Genauigkeit und Messunsicherheit: Ein und dasselbe?
Bei diesem Thema ist insbesondere bei Temperaturkalibratoren auf die Unterschiede zu achten. Vor allem unerfahrene Anwender sind sich oft nicht bewusst, dass es essenzielle Unterschiede zwischen Genauigkeit und Messunsicherheit gibt.
In diesem Blogbeitrag möchte ich die Unterschiede kurz und verständlich erklären.
Die Genauigkeit des Temperaturkalibrators beschreibt die Abweichung zwischen der wahren Temperatur und der Temperatur, die der Kalibrator erzeugt.
Hier ein einfaches Beispiel dazu:
Im Kalibrator befindet sich ein Normalthermometer, das 100,005 °C anzeigt.
Der Kalibrator hat eine Genauigkeit von ±0,070 °C.
Das bedeutet, dass der Kalibrator in seinem gesamten Temperaturbereich ±0,070 °C von der wahren Temperatur abweichen darf.
Zeigt der Kalibrator also 100,000 °C an, muss der Wert des Normalthermometers zwischen 99,930…100,070 °C liegen. In unserem obigen Beispiel liegt der Wert also genau innerhalb der erlaubten Abweichung (Genauigkeit).
Auch das in unserem Beispiel verwendete Normalthermometer bringt jedoch einen Messfehler mit. Außerdem unterliegt es einer Drift, und auch die an das Normalthermometer angeschlossene Messbrücke hat einen Messfehler.
Die Wahrheit ist also, dass die Genauigkeit nicht einfach nur die Abweichung zum Normalthermometer ist, sondern die Abweichung zur wahren Temperatur. Daher beinhaltet unsere Genauigkeitsangabe alle Einflussfaktoren von der wahren Temperatur bis zur am Kalibrator angezeigten Temperatur. Diese Bestandteile sind:
- Reproduzierbarkeit des Temperaturunterschieds zwischen Block und Kalibriereinsatz (nur relevant bei internem Referenzfühler)
- Reproduzierbarkeit des Referenzfühlers
- Langzeitdrift (12 Monate) des Referenzfühlers
- Messunsicherheit des Normalthermometers
- Messunsicherheit der Messbrücke des Normalthermometers
- Linearisierungsfehler des Kalibrators
Unter Berücksichtigung all dieser Faktoren können wir in unserem Beispiel eine Genauigkeit von ±0,070 °C über den gesamten Temperaturbereich zwischen der wahren Temperatur und der Temperatur im Kalibrator bestätigen.
Spricht man bei einem Temperaturkalibrator hingegen von einer Messunsicherheit, kommen noch weitere Aspekte hinzu:
- Wie stabil kann der Kalibrator die Temperatur halten
- Welchen Einfluss hat es, wenn mehrere Sensoren gleichzeitig in den Kalibrator gesteckt werden
- Temperaturunterschiede zwischen auseinanderliegenden Bohrungen im Kalibriereinsatz
- Abweichende Eintauchtiefen in den Kalibriereinsatz
Kurz gesagt: Die Messunsicherheit beinhaltet weiterführende Faktoren von Messfehlern und gibt Aufschluss darüber, wie genau der Kalibrator unter Berücksichtigung sämtlicher Einflussfaktoren auf die Messunsicherheit arbeiten kann.
Weitere Erläuterungen zur Messunsicherheit gemäß der offiziellen Richtlinie DKD-R 5-4 erhalten Sie auf diesem Poster.
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3.1
Axiale Temperaturhomogenität entlang der Bohrung in der Messzone (δtB)
Gemessen wird sowohl auf dem Boden aufstoßend als auch in einem Abstand von 20 / 40 mm.SIKA Air Shield Insert: Beste Ergebnisse durch hervorragende axiale Temperaturhomogenität
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3.2
Temperaturunterschiede zwischen den Bohrungen (δtR)
Bestimmt wird die radiale Temperaturdifferenz zwischen auseinander liegenden Bohrungen.SIKA Air Shield Insert: Patentierte Zentrierung der Temperaturübergangshülse für unübertroffene Temperaturhomogenität
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3.3
Beeinflussung der Temperatur in der Messzone durch unterschiedliche Beladung (δtL)
Bei besonders kleinen Messunsicherheiten sind weiterführende Untersuchungen der Temperatur in der Messzone notwendig, da diese durch unterschiedliche Beladung variieren kann.Optimierte SIKA-Blöcke für maximale Messsicherheit im mK-Breich bei unterschiedlichen Beladungen
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3.4
Zeitliche Stabilität (δtV)
Hierfür ist die größte Temperaturdifferenzzu bestimmen, die sich während einer Betriebsdauer von 30 Minuten, bei fester Einstellung der Prüftemperatur, in der Messzone des Blocks ergibt.SIKA-Zustandsregelung für Stabilitäten bis zu <± 0,001 °C
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3.6
Bestimmung der Abweichung zwischen Anzeige des Kalibrator thermometers und der Temperatur in der Messzone (δtiX, δtH)
Die Bestimmung der Temperatur in der Messzone des Blocks erfolgt mit einem Normalthermometer, dessen Rückführbarkeit auf nationale Normale gegeben ist.
Dazu sind Messungen bei mindestens drei verschiedenen Kalibrierpunkten durchzuführen. Die Einstellung der Temperatur an den Kalibrierpunkten erfolgt für eine Messreihe bei steigender, für die andere bei fallender Temperatur (Hysterese).
