Messunsicherheiten

Um Messungen vergleichbar zu machen, muss die Qualität einer Messung durch die Angabe der Messunsicherheit charakterisiert werden. Damit Messergebnisse in Wissenschaft und Technik richtig interpretiert werden können, ist ein einheitliches internationales Verfahren zur Ermittlung der Messunsicherheit notwendig. Während die Definition und die Realisierung der Maßeinheiten im Rahmen des internationalen Einheitensystems (SI) geregelt werden, gibt es erst seit kurzem ein derartiges etabliertes Konzept für die Messunsicherheit.

1993 haben sieben internationale Organisationen (BIPM, IEC, IFCC, ISO, IUPAC, IUPAP, OIML) den Leitfaden zur Angabe der Unsicherheit beim Messen („Guide to the expression of uncertainty in measurement“ GUM) gemeinsam herausgeben. Dieser Leitfaden bietet ein solides Fundament für die Bestimmung von Messunsicherheiten auf der Basis moderner Wahrscheinlichkeitstheorie. Die Messunsicherheit ist laut GUM und internationalem Wörterbuch der Metrologie („International vocabulary of basic and general terms in metrology“ VIM) wie folgt definiert:

Die Messunsicherheit ist ein dem Messergebnis zugeordneter Parameter, der die Streuung der Werte kennzeichnet, die vernünftigerweise der Messgröße zugeordnet werden könnte.

Der Parameter kann beispielsweise eine Standardabweichung (oder ein gegebenes Vielfaches davon) oder die halbe Weite eines Bereiches sein, der ein festgelegtes Vertrauensniveau hat.
Messunsicherheit enthält im Allgemeinen viele Komponenten. Einige dieser Komponenten 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. Es wird vorausgesetzt, dass das Messergebnis der beste Schätzwert für den Wert der Messgröße ist und dass alle Komponenten der Unsicherheit zur Streuung beitragen, eingeschlossen diejenigen, welche von systematischen Einwirkungen herrühren, z.B. solche, die von Korrektionen und Bezugsnormalen stammen.

Der GUM wurde von den nationalen Metrologieinstituten und zahlreicher internationaler Organisationen als verbindlich erklärt. Der Begriff der Messunsicherheit als quantifizierbare Eigenschaft ist relativ neu in der Geschichte des Messwesens, obwohl Statistik und “Fehlerrechnung” schon lange zur metrologischen Praxis gehören.

Links zu diesem Thema:

Leitfaden zur Angabe der Unsicherheit beim Messen – GUM
Wörterbuch der Metrologie – VIM
Internationales Einheitensystem – SI
BIPM
IEC
IFCC
ISO
IUPAC
IUPAP
OIML