Meetonzekerheid van temperatuurmetingen als functie van de fout en resolutie van de thermometer

De betrouwbaarheid van de temperatuurmeting is het door de eindige betrouwbaarheid bepaalde verschil tussen de werkelijke en de gemeten waarde.

Omdat de werkelijke waarde niet bekend is, kan slechts met een zekere waarschijnlijkheid het traject worden vastgesteld waarin deze zich bevindt. De betrouwbaarheid van de temperatuurmeting wordt dus bepaald door de waarde van de onzekerheid van dit resultaat. Er bestaat een reeks normaliserende documenten die de eisen en handelingen definiëren voor het uitdrukken van de onzekerheid. De definitie en de berekeningsmethode voor de onzekerheid van een meetresultaat wordt o.a. gepresenteerd in het document Evaluation of measurement data — Guide to the expression of uncertainty in measurement; JCGM 100:2008 (with further supplements).

Toelaatbare fout en totale fout

In overeenstemming met de aanbevelingen uit het bovengenoemde document, worden de begrippen fout en onzekerheid alleen en uitsluitend toegepast voor de beschrijving van de nauwkeurigheid van meetapparatuur.

Voor iedere thermometer houdt de nauwkeurigheid verband met de toelaatbare fout die staat vermeld in de technische documentatie:

1. de relatieve toelaatbare foutvan een thermometer wordt uitgedrukt als een procentuele waarde, bv.. δT = ±1%,
2. de absolute toelaatbare fout als temperatuurtraject, bv. ΔT = ±1°C.

De totale fout, afhankelijk van de constructie en betrouwbaarheid van de thermometer, kan zijn:

• fout van de gemeten waarde;
• fout van het meetbereik;
• fout van de gemeten waarde en het meetbereik;
• fout van de gemeten waarde + een extra fout;
• fout van de gemeten waarde + een resolutiefout;

Resolutie van de thermometer

De resolutie is, naast de toelaatbare fout, een sleutelparameter van thermometers.

De waarde van de resolutie is de kleinste temperatuurstijging die gemeten kan worden door de betreffende thermometer.

Bijvoorbeeld een temperatuur van 23,5°C die staat weergegeven op de display van de thermometer is gemeten met een resolutie van 0,1 °C. Dit betekent echter niet dat de meetbetrouwbaarheid hetzelfde is. Bij thermometers met een bijzonder lage resolutie, kan de waarde van de betrouwbaarheid in de buurt komen van de toelaatbare fout van de thermometer. In precisie-instrumenten echter, is de waarde van de resolutie altijd aanzienlijk lager dan de waarde van de toelaatbare fout.

In de praktijk is de fout die voortkomt uit de eindige resolutie van de thermometer onderdeel van de toelaatbare fout.

Meetonzekerheid voor het meten van temperatuur

De fout van de thermometer en de meetbetrouwbaarheid van de temperatuur zijn nauw met elkaar verbonden, maar getalsmatig niet hetzelfde.

Als u de totale fout van de thermometer kent en de waarde van de meetonzekerheid aangeeft, kunt u de betrouwbaarheid van de temperatuurmetingen bepalen.

Alle apparatuurfouten zijn van invloed op de meetonzekerheid:

• totale fout van de thermometer;
• totale fout van de temperatuursensor;
• totale fout van de temperatuurvoeler;
• uitvoering van de voeler;
• alle extra fouten die kunnen worden geïdentificeerd en in een getal uitgedrukt.

Bij bepaling van de onzekerheid van het meetresultaat worden eveneens alle andere bronnen die getalsmatig kunnen worden uitgedrukt meegenomen, bijvoorbeeld:

• meetspreiding;
• parametrische instabiliteit;
• betrouwbaarheid van de numerieke berekeningen;
• betrouwbaarheid van de berekeningsconstanten;
• en andere.

Richtlijnen voor meetbetrouwbaarheid

De volgende juridische documenten, normen en standaardiseringsaanbevelingen hebben betrekking op de meetbetrouwbaarheid van temperaturen:

• Evaluation of measurement data — Guide to the expression of uncertainty in measurement; JCGM 100:2008 (with further supplements);
• ISO/IEC Guide 99:2010. Internationale woordenlijst metrologie – Basis- en Algemene termen en hiermee verband houdende terminologie (VIM);
• EN ISO/IEC 17025. Algemene eisen voor de bekwaamheid van beproevings- en kalibratielaboratoria;
• EN ISO/IEC 10012. Managementsystemen voor metingen - Eisen voor meetprocessen en meetapparatuur;
• PISO 5725. Echtheid (juistheid en betrouwbaarheid) van meetresultaten en -methoden
• EN 13486. Temperatuurrecorders en thermometers voor het vervoer, de opslag en de distributie van gekoeld, bevroren en diepgevroren levensmiddelen en consumptie-ijs - Onderzoek, eisen, relevantie;
• EN 60584. Thermokoppels, de norm definieert de kenmerken, metrologische parameters en aanvullende onderdelen voor thermo-elektrische sensors;
• EN 60751. Temperatuuropnemers met platina weerstand en thermometers met temperatuuropnemers met platina weerstand voor industrieel gebruik, de norm definieert de fysieke, metrologische en constante parametrische eigenschappen van de weerstandssensors en platinasensors.

Samenvatting

De toelaatbare fout en de resolutie zijn kenmerkende eigenschappen van apparatuur voor het meten van temperatuur. Hun grootte hangt af van de meetmethoden, temperatuurvoelers, sensors en meetsystemen die worden toegepast in thermometers. Voor vaststelling van de betrouwbaarheid van het resultaat, is het echter noodzakelijk om ook de waarde van de meetonzekerheid van de temperatuur te bepalen.