Schlüsselvergleich EURAMET.L-K4.2015 für Durchmessernormale

Zu den wichtigsten Normalen zur Weitergabe der Längeneinheit gehören Durchmessernormale. Dazu können z. B. Ringe, Dorne und Kugeln genutzt werden. Da die langfristige Stabilität der Messunsicherheit besondere Herausforderungen stellt, werden Kalibrierungen an Durchmessernormalen im Rahmen internationaler Schlüsselvergleiche periodisch durchgeführt. Aus historischen und messtechnischen Gründen wird hierbei in der Regel der Zweipunktdurchmesser, also die Länge der längsten Sehne, in einer bestimmten Richtung und Messposition (z. B. mittlere Höhe der Messfläche) verglichen. Eine Vergleichsmessung dieser Art wurde von EURAMET unter dem Namen EURAMET.L-K4.2015 zwischen 2016 und 2018 durchgeführt und bis 2021 ausgewertet [1].

Die beteiligten metrologischen Staatsinstitute waren METAS, SP, MKEH, NSAI, CEM, VTT MIKES, UME, MBM, SASO-NMCC, EMI-UAE, INTI, INRIM (Pilot), und PTB. Das EMI zog seine Ergebnisse im Laufe der Auswertung zurück.

Bei den zirkulierten Normalen handelte es sich um zwei Ringe von 5 mm und 80 mm, zwei Dorne von 5 mm und 100 mm und eine Kugel von 20 mm Nenndurchmesser. Ringe und Dorne bestanden aus gehärtetem Stahl, die Kugel aus Al2O3-Keramik. Wichtige Einflussgrößen zur Abschätzung der Messunsicherheit von Durchmesserkalibrierungen sind die Formabweichungen Rundheit und Geradheit. Daher wurden diese als Sekundärmessgrößen zusätzlich kalibriert.

Der Vergleich wurde in zwei Gruppen durchgeführt. Dabei beteiligten sich die drei Teilnehmer CME, METAS und INRIM in beiden Gruppen, um auch Drifteinflüsse bewerten zu können.

Die Ergebnisse des Vergleichs waren erfreulich konsistent. Bis auf wenige Ausreißer wurden En-Werte < 1 erzielt. Allerdings variierte die individuelle Messunsicherheit der Teilnehmer stark. Abbildung 1 zeigt die anonymisierten Ergebnisse für die 20 mm Kugel. Wie zu erwarten, waren die Messunsicherheiten und Streuungen bei den metallischen Normalen mit größerem Durchmesser geringfügig größer als bei der Keramikkugel, da bei ihnen die thermische Expansion stärker dominiert (größerer Ausdehnungskoeffizient und größere Länge). Nennenswerte Driften wurden nicht beobachtet.

Abbildung 1: Kugel 20 mm: Abweichung der Kalibrierwerte der Teilnehmer vom Referenzwert. Die Fehlerbalken zeigen die jeweilige Messunsicherheit. Die farblich hinterlegten Ergebnisse zeigen die wiederholten Messergebnisse zweier Teilnehmer. Alle Werte liegen deutlich innerhalb eines Bandes von ± 0,5 µm.

Literatur

[1] G. B. Picotto, M. Matus, S. Gábor, E. Prieto, V. Duchoň , J. B. Toftegaard, C. Bandis, G. Baršić, R Szumski, D. Teodorescu, B. Gastaldi, J. Salgado, G. Bajic F. Meli, R. Hanrahan, O. Jusko, M. Äremann, F A. AlQahtany, M Aksulu, R. Koops, A. Lassila, EURAMET.L-K4.2015 Key Comparison Calibration of Diameter Standards EURAMET project 1410, Final Report, Metrologia Technical Supplement. 10 / 2021 - www.bipm.org/documents/20126/45451527/EURAMET.L-K4.2015.pdf/04dc7e78-7dcf-9d97-392a-e764bd7adb20