Ungenauigkeit der Temperaturmessung in Abhängigkeit vom Fehler und der Auflösung des Thermometers

Genauigkeit der Temperaturmessung ist der Unterschied, der aus der endlichen Präzision folgt, zwischen tatsächlichem und gemessenem Wert.

Da der tatsächliche Wert nicht bekannt ist, kann lediglich mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit jener Bereich bestimmt werden, in dem dieser sich befindet. Somit wird die Genauigkeit der Temperaturmessung also durch den Wert der Unsicherheit dieses Ergebnisses bestimmt. Es existiert eine Reihe von Normalisierungsdokumenten, die die Anforderungen und Vorgehensweise beim Ausdruck der Unsicherheit festlegen. Definitionen und Arten zur Berechnung der Messergebnis-Unsicherheit wurden u. a. im Dokument Evaluation of measurement data — Guide to the expression of uncertainty in measurement; JCGM 100:2008 (with further supplements) festgelegt.

Grenz- und Gesamtfehler

Gemäß den Empfehlungen des o. g. Dokumentes werden die Begriffe des Messfehlers und der Ungenauigkeit ausschließlich zur Beschreibung der Genauigkeit der Messapparatur verwendet.

Im Fall von jedem Thermometer ist die Genauigkeit mit dem Grenzfehler verbunden, der in der technischen Dokumentation angegeben wird:

1. relativer Grenzfehler des Thermometers wird als Prozentwert angegeben, z. B. δT = ±1%,
2. absoluter Grenzfehler als Bereich des Temperaturwerts, z. B. ΔT = ±1°C.

Gesamtfehler, kann je nach Konstruktion und Präzision des Thermometers, sein:

• Fehler des gemessenen Werts,
• Fehler des Messbereichs,
• Fehler des gemessenen Werts und des Messbereichs,
• Fehler des gemessenen Werts + Zusatzfehler,
• Fehler des gemessenen Werts + Auflösungsfehler.

Auflösung des Thermometers

Auflösung ist neben dem Grenzfehler ein essenzieller Parameter von Thermometern.

Der Wert der Auflösung ist der geringste Anstieg der Temperatur, der vom jeweiligen Thermometer gemessen werden kann.

Zum Beispiel wird eine Temperatur, die als 23,5°C auf dem Display des Digitalthermometers angezeigt wird, mit einer Auflösung von 0,1°C gemessen. Das bedeutet jedoch nicht, dass die Genauigkeit der Messung dieselbe ist. Im Fall von Thermometern mit sehr kleiner Auflösung, kann sich der Wert der Auflösung an den Wert des Grenzfehlers des Thermometers annähren. In präzisen Geräten hingegen ist die Auflösung immer deutlich kleiner als der Wert des Grenzfehlers.

In der Praxis ist der Fehler, die aus der endlichen Auflösung des Thermometers folgt, eine Komponente des Grenzfehlers.

Unsicherheit der Temperaturmessung

Der Fehler des Thermometers und die Genauigkeit der Temperaturmessung sind eng miteinander verbunden, jedoch zahlenmäßig nicht gleich.

Kennt man den Gesamtfehler des Thermometers und bestimmt man den Wert der Messungenauigkeit, kann man die Genauigkeit der Temperaturmessung bestimmen.

Auf den Wert der Messungenauigkeit wirken sich alle Gerätefehler aus:

• Gesamtfehler des Thermometers,
• Gesamtfehler des Temperaturwandlers,
• Gesamtfehler des Temperatursensors,
• Toleranz der Sensorausführung,
• jegliche zusätzlichen Fehler, die identifiziert und zahlenmäßig angegeben werden können.

Bei der Bestimmung der Ungenauigkeit des Messergebnisses werden auch alle anderen Quellen berücksichtigt, die zahlenmäßig ausgedrückt werden können, wie:

• Messverteilung,
• parametrische Instabilitäten,
• Genauigkeit numerischer Berechnungen,
• Genauigkeit der Berechnungskonstanten
• und sonstige.

Richtlinien bezüglich der Messgenauigkeit

Zu den mit der Präzision von Temperaturmessungen verbundenen Fragen nimmt die folgende Liste an rechtlichen Dokumenten, Normen und Standardisierungsdokumenten Stellung:

• Evaluation of measurement data — Guide to the expression of uncertainty in measurement; JCGM 100:2008 (with further supplements);
• ISO/IEC Guide 99:2010. Internationales Metrologie-Wörterbuch – Grundbegriffe und allgemein damit verbundene Begriffe (VIM);
• EN ISO/IEC 17025. Allgemeine Anforderungen an die Kompetenzen von Prüf- und Kalibrierlaboratorien;
• EN ISO/IEC 10012. Messmanagementsysteme - Anforderungen an Messprozesse und Messmittel;
• PISO 5725. Genauigkeit (Richtigkeit und Präzision) von Messverfahren und Messergebnissen;
• EN 13486. Temperaturregistriergeräte und Thermometer für den Transport, die Lagerung und die Verteilung von gekühlten, gefrorenen, tiefgefrorenen Lebensmitteln und Eiskrem – Untersuchungen, Anforderungen, Eignung;
• EN 60584. Thermoelemente, die Norm definiert die Charakteristiken, metrologischen Parameter und Zubehör von Thermosensoren;
• EN 60751. Industrielle Platin-Widerstandsthermometer und Platin-Temperatursensoren, die Norm definiert die physikalischen, metrologischen Eigenschaften und Parameterkonstanten von Widerstands-Platin-Sensoren.

Zusammenfassung

Grenzfehler und Auflösung charakterisieren unmittelbar die Apparatur zur Temperaturmessung. Ihre Größe hängt von den Messmethoden, Temperatursensoren, Wandlern und Messsystemen ab, die in den Thermometern eingesetzt werden. Bei der Bestimmung der Genauigkeit des Ergebnisses ist jedoch die Festlegung der Werte der Messungenauigkeit der Temperatur erforderlich.