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Umso größer ist häufig die Verunsicherung, wenn verschiedene Labore bei derselben Materialprobe unterschiedliche Widerstandswerte ermitteln. Während ein Labor beispielsweise einen Oberflächenwiderstand von 10⁶ Ω misst, bestimmt ein anderes Labor unter scheinbar identischen Bedingungen 10⁸ Ω. Die Vermutung liegt nahe, dass entweder das Material fehlerhaft ist oder eines der Messgeräte falsche Werte liefert.

In der Praxis zeigt sich jedoch ein anderes Bild: Häufig sind beide Messergebnisse korrekt.

Der Grund dafür liegt darin, dass der elektrische Widerstand vieler Materialien keine unveränderliche Materialeigenschaft ist. Vielmehr hängt das Messergebnis von einer Vielzahl unterschiedlicher Einflussgrößen ab. Bereits kleine Änderungen der Prüfbedingungen können dazu führen, dass sich die gemessenen Widerstandswerte um mehrere Zehnerpotenzen unterscheiden.

Der elektrische Widerstand reagiert empfindlich auf seine Umgebung

Während Eigenschaften wie Dichte oder Abmessungen weitgehend unabhängig von den Umgebungsbedingungen bestimmt werden können, reagiert der elektrische Widerstand vieler Materialien äußerst sensibel auf äußere Einflüsse.

Besonders Kunststoffe, Verbundwerkstoffe, Beschichtungen oder ESD-Materialien verändern ihr elektrisches Verhalten abhängig von Temperatur, Luftfeuchtigkeit oder der Art der Messung. Hinzu kommt, dass moderne Werkstoffe häufig durch leitfähige Additive wie Carbon Black, Carbonfasern oder Carbon Nanotubes gezielt eingestellt werden. Bereits geringfügige Unterschiede in deren Verteilung können das elektrische Verhalten beeinflussen.

Deshalb reicht es bei der Bewertung eines Messergebnisses nicht aus, ausschließlich den gemessenen Widerstand zu betrachten. Ebenso entscheidend ist die Frage, unter welchen Bedingungen dieser Wert ermittelt wurde.

Kleine Unterschiede mit großer Wirkung

In der täglichen Praxis werden Widerstandsmessungen häufig an unterschiedlichen Standorten durchgeführt. Entwicklung, Produktion, Qualitätssicherung oder externe Prüflabore verwenden zwar oftmals vergleichbare Messtechnik, arbeiten jedoch nicht zwangsläufig unter identischen Bedingungen.

Bereits geringe Unterschiede können das Messergebnis beeinflussen.

Temperatur und Luftfeuchtigkeit gehören dabei zu den häufigsten Einflussgrößen. Viele Kunststoffe nehmen Feuchtigkeit aus der Umgebung auf oder bilden auf ihrer Oberfläche einen dünnen Feuchtigkeitsfilm. Dadurch verändert sich insbesondere der Oberflächenwiderstand teilweise erheblich.

Ebenso spielt die angelegte Messspannung eine wichtige Rolle. Während metallische Leiter nahezu unabhängig von der Prüfspannung denselben Widerstand aufweisen, reagieren viele isolierende oder ableitfähige Materialien spannungsabhängig. Werden unterschiedliche Prüfspannungen verwendet, entstehen zwangsläufig unterschiedliche Messergebnisse.

Auch die eingesetzte Elektrode beeinflusst den Messwert. Unterschiedliche Elektrodengeometrien erzeugen unterschiedliche elektrische Messfelder und eignen sich jeweils für bestimmte Materialarten oder Messaufgaben. Werden bei Vergleichsmessungen unterschiedliche Messköpfe verwendet, lassen sich die Ergebnisse häufig nicht unmittelbar miteinander vergleichen.

Hinzu kommen weitere Einflussgrößen wie der Anpressdruck, die Messdauer oder der Zustand der Materialoberfläche. Selbst kleinste Verschmutzungen durch Staub, Fingerabdrücke oder Produktionsrückstände können insbesondere bei hochohmigen Materialien messbare Veränderungen verursachen.

