Auflösung (Messtechnik)

Was ist Auflösung in der Messtechnik?

Die Auflösung ist die Grenze der Fähigkeit eines Messgeräts oder einer Versuchsanordnung, Werte einer physikalischen Größe voneinander zu trennen. Sie gibt also den kleinsten wahrnehmbaren Unterschied an – egal ob bei Spannungen, Winkeln, Entfernungen, Frequenzen oder anderen Größen. Die Norm der Messtechnik definiert die Auflösung als Angabe, wie weit ein Messgerät zwischen nahe beieinander liegenden Messwerten eindeutig unterscheiden kann; quantitativ ist sie die kleinste Differenz zweier Messwerte, die das Gerät eindeutig unterscheidet. Eine Messabweichung, die bei beiden Werten gemeinsam auftritt, ist dabei unerheblich. Die Auflösung ist im Allgemeinen kleiner (also „besser“) als die systematische Abweichung; kann sie die systematische Abweichung überdecken, lässt sich durch Wiederholung der Messung und Mittelbildung die Messunsicherheit vermindern. Kleine Messwertänderungen lassen sich mit einem differenz-bildenden Messverfahren, z. B. einer Wheatstone-Brücke, besser auflösen als durch Beobachtung der Messgröße selbst.

Absolute und relative Auflösung

Die Auflösung kann auf zwei Arten angegeben werden: absolut, in der Maßeinheit der betreffenden Größe, oder relativ, als Zahlenverhältnis. Beim relativen Wert steht im Nenner der Messbereichsendwert, wenn es um die Charakterisierung des Messgerätes geht; geht es um eine erreichte oder geforderte Auflösung bei schon annähernd bekanntem Messwert, steht dieser Wert selbst im Nenner. Beispiel: Im Neutrinoexperiment KATRIN müssen Elektronen mit kinetischen Energien von etwa 18,6 keV auf mindestens 1 eV genau unterschieden werden. Die geforderte absolute Energieauflösung beträgt also 1 eV, die relative Energieauflösung 1/18600 ≈ 5·10⁻⁵.

Auflösung bei der Messwertanzeige

Analoge Skale: Eine Messgröße kann auf einer Skale im Prinzip beliebig fein dargestellt werden, aber die Ablesung ist nur mit begrenzter Auflösung möglich – je nach Skalenform auf 1/2 bis 1/10 Skalenteilungswert. Bei einer in Millimeter geteilten Skale sind so ohne Hilfsmittel etwa ½ bis ⅕ mm auflösbar. Mit einer Nonius-Skale (wie beim Messschieber) lassen sich noch Längen von 0,01 mm unterscheiden. Ein abgelesener Messwert kann in seiner Feinheit nur geschätzt werden und unterliegt einer Schätzunsicherheit. Ziffernanzeige: Ein Messwert kann immer exakt abgelesen werden, aber die Darstellung ist begrenzt, da nur abzählbar viele verschiedene Werte angezeigt werden und jeder Anzeigewert einen Teilbereich des Messbereichs vertritt. Die kleinste unterscheidbare Differenz ergibt sich in der Regel aus einem Ziffernschritt (Digit) auf der niederwertigsten Stelle. Beispiel: Ein Spannungsmessgerät mit dem Messbereich 0 … 2000 mV in 2000 gleich breiten Schritten hat eine absolute Auflösung von 1 mV; die relative Auflösung beträgt 1/2000.