Metrologische Rückführbarkeit in der Lichtmesstechnik
In der Praxis erfolgt die Weitergabe der SI-Einheiten, also die Gewährleistung der metrologischen Rückführbarkeit, durch Kalibrierungen. Sie beruht auf einer Kette von Messungen, die sich in eindeutiger Weise bis zu einer primären Darstellung der SI-Einheiten zurückverfolgen lässt (mehr zum Thema Metrologie). In der Lichtmesstechnik werden seit ihren Anfängen sowohl für die Weitergabe der Einheiten als auch für die Kalibrierung von Messsystemen fast ausschließlich Referenzlichtquellen (sog. Kalibriernormale) verwendet. Ihre spektrale Verteilung entspricht in den meisten Anwendungen näherungsweise der eines Planck’schen Strahlers der Temperatur 2.856 K, der »Normlichtart A«.
Für die Kalibrierung von Messgeräten und Lichtquellen gibt es in der Lichtmesstechnik zwei grundlegende Verfahren:
- Bei der direkten Kalibrierung wird ein Detektor mit einer Referenzquelle (Normal) kalibriert oder umgekehrt eine Lichtquelle mit einem Referenzdetektor.
- Bei der indirekten Kalibrierung wird ein Detektor mit einem anderen Detektor über Vergleichsmessungen an derselben Lichtquelle (Transfernormal) nach der Substitutionsmethode kalibriert.
Vergleichbarkeit durch ununterbrochene Kalibrierketten
Für die Vergleichbarkeit der Messergebnisse ist es wichtig, eine ununterbrochene Kalibrierkette vom verwendeten Normal zu einem Primärnormal sicher zu stellen. Instrument Systems verwendet deshalb sogenannte Bezugsnormale, die von einem Metrologie-Institut (z.B. PTB) kalibriert wurden. Da die Anzahl sowie die Nutzungsdauer von Bezugsnormalen limitiert ist, erzeugt Instrument Systems für den täglichen Laborbetrieb regelmäßig sogenannte Gebrauchs- oder Arbeitsnormale. Diese finden im Prüflabor täglich Verwendung, um unsere Produkte (z.B. Spektralradiometer und Lichtquellen) zu kalibrieren und zu prüfen (Abbildung Rückführbarkeit).
Kalibrierung vs. Prüfung
Bei einer Kalibrierung wird das Messergebnis eines Gerätes durch Vergleich mit einem rückführbaren Normal für die relevante Messgröße in Bezug gesetzt und die Abweichung sowie die zugehörige Messunsicherheit ermittelt. Es ist möglich, mittels einer Justage die Abweichung zu reduzieren. Ein kalibriertes Gerät darf in einer fortgeführten Rückführbarkeitskette genannt werden.
Bei einer Prüfung wird die Korrektheit des Messergebnisses eines Gerätes durch Vergleich mit einem rückführbaren Normal für die relevante Messgröße sichergestellt. Die Korrektheit gilt für das verwendete Messverfahren im Rahmen der für die Messanordnung ermittelten Messunsicherheit. Ein geprüftes Messgerät liefert rückführbare, vergleichbare Messergebnisse.
Verlässliche Ergebnisse über lange Zeiträume
Bedingt durch Umgebungseinflüsse sind Messinstrumente Veränderungen unterworfen, die Auswirkungen auf die Messergebnisse haben können. Deshalb sollte jedes Gerät einer regelmäßigen Prüfung unterzogen werden, in der die Einhaltung des festgelegten Toleranzintervalls überprüft wird. Ein solches Audit erfolgt zum Beispiel mit einem Satz kalibrierter Lichtquellen vom Typ ACS beim Kunden vor Ort (Abbildung Audit). Anhand vorher definierter Prüfkriterien kann so der richtige Zeitpunkt für eine Rekalibrierung beim Hersteller genau ermittelt werden. Hochwertige und stabile Messgeräte erzielen verlässliche Ergebnisse über sehr lange Zeiträume, die über regelmäßige Audits abgesichert werden können.
