Неопределеност при измерване на температурата в зависимост от грешката и резолюцията на термометъра

Точността на измерване на температурата представлява определената с крайна прецизност разлика между действителната стойност и измерената стойност.

Тъй като действителната стойност е неизвестна, може да се установи с определена вероятност обхвата, в който тази стойност се намира. Следователно точността на измерване на температурата се определя от стойността на грешката на този резултат. Съществуват редица стандартициращи документи, определящи изискванията и действието при изразяване на неопределеността. Дефиницията и начина за изчисляване на неопределеността на резултата от измерването са представени между другото в документа Evaluation of measurement data — Guide to the expression of uncertainty in measurement; JCGM 100:2008 (with further supplements).

Гранична и абсолютна грешка

Съгласно препоръките от горе посочения документ, понятията грешка и неопределеност се използват само и единствено при описанието на точността на измервателната апаратура.

За всеки термометър точността е свързана с гранична грешка, посочена в техническата документация:

1. относителна гранична грешка на термометъра се изразява в проценти, например δT = ±1%,
2. абсолютна гранична грешка като обхват от стойността на температурата например ΔT = ±1°C.

Абсолютна грешка - в зависимост от конструкцията и точността на термометъра грешката може да бъде:

• грешка на измерваната стойност,
• грешка на измервателния обхват,
• грешка на измерваната стойност и измервателния обхват,
• грешка на измерваната стойност + допълнителна грешка,
• грешка на измерваната стойност + грешка на резолюцията.

Разделителна способност на термометъра

Разделителната способност, наред с граничната грешка е ключов параметър на термометрите.

Стойността на разделителната способност е най-малкото нарастване на стойността на температурата, което е възможно да се измери с даден термометър.

Например, температурата 23,5°C показана върху дисплея на цифровия термометър е измервана с разделителна способност 0,1°C. Това обаче не означана, че точността на измерване е същата. При термометри с много малка разделителна способност стойността на резолюцията може да се приближи до стойността на граничната грешка на термометъра. При термометрите с висока прецизност стойността на разделителната способност винаги е много по-малка от стойността на граничната грешка.

На практика грешката, произлизаща от крайната разделителна способност на термометъра е компонента на граничната грешка.

Неопределеност при измерване на температурата

Грешката на термометъра и точността на измерването са тясно свързани помежду си, но не са равни като числа.

Като знаем общата грешка на термометъра и определим стойността на неопределеност при измерване, можем да определим точността на измерване на температурата.

Върху стойността на неопределеността при измерване оказват влияние всички грешки на апаратурата:

• обща грешка на термометъра,
• обща грешка на преобразувателя на температурата,
• обща грешка на температурния датчик,
• толеранс на изработка на датчика,
• всички допълнителни грешки, които могат да се идентифицират и определят с числа.

При определяне на неопределеността на резултатта от измерването се вземат предвид също така всички други нейни източници, които могат да се опишат с числа, като например:

• дисперсия на измерването,
• параметрични нестабилности,
• точност на цифровите изчисления,
• точност на константите за изчисления
• и други.

Указания относно точността на измерване

С въпроса, касаещ точността на измерването на температурата, е свързан следният списък от правни документи, стандарти и препоръки за стандартизация:

• Evaluation of measurement data — Guide to the expression of uncertainty in measurement; JCGM 100:2008 (with further supplements);
• ISO/IEC Guide 99:2010. Международен речник по метрология – Основни и общи понятия и свързаните с тях термини (VIM);
• EN ISO/IEC 17025. Общи изисквания относно компетентността на изпитателните и калибриращи лаборатории;
• EN ISO/IEC 10012. Системи за управление на измерванията. Изисквания относно измервателните процеси и измервателното оборудване;
• PISO 5725. Точност (правилно извъшване и прецизност) на измервателните методи и резултатите от измерванията;
• EN 13486. Температурни записващи устройства и термометри за транспорт, съхранение и разпределяне на охладени, замразени, дълбокозамразени/ бързозамразени храни и сладолед – Проверка, изисквания, срок на валидност;
• EN 60584. Термоелементи, стандартът дефинира характеристиките, метрологичните параметри и оборудването на термоелектрическите датчици;
• EN 60751. Индустриални платинени съпротивителни термометри и платинени температурни чувствителни елементи, стандартът дефинира физическите и метрологичните свойства, както и параметричните константи на съпротивителните платинени датчици.

Резюме

Относителната грешка и разделителната способност са характеристики, които характеризират директно апаратурата за измерване на температура. Тяхната големина зависи от методите на измерване, температурните датчици, преобразуватели и измервателни системи, използвани ъ термометрите. При определяне на точността на резултата е необходимо определяне и на стойността на неопределеността при измерването на температурата.