Band 68, Heft 1 - 1

Um Messungen vergleichbar zu machen, muss die Qualität einer Messung durch die Angabe der Messunsicherheit mitgeteilt werden. Der 1993 herausgegebene ISO/BIPM „Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement”, meist kurz GUM genannt, führt eine einheitliche Methode zur Ermittlung und Angabe der Messunsicherheit ein. Diese Methode wurde weltweit von nahezu allen Kalibrierdiensten aufgegriffen und hat sich seitdem zu einer Vornorm im Bereich der Metrologie entwickelt. Dieser Beitrag stellt die grundlegenden Konzepte der GUM-Methode zusammen, wie sie auch in die Kalibrierrichtlinie EA-4/02 der European co-operation for Accreditation Eingang gefunden haben.

Die wichtigste Maßnahme des gesetzlichen Messwesens zur Sicherung richtiger Messungen ist die (periodische) Eichung der Messgeräte. Ihre Elemente sind die qualitative Prüfung des Messgerätes, die quantitative metrologische Prüfung sowie die Bewertung der Ergebnisse der Prüfungen auf Erfüllung der gesetzlichen Anforderungen. Die Entscheidungskriterien bezüglich der metrologischen Prüfung, insbesondere das Verhältnis der Messunsicherheit zu den Eichfehlergrenzen, sowie die Bedeutung der Verkehrsfehlergrenzen für den Messgeräteanwender werden vorgestellt. Abschließend wird das resultierende Bewertungsrisiko für den Hersteller zu eichender Messgeräte diskutiert und ein Verfahren vorgeschlagen, wie der Unsicherheitsbeitrag bei der Verwendung geeichter Messgeräte bestimmt wird.

Ausgehend von der Modellierung des Messprozesses wird die Unsicherheitsanalyse für die Kalibrierung eines Wechselspannungsmessgerätes durch Vergleich mit einem Referenzwechselspannungsmessgerät, das als Gebrauchsnormal dient, durchgeführt. Dabei wird gezeigt, wie bei realistischer Einschätzung der einzelnen Unsicherheitsbeiträge aus dem Messunsicherheitsbudget Regeln für eine zeitliche Reduktion des Kalibrierablaufes gewonnen werden können.

Zur Messung von Wärmemengen werden Wärmezähler eingesetzt, deren Grundprinzip auf der Messung des Volumenstromes und der Temperaturdifferenz in einem Heizkreislauf beruht. Bei kleinen Temperaturdifferenzen unter 10 K ist es von besonderer Wichtigkeit, dass die Temperaturen sehr genau erfasst werden. Um die gesetzlichen Auflagen und Fehlergrenzen zu gewährleisten, ist es erforderlich, die Temperaturfühler mit einer maximalen Messunsicherheit von 21 mK zu kalibrieren. Untersuchungen an einer Messanlage zeigen die Effekte der verschiedenen Einflussgrößen. Unter Berücksichtigung dieser Kenntnis wird die Unsicherheitsanalyse durchgeführt.

Im Rahmen der Fertigungsmesstechnik werden Werkstücke geprüft. Die durch die Messung ermittelten Ergebnisse weisen eine Unsicherheit auf. Die Kenntnis dieser Messunsicherheit ist für die Bewertung von Messergebnissen und für das Treffen sicherer Prüfaussagen (z.B. zur Konformitätsbestätigung) von großer Bedeutung. Dieser Beitrag zeigt exemplarisch Nutzen und Notwendigkeit der Bestimmung der Messunsicherheit mit ihren Auswirkungen in verschiedenen Bereichen der Fertigungsmesstechnik auf. Es wird verdeutlicht, dass der „Leitfaden zur Angabe der Unsicherheit beim Messen“ [1] dem Mangel einer allgemein anerkannten Übereinkunft zur Ermittlung der Unsicherheit bei Messungen in der Fertigungsmesstechnik abhilft, eine Grundlage für wechselseitige Anerkennung von Messergebnissen schafft und zur Wirtschaftlichkeitsverbesserung der Fertigung beitragen kann.

Am Beispiel der Überprüfung der Exzentrizität einer Exzenterwelle mit einer Messuhr wird die GUM-konforme Ermittlung der Messunsicherheit bei Messungen mit Längenmessmitteln dargestellt. Dabei wird besonders die Frage diskutiert, wie die bei Routinemessungen verwendete Kenntnis von Konformitätsaussagen bei der Unsicherheitsanalyse zu verwenden sind.

Da es keinen absolut richtigen Wert in der Messtechnik gibt, d.h. jeder Messwert einen Schätzwert darstellt, der mit einer gewissen Unsicherheit behaftet ist, ist die Angabe eines Messwertes nur mit der Angabe der zugehörigen Messunsicherheit interpretierbar und sinnvoll. Zweck einer Kalibrierung ist die Rückführung oder Anbindung der jeweiligen Messgröße auf bzw. an die nationalen resp. internationalen Normale. Bei der Kalibrierung der Dämpfung von Hochfrequenz-Komponenten wie Abschwächern, Richtkopplern u.ä. mit vektoriellen Netzwerkanalysator-Systemen gehen neben der Unsicherheit der verwendeten Bezugsnormale (Rückführungsbezug) eine Anzahl von systemabhängigen Faktoren ein, die zur Berechnung der Messunsicherheit des Messergebnisses entsprechend eingeschätzt, berechnet oder aus technischen Unterlagen entnommen werden müssen.