Messunsicherheit für Nicht-Mathematiker

Wenn Sie die Messunsicherheit nicht genau kennen, führen Sie die Messung nicht durch!

Dieses Mal sprechen wir über ein Thema, das unsere besondere Beachtung im Hinblick einer Messung oder Kalibrierung verdient– die Messunsicherheit!

Vor kurzem habe ich ein neues Infoblatt zur Kalibrierunsicherheit erstellt, welches Sie sich durchlesen sollten. In diesem Artikel werden alle Grundlagen der Messunsicherheit bei Messung und Kalibrierung erläutert. Es richtet sich insbesondere an Personen, die keine Mathematiker oder Experten der Messtechnik sind, also eher an jene, die praktische Messungen und Kalibrierungen in industriellen Anwendungen planen und durchführen sollen.

Sich der Unsicherheit bei Messungen bewusst zu sein, ist ein äußerst fundamentales Konzept. Sie sollten tatsächlich keine Messungen durchführen, wenn Sie sich nicht der damit verbundenen Messunsicherheit bewusst sind.

Generell kann man sagen, dass das Bewusstsein für und das Interesse am Faktor Messunsicherheit dem Anschein nach eine steigende Tendenz verzeichnet, was großartig ist.

Die Messunsicherheit kann verschiedene Ursachen haben, wie das Referenzmessgerät, das für die Durchführung der Messung benutzt wird oder auch von Umweltbedingungen, der Bedienern, die Messungen durchführen, bzw. viele andere Quellen können die Ursache sein.

Es gibt verschiedene Leitfäden, Normen und andere Ressourcen zum Thema Kalibrierunsicherheit, die größtenteils prall gefüllt sind mit mathematischen Formeln. Deshalb werde ich in diesem Artikel versuchen, so wenige mathematische Formeln wie möglich zu benutzen.

Die Schätzung und Berechnung einer Messunsicherheit ist ziemlich kompliziert, aber ich habe mich bemüht, dies in einem verständlichen Rahmen wiederzugeben.

Was bedeutet denn nun Messunsicherheit? Vereinfacht könnte man sagen, dass es sich um den „Zweifelsfaktor“ unserer Messung handelt, sprich die Messunsicherheit sagt uns, wie gut unsere Messung ist. Bei jeder Messung, die wir durchführen, gibt es einen gewissen „Zweifelsfaktor“ und wir sollten wissen, wie groß dieser Faktor ist, um zu entscheiden, ob die Messung für unsere Zwecke gut genug ist.

Wichtig ist hierbei nicht zu vergessen, dass Messunsicherheit nicht gleichbedeutend mit Fehler ist. Wenn wir unser Gerät, das kalibriert werden soll, mit dem Bezugsnormal vergleichen, ist die Differenz zwischen diesen beiden Messwerten der Fehler. Der Fehler hat jedoch keinerlei Wert für uns, solange wir die Messunsicherheit nicht kennen. Deshalb möchte ich klar und deutlich

Das klassische Beispiel „ein Stück Schnur“

Lassen Sie uns mit einem Beispiel zur Veranschaulichung der Messunsicherheit in der Praxis beginnen. Bei diesem Beispiel erhalten drei Personen (gleichzeitig) ein identisches Stück Schnur und werden aufgefordert die Länge der Schnur zu messen. Es werden keine weiteren Anweisungen gegeben. Jeder kann für seine Messung seine eigenen Werkzeuge und Methoden benutzen.

In der Regel werden Sie am Ende drei unterschiedliche Ergebnisse erhalten, die z.B. wie folgt lauten können:

• Der Erste sagt die Schnur sei circa 60 cm lang. Er hat ein 10 cm langes Plastiklineal benutzt, die Schnur einmal abgemessen und ist zu diesem Ergebnis gekommen.

• Der Zweite sagt sie ist 70 cm lang. Er hat ein drei Meter langes Maßband benutzt und die Ergebnisse ein paar Mal nachgeprüft, um sicherzustellen, dass er sich nicht irrt.

• Der Dritte sagt sie ist 67,5 cm lang mit einer Messunsicherheit von ±0,5 cm. Er hat ein präzises Maßband benutzt und die Schnur mehrmals abgemessen, um einen Durchschnittswert plus Standardabweichung zu erhalten. Außerdem hat er getestet wie stark sich die Schnur dehnt, wenn man an ihr zieht und dabei festgestellt, dass sich dieses geringfügig auf das Ergebnis auswirkt.

Sogar dieses vereinfachte Beispiel zeigt, dass das Ergebnis einer Messung von zahlreichen Dingen beeinflusst wird: die Messutensilien, die benutzt wurden, die Methode bzw. das Verfahren, die/das angewendet wurde sowie die Art, wie die jeweilige Person die Aufgabe erledigt.

In diesem Sinne sollten Sie sich folgende Frage stellen: Welches dieser drei Beispiele kommt Ihnen am bekanntesten vor, wenn Sie an die Kalibrierarbeiten in Ihrem Unternehmen denken?

Welche Art von „Lineal“ wird bei Ihnen benutzt und welche Messmethoden bzw. -verfahren werden angewendet? Wenn man etwas nur einmal misst, ohne die zugehörige Unsicherheit zu kennen, ist das Ergebnis nicht viel wert.

Zusammenfassung

Ich hoffe diese Informationsschrift trägt dazu bei ein praktisches Verständnis zum Thema Messunsicherheit zu vermitteln. Nachfolgend nun die wichtigsten Ergebnisse einiger der Hauptthemen, kurz zusammengefasst:

• Achten Sie darauf, „Fehler“ und „Messunsicherheit“ voneinander zu unterscheiden

• Experimentieren Sie, indem Sie Messungen mehrmals wiederholen, um hieraus Erkenntnisse zu typischen Abweichungen zu gewinnen

• Verwenden Sie geeignete Bezugsnormale (Kalibratoren) und vergewissern Sie sich, dass sie eine gültige Rückverfolgbarkeit zu den nationalen Normen haben und die Messunsicherheit der Kalibrierung für Ihre Anwendungen bekannt und entsprechend angemessen ist

• Prüfen Sie, ob die Umweltbedingungen einen wesentlichen Einfluss auf die Messunsicherheit Ihrer Messungen haben

• Beachten Sie die Lesbarkeit und Displayauflösung aller Anzeigegeräte

• Prüfen Sie die wichtigsten spezifischen Faktoren der von Ihnen kalibrierten Mengen

• Machen Sie sich mit der „Wurzel der Quadratsumme“ vertraut, eine Methode, um unterschiedliche Messunsicherheiten zusammenzuführen

• Beachten Sie den Erweiterungsfaktor/das Konfidenzniveau/die erweiterte Messunsicherheit der Messunsicherheits-Komponenten

• Versuchen Sie stattdessen (oder zusätzlich zum Test des Genauigkeits- und Unsicherheitsverhältnisses, TUR/TAR-ratio) alle damit verbundenen Messunsicherheiten im Auge zu behalten

• Achten Sie auf die Gesamtmessunsicherheit des Kalibrierprozesses, bevor Sie gute/schlechte Entscheidungen treffen