Allgemeine Begriffserläuterungen

Beim Kalibrieren müssen die Mess-/Prüfmittel beziehungsweise die verwendeten Normale auf international gültige SI-Einheiten rückgeführt werden. Das Internationale Einheitensystem (Système International d’unités - SI) ist das auf dem internationalen Größensystem (International System of Quantities - ISQ) basierende Einheitensystem. Dieses 1960 eingeführte metrische System ist heute das weltweit am weitesten verbreitete für physikalische Größen.

Wird in der Literatur vielfach mit BMC (Best Measurement Capability) bezeichnet. Kleinste Messunsicherheit, die ein Laboratorium für eine spezifische Größe unter idealen Messbedingungen im Rahmen seiner Akkreditierung erreicht hat. Die kleinste angebbare (akkreditierte) Messunsicherheit darf in Prüfscheinen nicht unterschritten werden.

Eine Messkette oder ein Messsystem besteht aus dem Temperatursensor (temperaturabhängiger Widerstand oder Thermoelement) und der Auswerteelektronik bzw. der Messeinrichtung. Der Sensor wird entweder direkt oder zusammen mit einem geeigneten Mittel zur Wärmeübertragung in ein Schutzrohr eingebaut. Zwischen den beiden Komponenten des Messsystems befinden sich Verbindungsleitungen. Sensor und Auswerteelektronik sind oftmals in einem Temperaturfühler (Anschlusskopf) kombiniert. Die Auswerteelektronik kann ein Messumformer oder ein anzeigendes elektronisches Anzeigegerät zur Temperaturanzeige sein.

Dem Messergebnis zugeordneter Parameter, der die Streuung der Werte kennzeichnet, die vernünftiger Weise der Messgröße zugeordnet werden könnten.

Dieser Wert kann beispielsweise eine Standardabweichung (oder ein Vielfaches davon), oder die halbe Breite eines Bereiches sein, der ein festgelegtes Vertrauensniveau hat. Diese Definition aus dem „Internationalen Wörtebuch der Metrologie“ ist für den praktische Gebrauch wenig „griffig“. Allgemein werden auch Begriffe wie Toleranz oder Genauigkeit angewendet, die im Prinzip das Gleiche bedeuten. Die Messunsicherheit enthält im allgemeinen viele Komponenten. Einige dieser Einflussfaktoren können aus der statistischen Verteilung der Ergebnisse einer Messreihe ermittelt und durch empirische Standardabweichungen gekennzeichnet werden. Die anderen Komponenten, die ebenfalls durch Standardabweichungen charakterisiert werden können, werden aus angenommenen Wahrscheinlichkeitsverteilungen ermittelt, die sich auf Erfahrung oder andere Information gründen.

Informationsquellen für Einflussfaktoren können vielfältig sein: Die bei der Akkreditierung festgesetzte kleinstmögliche Messunsichereheit, Kalibrierdaten der verwendeten Messgeräte und Normalien, zeitliche Stabilität der Wärmequelle, Datenblätter von Geräten und Systemen, Grenzabweichungen aus Normen, angewandtes Kalibrierverfahren, ... usw.

Die „Rückführung“ erfolgt durch unmittelbaren Vergleich mit Normalen, die ihrerseits in einem oder in mehreren Kalibrierschritten innerhalb einer ununterbrochenen Kalibrierkette an ein nationales oder internationales Normal angeschlossen sind. Ein solches Normal verkörpert die genaueste an diesem Ort verfügbare Realisierung der Einheit des Internationalen Einheitensystems SI.

Es handelt sich um zufällige Messabweichungen, Streuung genannt, die nicht korrigierbar sind. Durch eine Mehrfachmessung unter gleichen Messbedingungen kann die Größe bestimmt werden. In der Regel handelt es sich bei zufälligen Messabweichungen um eine Normalverteilung um einen Mittelwert. 68,3 % aller Messwerte liegen innerhalb der einfachen Standardabweichung (±1 σ) der Normalverteilung. Die doppelte Standardabweichung (k=2) ergibt eine Wahrscheinlichkeit von 95,4%.

Systematische Messunsicherheiten liegen vor, wenn unter gleichen Messbedingungen der gleiche Betrag und das gleiche Vorzeichen für den Messfehler ermittelt werden. Systematische Messabweichungen können vorhergesagt und korrigiert werden. Beispiel: Eine kalibrierte Messkette hat bei 100 °C laut Kalibrierschein einen Anzeigefehler von - 0,3 K, am Einsatzort kann der Anzeigewert des Messgerätes um + 0,3 K korrigiert werden.

Ein Thermoelement misst die Temperaturdifferenz zwischen der Messstelle und einer Vergleichsstelle. Um die Temperatur der Messstelle messen zu können, muss die Temperatur der Vergleichsstelle (z.B. Eingangsklemmen des Messgerätes) bekannt sein. Zur Verbindung von Thermoelement und Auswerteelektronik wird eine Ausgleichs- oder Thermoleitung verwendet, die die gleichen thermoelektrischen Eigenschaften wie das Thermoelement selbst aufweist. Damit wird verhindert, dass an der Verbindungsstelle eine zusätzliche Thermospannung entsteht. Voraussetzung ist jedoch, dass die zum Thermoelement passende Ausgleichsleitung verwendet wird. Für alle Thermoelemente sind in der DIN EN 60584 Fehlergrenzen in Abhängigkeit von der Messtemperatur festgelegt. Zu beachten ist, dass auch für die Ausgleichs- und Thermoleitungen Fehlergrenzen gelten (Klasse 1 und 2). Für die Messkette (Sensor plus Leitung) ergibt sich somit eine Gesamttoleranz aus den Toleranzen des Thermoelementes und der Anschlussleitung. Alle in Tabellenwerken angegebenen Thermospannungen beziehen sich auf eine Vergleichsstellentemperatur von 0 °C.

Pt100-Sensoren sind Temperaturfühler, die auf der Widerstandsänderung von Platin unter Temperatureinfluss basieren. Es handelt sich um Widerstandsthermometer, und zwar um so genannte Kaltleiter mit einem positiven Temperatur-Koeffizienten (PTC – Postive Temperature Coefficient). Zur Temperaturmessung im Bereich von −200 °C bis 850 °C wird häufig die elektrische Widerstandsänderung eines Platindrahtes oder einer Platinschicht genutzt. Die Platin-Temperatursensoren werden durch ihren Nennwiderstand R 0 bei einer Temperatur von 0 °C charakterisiert. Weit verbreitete Grundwerte sind:

• Pt100   (R 0 = 100 Ohm)
• Pt200   (R 0 = 200 Ohm)
• Pt500   (R 0 = 500 Ohm)
• Pt1000 (R 0 = 1 kOhm)
• Die neue Pt-Generation besteht aus dem Pt 3000, Pt 6000 und Pt 9000.

Die Widerstandsänderung in Bezug auf die Temperatur ist in der DIN EN 60751: 2009 festgelegt. Der große Vorteil der Standardisierung des Nennwiderstands und der Widerstandsänderung ist die leichte Austauschbarkeit der Temperaturfühler, ohne dass anschließend eine Neukalibrierung der Messkette notwendig wird. Als Widerstandsthermometer hat der Pt100 in den unteren Temperaturbereichen eine kleiner Messunsicherheit als z. B. Thermoelemente.