svenska english

Läs även

Kalibrering

Kalibrering kan översättas med jämförelse. Enligt Svensk Standard SS 020106 definieras kalibrering så här (förkortad version):

"Kalibrering är en åtgärd som syftar till att fastställa sambandet mellan ett mätsystems visade storhetsvärde och motsvarande värden förverkligade genom normaler".

Det är som när du ringer Fröken Ur och får veta att din klocka går en minut före. Att ställa om klockan är ingen kalibrering, möjligen en trimning eller justering som kan vara motiverad av en kalibrering. Varken kalibrering eller justering är någon exakt hantering. Det finns alldeles för många osäkerhetsfaktorer, inte minst ditt eget handhavande.

 

Temperaturskalan

Temperaturen definieras enligt termodynamikens lagar och realiseras med en gastermometer. Den termodynamiska skalan uttrycks i Kelvin.

En Kelvin definieras som 1/273,16 av vattnets temperatur vid trippelpunkten. Vattnets trippelpunkt är definierad till 273,16 K eller 0,01 °C. Värdena är valda så att 1 K motsvarar 1 °C. Den absoluta nollpunkten blir således 0 K eller -273,15 °C.

Gastermometern är en komplicerad uppsättning laboratorie-apparater som används för att realisera den termodynamiska skalan. Stabila fasövergångar jämförs med den termodynamiska skalan och idag gäller ITS-90, internationella temperaturskalan 1990.

Förbättrad teknik och ökad kunskap gör att man får en allt säkrare anpassning mellan de praktiskt uppmätta värdena och den termo-dynamiska temperaturskalan.

Alla termometerkonstruktioner bygger på mätning av någon annan storhet än temperatur, t ex resistans eller spänning, och därpå följande översättning till temperatur.

ITS-90 är den nu gällande översättningen från olika temperatur-beroende storheter till temperatur.

 

Fixpunkter

Översättningen sker med ett antal fixpunkter, stabila fasöver-gångar, för olika ämnen. Viktigast är vattnets trippelpunkt, den enda "originaltemperaturen" från den termodynamiska skalan. Andra exempel är smält- och fryspunkter för olika metaller. Följande fixpunkter gäller inom det mest använda temperaturområdet:

 

Nr T (ºC) T (K) Ämne Fasskifte
16 1064,18 1337,33 Guld Stelningspunkt
15 961,78 1234,93 Silver Stelningspunkt
14 660,323 933,473 Aluminium Stelningspunkt
13 419,527 692,677 Zink Stelningspunkt
12 231,928 505,078 Tenn Stelningspunkt
11 156,5985 429,7485 Indium Stelningspunkt
10 29,7646 302,9146 Gallium Smältpunkt
9 0,01 273,16 Vatten Trippelpunkt
8 -38,8344 234,3156 Kvicksilver Trippelpunkt
7 -189,3442 83,8058 Argon Trippelpunkt
6 -218,7916 54,3584 Syre Trippelpunkt
5 -248,5939 24,5561 Neon Trippelpunkt
4 ≈-252,85 ≈20,3 e-H2/He Kokpunkt
3 ≈-256,15 ≈17,0 e-H2 Kokpunkt
2 -259,3467 13,8033 e-H2 Trippelpunkt
1 -270,15/-268,15 3...5 Helium Kokpunkt

 

De grönfärgade fixpunkterna ingår i Pentronics laboratoriums (0076) ackreditering.

 

Interpolation

Glappet mellan fixpunkterna "fylls ut" med ett s k interpolations-instrument, i normala temperaturområden en platinaresistans-termometer av typen SPRT (Standard Platinum Resistance Thermometer). Platina är ett elektriskt ytterst stabilt ämne.

I praktiken gör man så att platinatermometrar fixpunktskalibreras inom 14 K - 962 °C och används som referens i temperaturer mellan fixpunkterna. Referens och provobjekt hålls i samma temperatur i olika typer av ugnar och bad. Detta förfarande kallas jämförelsekalibrering.

Referensgivaren ger ett approximativt värde för temperaturen i kalibreringspunkten. Varje kalibreringssteg ökar mätosäkerheten. Som exempel realiserar Pentronics laboratorium temperaturen i sina fixpunkter med en mätosäkerhet ned till ±0,0016 °C, men har för närvarande inte rätt att utfärda kalibreringsbevis med bättre mätosäkerhet än ±0,015 °C vid jämförelsekalibrering.

 

Spårbarhet

Spårbarhet är ett begrepp som går i par med kalibrering. Spårbarheten krävs för att den uppmätta temperaturen med angiven mätosäkerhet ska överensstämma med ITS-90.

Spårbarhet är ett centralt krav i kvalitetsnormer av typen ISO 9000. Kalibrering utan spårbarhet är ingen kalibrering. Spårbarheten startar alltid med internationellt fastställda definitioner. Se nedan.

