A hőmérő felbontásától függő hőmérsékletmérési bizonytalanságok

A hőmérsékletmérés pontossága nem más, mint a valós és mért érték között véges precizitással meghatározott különbség.

Tekintettel arra, hogy a valós érték nem ismert, csak egy bizonyos valószínűséggel állapítható meg az a tartomány, amelyen belül az elhelyezkedik. Így tehát a hőmérsékletmérés pontosságát ennek az eredménynek a bizonytalanságai determinálják. Egy sereg szabványosító dokumentum létezik, amelyek definiálják a követelményeket és a bizonytalanságok meghatározásához alkalmazandó eljárásmódokat. A mérési eredmény bizonytalanságának definícióját és számítási módját bemutatják például többek között a következő dokumentumban is: Evaluation of measurement data — Guide to the expression of uncertainty in measurement; JCGM 100:2008 (with further supplements).

Maximális és összes hiba

Hivatkozott dokumentum ajánlásaival egyezően a hiba és bizonytalanság fogalmát csak és kizárólag a mérőberendezés pontossági jellemzéséhez használják.

Minden egyes hőmérő esetében a pontosság a műszaki dokumentációban megadott maximális hibához kapcsolódik, az alábbiak szerint:

1. a hőmérő relatív maximális hibáját százalékos értékben fejezik ki, pl. δT = ±1%,
2. az abszolút maximális hibát pedig hőmérséklet tartományban adják meg, pl. ΔT = ±1°C.

Az összes hiba, a hőmérő konstrukciójától és pontosságától függően a következők adhatják:

• mért érték hibája,
• mérési tartomány hibája,
• mért érték és mérési tartomány hibája,
• mért érték hibája + további hiba,
• mért érték hibája + felbontás hibája.

A hőmérő felbontása

A felbontás csakúgy, mint a maximális hiba, a hőmérők kulcsparamétere.

A felbontás értéke az a legkisebb hőmérséklet-érték növekedés, amely még az adott hőmérővel megmérhető.

Például, egy digitális hőmérő kijelzőjén megjelenő 23,5°C-os érték 0,1°C-os felbontással van mérve. Ez mégsem jelenti azt, hogy ugyanekkora a mérés pontossága. Nagyon kicsi felbontású hőmérők esetében a felbontás értéke viszont már közelíthet a hőmérő maximális hibaértékéhez. A precíziós mérőműszerek esetében azonban, a felbontás értéke mindig jelentősen kisebb, mint a maximális hiba értéke.

A gyakorlatban, a hőmérő véges felbontásából származó hiba a maximális hiba részét képezi.

Hőmérséklet mérés bizonytalansága

A hőmérő hibája és a hőmérsékletmérés pontossága szorosan összefügg egymással, de számszerűen mégsem azonosak.

A hőmérséklet mérés pontosságának meghatározásához ismerni kell az adott hőmérőre vonatkozó összes hibaértéket, és ki kell fejezni a mérési bizonytalanság értékét is.

A mérési bizonytalanság értékét befolyásolja az összes apparatúra hiba. úm.:

• hőmérő összes hibája,
• hőmérséklet konverter összes hibája,
• hőmérséklet szenzor összes hibája,
• szenzor kivitelezési toleranciája, valamint
• az összes további olyan hiba, mely azonosítható és számszerűen kifejezhető.

A mérési eredmény bizonytalanságának meghatározásakor figyelembe veszik a többi olyan befolyásoló hibaforrást is, melyek számszerűen megadhatóak így pl.:

• mérési szórás,
• parametrikus instabilitások,
• numerikus számítások pontossága,
• számítási konstansok pontossága,
• és egyebek.

Mérési pontosságra vonatkozó útmutatások

A hőmérsékletmérés pontosságával kapcsolatos kérdéskört érintik az alábbi dokumentumlistában összegyűjtött szabványuk és standardizáló ajánlások:

• Evaluation of measurement data — Guide to the expression of uncertainty in measurement; JCGM 100:2008 (with further supplements);
• ISO/IEC Guide 99:2010. Nemzetközi metrológiai szótár – Általános és Alapfogalmak, valamint azokhoz kapcsolódó elnevezések (VIM);
• EN ISO/IEC 17025. Vizsgáló- és kalibráló laboratóriumok felkészültségének általános követelményei;
• EN ISO/IEC 10012. Mérésirányítási rendszerek. A mérési folyamatokra és a mérőberendezésekre vonatkozó követelmények;
• ISO 5725. Mérési módszerek és eredmények pontossága (valódiság és precizitás);
• EN 13486. Hőmérséklet-regisztrálók és hőmérők hűtött, fagyasztott, gyorsfagyasztott (mélyhűtött) élelmiszer és jégkrém szállításához, tárolásához és forgalmazásához – Vizsgálatok, követelmények, megfelelőség;
• EN 60584. Hőelemek, mely szabvány definiálja a termoelektromos érzékelők szerelvényeit, karakterisztikáit, metrológiai paramétereit;
• EN 60751. Ipari platina ellenállás-hőmérők és platina hőmérséklet-érzékelők; a szabvány definiálja az ellenállásos platinaérzékelők paraméter állandóit, fizikai és metrológiai tulajdonságaikat.

Összegzés

A maximális hiba és a felbontás közvetlenül jellemzik a hőmérsékletmérésre szolgáló berendezést. Ezen értékek nagysága függ a mérési módszerektől, a szenzorok fajtájától, és hőmérőkben alkalmazott konverterek és mérőáramkörök minőségétől. A mérési eredmények pontosságának megadásához feltétlenül szüksége van a hőmérsékletmérés bizonytalansági értékének meghatározására is.