

—!!! Noch nicht abgeschlossen !!!—

ANMERKUNGEN

wkp := Wikipedia, de := Deutsch

[1] Siehe zu ‚Rationale Zahlen‘ wkp-de: https://de.wikipedia.org/wiki/Rationale_Zahl

[2] Klaus Kupfer: Materialfeuchtemessung – Grundlagen, Messverfahren, Applikationen, Normen. Renningen-Malmsheim:expert-Verlag, 1997, ISBN 3-8169-1359-8, (Kontakt & Studium 513)

[3] Siehe zu ‚Materialfeuchte‘ in wkp-de: https://de.wikipedia.org/wiki/Materialfeuchte

[4] Darr-Methode: http://www.enertec-bauphysik.de/index.php/de/features/labortechnik/85-leistungen/labor/130-darr

[5] CM-Methode = Calcium-Carbid-Verfahren: https://de.wikipedia.org/wiki/Calciumcarbid-Verfahren

[6] Siehe zu ‚Kapazitiver Sensor‘ in wkp-de: https://de.wikipedia.org/wiki/Kapazitiver_Sensor

[7] Sie zu ‚Permittivität‘ in wkp-de: https://de.wikipedia.org/wiki/Permittivit%C3%A4t

[8] Firma Trottec BM31 Bedienungsanleitung: https://de.trotec.com/fileadmin/downloads/Messgeraete/Feuchte/BM31/TRT-BA-BM31-TC-002-DE.pdf