Neo, Служба, запущенная от системы, конечно имеет некоторый приоритет. Но Windows не была и никогда не будет системой реального времени, которую вы из неё пытаетесь всеми силами изобразить. Наиболее "приоритетно" с портами работают только драйвера уровня ядра, сейчас (в современных ОС) у портов даже прерывания отключены, всё работает на циклическом опросе по таймерам. Если нужна точность и непогрешимость, сносить в системе всё кроме своей службыприложения. Если Вас встроенный в порт буфер не устраивает, делаете на контроллере прямо впритык к датчику буферизирующий приёмник с логикой реального времени. Можете даже статистическую обработку прикрутить, и забираете у него данные уже пакетами. Сейчас такие датчики уже серийно производятся - со всеми возможными интерфейсами, включая rs232, usb, WiFi. А микроконтроллеры достаточно мощные чтобы к ним прикрутить карту памяти за 3 доллара, на которую влезет несколько лет ежесекундных логов температуры или чего там у Вас.
------------ Дoбавленo в 15.50:

Sysinternals procmon