Dabei wird am Kalibrator die Auflösung der Anzeige mit abgelesen.Rückführbar kalibriert: SIKA-Temperaturkalibratoren mit Zertifikat
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3.6
Bestimmung der Abweichung zwischen Anzeige des Kalibrator thermometers und der Temperatur in der Messzone (δtiX, δtH)
Die Bestimmung der Temperatur in der Messzone des Blocks erfolgt mit einem Normalthermometer, dessen Rückführbarkeit auf nationale Normale gegeben ist.
Dazu sind Messungen bei mindestens drei verschiedenen Kalibrierpunkten durchzuführen. Die Einstellung der Temperatur an den Kalibrierpunkten erfolgt für eine Messreihe bei steigender, für die andere bei fallender Temperatur (Hysterese).
Dabei wird am Kalibrator die Auflösung der Anzeige mit abgelesen.Rückführbar kalibriert: SIKA-Temperaturkalibratoren mit Zertifikat
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3.1
Axiale Temperaturhomogenität entlang der Bohrung in der Messzone (δtB)
Gemessen wird sowohl auf dem Boden aufstoßend als auch in einem Abstand von 20 / 40 mm.SIKA Air Shield Insert: Beste Ergebnisse durch hervorragende axiale Temperaturhomogenität
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3.2
Temperaturunterschiede zwischen den Bohrungen (δtR)
Bestimmt wird die radiale Temperaturdifferenz zwischen auseinander liegenden Bohrungen.SIKA Air Shield Insert: Patentierte Zentrierung der Temperaturübergangshülse für unübertroffene Temperaturhomogenität
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3.3
Beeinflussung der Temperatur in der Messzone durch unterschiedliche Beladung (δtL)
Bei besonders kleinen Messunsicherheiten sind weiterführende Untersuchungen der Temperatur in der Messzone notwendig, da diese durch unterschiedliche Beladung variieren kann.Optimierte SIKA-Blöcke für maximale Messsicherheit im mK-Breich bei unterschiedlichen Beladungen
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3.4
Zeitliche Stabilität (δtV)
Hierfür ist die größte Temperaturdifferenzzu bestimmen, die sich während einer Betriebsdauer von 30 Minuten, bei fester Einstellung der Prüftemperatur, in der Messzone des Blocks ergibt.SIKA-Zustandsregelung für Stabilitäten bis zu <± 0,001 °C
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3.6
Bestimmung der Abweichung zwischen Anzeige des Kalibrator thermometers und der Temperatur in der Messzone (δtiX, δtH)
Die Bestimmung der Temperatur in der Messzone des Blocks erfolgt mit einem Normalthermometer, dessen Rückführbarkeit auf nationale Normale gegeben ist.
Dazu sind Messungen bei mindestens drei verschiedenen Kalibrierpunkten durchzuführen. Die Einstellung der Temperatur an den Kalibrierpunkten erfolgt für eine Messreihe bei steigender, für die andere bei fallender Temperatur (Hysterese).
Dabei wird am Kalibrator die Auflösung der Anzeige mit abgelesen.Rückführbar kalibriert: SIKA-Temperaturkalibratoren mit Zertifikat
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3.6
Bestimmung der Abweichung zwischen Anzeige des Kalibrator thermometers und der Temperatur in der Messzone (δtiX, δtH)
Die Bestimmung der Temperatur in der Messzone des Blocks erfolgt mit einem Normalthermometer, dessen Rückführbarkeit auf nationale Normale gegeben ist.
Dazu sind Messungen bei mindestens drei verschiedenen Kalibrierpunkten durchzuführen. Die Einstellung der Temperatur an den Kalibrierpunkten erfolgt für eine Messreihe bei steigender, für die andere bei fallender Temperatur (Hysterese).
Dabei wird am Kalibrator die Auflösung der Anzeige mit abgelesen.Rückführbar kalibriert: SIKA-Temperaturkalibratoren mit Zertifikat
Berechnung der einfachen Messunsicherheit (tx)
tx = tN + δtN + δtD - δtiX + δtH + δtB + δtR + δtL + δtV
Bedingt durch Normalthermometer:
tN = Temperatur des Widerstandsthermometers
δtN = Temperaturkorrektion auf Grund der Widerstandsmessung
δtD = Temperaturkorrektion auf Grund Drift durch Alterung des Widerstandsthermometers seit der letzten Kalibrierung
Bedingt durch Trockenblockkalibrator:
δtiX = Temperaturkorrektion auf Grund der Auflösung der Anzeige des Kalibratorthermometers (3.6)
δtH = Temperaturkorrektion auf Grund der Hysterese (3.6)
δtB = Temperaturkorrektion auf Grund unzureichender axialer Homogenität der Temperaturverteilung entlang der Bohrung in der Messzone (3.1)
δtR = Temperaturkorrektion auf Grund der Temperaturunterschiede zwischen den einzelnen Messbohrungen (3.2)
δtL = Temperaturkorrektion auf Grund der Beladung des Kalibrierblockes mit mehreren Thermometern (3.3)
δtV = Temperaturkorrektion auf Grund von Variationen der Temperatur innerhalb der Messzeit (3.4)
Berechnung der erweiterten Messunsicherheit (U)
U= ku(tx)
Die angegebene erweiterte Messunsicherheit ist das Produkt aus der einfachen Messunsicherheit und dem Erweiterungsfaktor k = 1,74. Sie entspricht einer Überdeckungswahrscheinlichkeit von 95 %.
