Niepewność pomiaru temperatury w zależności od błędu i rozdzielczości termometru

Dokładność pomiaru temperatury jest różnicą, określoną ze skończoną precyzją, pomiędzy wartością rzeczywistą a wartością zmierzoną.

Jako że wartość rzeczywista nie jest znana, można jedynie ustalić z pewnym prawdopodobieństwem przedział, w którym się znajduje. Tak więc dokładność pomiaru temperatury determinowana jest przez wartość niepewności tego wyniku. Istnieje szereg dokumentów normalizacyjnych, definiujących wymagania i postepowanie przy wyrażaniu niepewności. Definicję i sposób obliczania niepewności wyniku pomiaru przedstawiono m.in. w dokumencie Evaluation of measurement data — Guide to the expression of uncertainty in measurement; JCGM 100:2008 (with further supplements).

Błąd graniczny i całkowity

Zgodnie z zaleceniami ww. dokumentu, pojęcie błędu i niepewności stosowane jest tylko i wyłącznie do opisu dokładności aparatury pomiarowej.

W przypadku każdego termometru dokładność związana jest z błędem granicznym, podanym w dokumentacji technicznej:

1. błąd graniczny względny termometru wyrażany jest jako wartość procentowa np. δT = ±1%,
2. błąd graniczny bezwzględny jako przedział wartości temperatury np. ΔT = ±1°C.

Błąd całkowity, w zależności od konstrukcji i dokładności termometru, może być:

• błędem wartości mierzonej,
• błędem zakresu pomiarowego,
• błędem wartości mierzonej i zakresu pomiarowego,
• błędem wartości mierzonej + błędem dodatkowym,
• błędem wartości mierzonej + błędem rozdzielczości.

Rozdzielczość termometru

Rozdzielczość jest, obok błędu granicznego, kluczowym parametrem termometrów.

Wartość rozdzielczości jest najmniejszym przyrostem wartości temperatury, możliwym do zmierzenia przez dany termometr.

Na przykład, temperatura 23,5°C prezentowana na wyświetlaczu termometru cyfrowego jest mierzona z rozdzielczością 0,1°C. Nie oznacza to jednak, że taka sama jest dokładność pomiaru. W przypadku termometrów o bardzo małej rozdzielczości, wartość rozdzielczości może zbliżać się do wartości błędu granicznego termometru. Natomiast w precyzyjnych przyrządach, wartość rozdzielczości jest zawsze znacznie mniejsza niż wartość błędu granicznego.

W praktyce, błąd wynikający ze skończonej rozdzielczości termometru jest składową błędu granicznego.

Niepewność pomiaru temperatury

Błąd termometru i dokładność pomiaru temperatury są ze sobą ściśle związane, nie są jednak równe liczbowo.

Znając błąd całkowity termometru i wyznaczając wartość niepewności pomiaru, można określić dokładność pomiarów temperatury.

Na wartość niepewności pomiaru wpływają wszystkie błędy aparaturowe:

• błąd całkowity termometru,
• błąd całkowity przetwornika temperatury,
• błąd całkowity czujnika temperatury,
• tolerancja wykonania czujnika,
• wszelkie błędy dodatkowe, które można zidentyfikować i wskazać liczbowo.

Przy określaniu niepewności wyniku pomiaru bierze się pod uwagę również wszystkie inne jej źródła, które można opisać liczbowo, takie jak:

• rozrzut pomiarowy,
• niestabilności parametryczne,
• dokładność obliczeń numerycznych,
• dokładność stałych obliczeniowych
• i inne.

Wytyczne dotyczące dokładności pomiaru

Do kwestii związanych z dokładnością pomiaru temperatury odnosi się następujący wykaz dokumentów prawnych, norm i zaleceń standaryzujących:

• Evaluation of measurement data — Guide to the expression of uncertainty in measurement; JCGM 100:2008 (with further supplements);
• ISO/IEC Guide 99:2010. Międzynarodowy słownik metrologii – Pojęcia podstawowe i ogólne oraz terminy z nimi związane (VIM);
• EN ISO/IEC 17025. Ogólne wymagania dotyczące kompetencji laboratoriów badawczych i wzorcujących;
• EN ISO/IEC 10012. Systemy zarządzania pomiarami. Wymagania dotyczące procesów pomiarowych i wyposażenia pomiarowego;
• PISO 5725. Dokładność (poprawność i precyzja) metod pomiarowych i wyników pomiarów;
• EN 13486. Termometry do pomiaru temperatury, powietrza i wyrobu dla transportu, przechowywania i dystrybucji schłodzonej, zamrożonej, głęboko zamrożonej/szybko zamrożonej żywności i lodów - Badania, wymagania, przydatność;
• EN 60584. Termoelementy, norma definiuje charakterystyki, parametry metrologiczne i osprzęt czujników termoelektrycznych;
• EN 60751. Czujniki platynowe przemysłowych termometrów rezystancyjnych i platynowe czujniki temperatury, norma definiuje właściwości fizyczne, metrologiczne i stałe parametryczne czujników rezystancyjnych, platynowych.

Podsumowanie

Błąd graniczny i rozdzielczość bezpośrednio charakteryzują aparaturę do pomiaru temperatury. Ich wielkość zależy od metod pomiarowych, czujników temperatury, przetworników i układów pomiarowych stosowanych w termometrach. Określając dokładność wyniku konieczne jest jednak ustalenie także wartości niepewności pomiaru temperatury.