Messunsicherheit

Messunsicherheit bezeichnet die Differenz zwischen dem Erwartungswert einer Messung und der oberen und der unteren Grenze des Intervalls, in dem der Erwartungswert der Messung liegt.


Inhaltsverzeichnis

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Was versteht man unter Messunsicherheit?

Den tatsächlichen Wert einer Messung, zum Beispiel den pH-Wert einer Flüssigkeit oder den Durchmesser eines Prüfstückes, bezeichnet man als Erwartungswert bzw. wahren Wert. Dieser Wert kann jedoch in der Praxis aufgrund nicht genau quantifizierbarer Ungenauigkeiten niemals mit absoluter Genauigkeit bestimmt werden. Vielmehr ergeben sich bei mehreren Messungen leicht voneinander abweichende Ergebnisse. Dies bezeichnet man als Streuung. Die Streuung oder Standardabweichung ist also ein Maß für die Verteilung der Messergebnisse um den Mittelwert. Das Ausmaß der Streuung gibt die Präzision der Messungen an. Die Abweichung der tatsächlichen Messergebnisse zum wahren Wert wird hingegen als Genauigkeit bezeichnet.

Messfehler oder Messunsicherheit?

Was unterscheidet die Messunsicherheit von einem Messfehler? Messfehler ist ein älterer Begriff, der manchmal synonym zu dem Begriff der Messunsicherheit verwendet wird, manchmal wird aber auch die Messabweichung als Messfehler bezeichnet oder einfach ein grober Fehler, wie zum Beispiel die falsche Handhabung der Probe durch den Anwender oder eine fehlerhafte Kalibrierung eines Prüfgeräts. Der Begriff Messfehler ist also mehrdeutig und wird darum in offiziellen Normen nicht mehr verwendet.

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Souveräner Umgang mit Messunsicherheiten

Die Messunsicherheit ist also ein inhärenter Faktor jeder Messung, der bei jeder Ermittlung von Messgrößen, wie beispielsweise Fertigungsmaßen, berücksichtigt werden muss. Die Methoden zu ihrer Bestimmung basieren entweder auf rein statistischen Berechnungen (Typ A) oder auf Erfahrungen und Angaben auf Zertifikaten und Handbüchern (Typ B). Die sichere Einordnung dieser Informationen erfordert praktische Erfahrung. Das ist insbesondere dann der Fall, wenn bei Messunsicherheiten vom Typ B auf allgemeine Erfahrungen zum Verhalten oder den Eigenschaften des Materials der Probe Bezug genommen wird.

Ein akkreditiertes Prüflabor wie Quality Analysis ist in der Lage, Messunsicherheiten korrekt zu bestimmen und ihnen die Sicherheit zu geben, die Sie brauchen. Wir blicken auf langjährige Erfahrung unter anderem in den Bereichen der industriellen Messtechnik, der chemischen Analytik und der industriellen Computertomographie zurück. Davon profitieren unsere Kunden selbstverständlich dann in ganz besonderem Maße, wenn die Ermittlung der Messunsicherheit nach einem Verfahren des ISO/IEC Guide 98-3 Typ B erfolgen soll, bei denen ein fundiertes Wissen über die Eigenschaften des Prüfmaterials unerlässlich sind.

Die Auswahl der passenden Methode zur Bestimmung einer unbekannten Messunsicherheit ist nicht immer einfach. Auch hier wählen wir dank unserer Erfahrung souverän das passende Verfahren, um Ihnen ein bestmögliches Ergebnis zu garantieren, unabhängig von der Messgröße. Diese Kompetenz, im Zusammenhang mit unseren modernen und hochpräzisen Prüfgeräten, sorgen für präzise Ergebnisse mit den geringstmöglichen Toleranzen.

Wie wird die Messunsicherheit ermittelt?

Um die Unsicherheit einer Messung zu ermitteln, müssen die einzelnen Komponenten der Eingangsgrößen der Messung jeweils separat ermittelt werden. Dies kann auf zwei Arten geschehen, die in der ISO-Norm 98-3 (dem so genannten Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement) als Typ A und Typ B bezeichnet und beschrieben werden:

TYP A

Bei der Bestimmung der Messunsicherheit nach Typ A handelt es sich um eine statistischen Analyse. Dabei wird eine Messung mehrfach durchgeführt, um mehrere unabhängige Messwerte zu erhalten.

TYP B

Die Bestimmung der Messunsicherheit erfolgt bei Typ B nicht nach statistischen Kenngrößen, sondern auf Erfahrungen von vorherigen Messungen und/oder allgemeines Wissen über die Eigenschaften und das Verhalten von Materialien, Eigenheiten des Prüfverfahrens usw. Ebenfalls zum Typ B gehört die Entnahme der entsprechenden Werte aus Unterlagen wie Kalibrierscheinen, Handbüchern oder Herstellerinformationen zur Genauigkeit des Prüfgeräts.

WEITERES VORGEHEN ZUR BERECHNUNG DER MESSUNSICHERHEIT

Um nun aus der Gesamtheit der einzelnen Komponenten die Messunsicherheit zu bestimmen, müssen diese als Wahrscheinlichkeitsfunktionen dargestellt und mit den Sensivitäten aus dem jeweiligen Messmodell verrechnet werden. Damit kann das Intervall der Messunsicherheit angegeben werden, zum Beispiel +/-0,1 mm.

Abschließend muss noch die Streuung der Messung in die Berechnung einbezogen werden. Das geschieht mittels der sogenannten Standardmessunsicherheit. Diese gibt an, mit welcher Wahrscheinlichkeit der wahre Messwert innerhalb des zuvor berechneten Bereichs liegt. In der Regel handelt es sich dabei um eine Wahrscheinlichkeit von 95 Prozent.

Welche Bedeutung hat die Messunsicherheit in der Praxis?

Da es sich bei der Messunsicherheit nicht um einen fixen Wert handelt, sondern um ein Intervall, das nach oben und unten vom Erwartungswert abweichen kann, ist es nicht möglich, die Messunsicherheit einfach aus dem Messergebnis "herauszurechnen". Stattdessen muss die Abweichung in Form einer Toleranz berücksichtigt werden.

Dazu ein Beispiel: Ein Autohersteller legt betriebsintern eine bestimmte Toleranz für den Durchmesser von Motorkolben fest. Von diesem Wert wird nun die errechnete Messunsicherheit abgezogen, woraus sich eine neue - geringere - Toleranz ergibt. Damit ist sichergestellt, dass alle Kolben trotz Messunsicherheit in den Motor passen. Gemäß dieser neuen Toleranz werden nun Kolben eines entsprechenden Durchmessers bei einem Zulieferer bestellt. Der Zulieferer muss bei seiner Qualitätskontrolle ebenfalls wieder eine Messunsicherheit berücksichtigen, weshalb er die Toleranz in seiner Fertigung noch einmal reduziert.

Freilich sollten die Toleranzen in der Praxis möglichst geringgehalten werden, damit die Kolben dicht abschließen. Dazu ist es wiederum unerlässlich die Messunsicherheit so klein wie möglich zu halten und sie möglichst präzise zu bestimmen. Zur Herausforderung wird dabei vor allem, dass zahlreiche Parameter Einfluss auf die Messunsicherheit nehmen und das deren möglichst genaue Bestimmung viel Erfahrung erfordert.

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Peter Mohl

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