Standardisierte Prüfbedingungen schaffen Vergleichbarkeit

Damit Messergebnisse zwischen unterschiedlichen Laboren oder Produktionsstandorten vergleichbar bleiben, werden Widerstandsmessungen nach standardisierten Prüfverfahren durchgeführt.

Diese legen unter anderem fest,

• unter welchen klimatischen Bedingungen gemessen wird,
• welche Messspannung verwendet werden soll,
• welche Elektrodengeometrie zum Einsatz kommt,
• wie lange die Messung durchgeführt wird,
• und wie die Messergebnisse dokumentiert werden.

Erst wenn diese Rahmenbedingungen übereinstimmen, lassen sich Messergebnisse objektiv miteinander vergleichen.

In der Praxis zeigt sich jedoch immer wieder, dass einzelne Prüfparameter voneinander abweichen. Dadurch entstehen unterschiedliche Messergebnisse, obwohl dieselbe Materialprobe untersucht wurde.

Die richtige Messtechnik ist nur ein Teil der Lösung

Moderne Leitfähigkeitsmessgeräte ermöglichen heute hochpräzise Widerstands- und Leitfähigkeitsmessungen über einen sehr großen Messbereich. Automatisierte Messabläufe, definierte Prüfspannungen und spezialisierte Messköpfe tragen wesentlich dazu bei, reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen.

Dennoch kann auch das beste Messgerät nur dann seine volle Genauigkeit erreichen, wenn sämtliche Prüfbedingungen kontrolliert und dokumentiert werden.

Ebenso wichtig wie das Messgerät selbst sind daher die Auswahl der geeigneten Elektrode, eine reproduzierbare Positionierung auf der Materialprobe sowie eine definierte Vorbereitung des Prüfmaterials.

Gerade bei sehr hochohmigen Materialien oder modernen Verbundwerkstoffen entscheidet häufig nicht die Messtechnik allein über die Qualität des Ergebnisses, sondern die konsequente Einhaltung des gesamten Messprozesses.

Vergleichbare Widerstandsmessungen erfordern einen systematischen Ansatz

In vielen Unternehmen richtet sich der Blick zunächst auf den gemessenen Zahlenwert. Tatsächlich liefert dieser jedoch nur einen Teil der notwendigen Informationen.

Für eine belastbare Bewertung sollten sämtliche Prüfbedingungen nachvollziehbar dokumentiert werden. Dazu gehören neben den Umgebungsbedingungen insbesondere die verwendete Messspannung, der eingesetzte Messkopf, die Position der Messung sowie die Vorbereitung der Materialprobe.

Erst wenn diese Informationen vollständig vorliegen, lassen sich Messergebnisse verschiedener Labore oder Produktionsstandorte zuverlässig miteinander vergleichen.

Ein systematischer Umgang mit den Einflussgrößen reduziert nicht nur Messabweichungen, sondern verbessert gleichzeitig die Aussagekraft der gesamten Materialprüfung.

Widerstandsmessungen ganzheitlich betrachten

Abweichende Messergebnisse bedeuten nicht zwangsläufig, dass ein Material außerhalb seiner Spezifikation liegt oder ein Messgerät fehlerhaft arbeitet. Häufig unterscheiden sich lediglich die Prüfbedingungen.

Wer reproduzierbare Widerstandsmessungen erzielen möchte, sollte deshalb den gesamten Messprozess betrachten – von den Umgebungsbedingungen über die Materialvorbereitung bis hin zur Auswahl der geeigneten Messtechnik und Elektrodengeometrie.

NH Instruments unterstützt Unternehmen aus Entwicklung, Qualitätssicherung und Forschung dabei mit leistungsfähigen Leitfähigkeitsmessgeräten, passendem Zubehör sowie professionellen Servicemessungen für unterschiedlichste Materialien und Anwendungen.

Wer die Ursachen für unterschiedliche Messergebnisse im Detail kennenlernen möchte, findet im aktuellen Fachbeitrag auf der Website von NH Instruments eine ausführliche Erklärung der wichtigsten Einflussgrößen sowie eine praxisorientierte Checkliste für reproduzierbare Widerstandsmessungen.