 

Ackreditering

Den internationella byrån för mått och vikt (BIPM) i Paris är huvudman i världen för alla storheter. Mest känt är BIPM för att man ansvarar för kilogram-prototypen. På europeisk nivå sköts det praktiska arbetet av EA, European co-operation for Accreditation.

Medlemsländerna har förbundit sig att acceptera varandras kalibreringar i ett mätningens frihandelsavtal. Praktiskt betyder det att en kalibrering utförd av Pentronic är gångbar i övriga medlems-länder. Varje land har ett ombud för EA. I Sverige är det Styrelsen för ackreditering och teknisk kontroll (SWEDAC). Deras uppgift är att ackreditera - godkänna - och löpande kontrollera riksmät-platser och andra laboratorier.

Pentronics laboratorium är ackrediterat för temperaturkalibrering sedan 1988 och realiserar temperaturskalan med egna fixpunkter. Pentronic var en av de första tillverkarna av temperaturgivare i Europa med eget ackrediterat kalibreringslaboratorium i huset.

 

Under övervakning

Ackreditering sker enligt normen EN 45002 och kvalitetssäkras enligt ISO/IEC 17025. Dessa normer kräver mer än andra typer av kvalitetssäkring, bl a:

 

Din roll i kalibreringen

Kalibrering av industriella temperaturgivare kan, beroende av krav på noggranhet, ske på ett ackrediterat laboratorium eller i egen regi med spårbarhet till ett ackrediterat laboratorium.

Det snabbaste, enklaste och mest ekonomiska sättet att kalibrera en temperaturgivare är att jämföra den med en spårbart kalibrerad givare. Denna jämförelse kan även göras i fält. För ändamålet används olika typer av ugnar, bad och instrumentering.

 

Blockkalibrator

En blockkalibrator kan vara den mest praktiska lösningen för kalibrering av ett mindre antal temperaturgivare med normala krav på noggrannhet. En modern blockkalibrator är mycket kompakt och lätt att flytta.

Det finns flera utföranden och den till synes mest lättarbetade har inbyggd referensgivare och referensmätning. Vi avråder dock från denna lösning. Inbyggd referensgivare leder bl a till följande problem:

  • Referens- och provgivare bör vara av samma typ och av likartad storlek. Det är omöjligt att uppnå med inbyggd referens.
  • En inbyggd referensgivare kommer så långt från prov-objektet att de två sannolikt har olika temperaturer.
  • Således är inbyggda referensgivare en meningslös och till och med vilseledande finess. Referenssystemet skall vara en lös referensgivare kopplad till ett eget instrument, alternativt till en ingång på en flerkanals mätbrygga för differensmätning mellan referens och provgivare.

Blockkalibratorer finns för temperaturer i intervallet -25 °C till +1200 °C.

Blockkal-ax-sv-w200.jpg

Axiellt mätfel på grund av olika
värmeflöden ut ur proberna.

Blockkal-rad-sv-w200.jpg

Radiell temperaturfördelning. ΔT
är den gradient som orsakar olika
temperatur i hålens bottnar. Med
utbytbara block riskerar man ökad
tryckberoende avvikelse ΔTp mel-
lan regler- och kalibrerings-temperaturerna.

 

Vätskebad

Den högsta noggrannheten vid jämförelsekalibrering uppnås med vätskebad. Dessa finns i olika storlekar och de största kan även användas för masskalibrering.

Ett bad av hög kvalitet är avsevärt bättre än en blockkalibrator med luftspalter mellan givare och block. Vätskan sluter helt tätt runt givaren, vilket ger den bästa värmeöverföringen.

De mest avancerade baden som Pentronic kan erbjuda används vid nationella kalibreringslaboratorier över hela världen. Vid jämförelsekalibrering kan badets felbidrag komma ned till delar av milliKelvin. Baden fylls med olika vätskor beroende på temperatur:

 

Fluidiserande bad

För temperaturer över 100 °C finns slutna fluidiserande bad. Deras arbetsområde spänner från +50 till +700 °C. Här används alumi-niumoxid som överföringsmedium. Pulvret "flyter" med hjälp av strömmande luft.

Äldre typer av fluidiserande bad är bullriga och har en tendens att skräpa ned. Isotechs konstruktion, det s k Ayres-badet, är helt slutet och befriat från dessa nackdelar.

 

Ugnar

För temperaturer över 500 °C används rörugnar och sfäriska ugnar. I princip arbetar de på ungefär samma sätt som block-kalibratorer men i hög temperatur domineras värmeöverföringen av strålning och konvektion i luft. Ugnarna utnyttjas mest som laboratorieutrustning och används normalt upp till 1 300 °C, men vissa kan användas för betydligt högre temperaturer.

 

Instrument

Kalibrering kräver noggranna och stabila instrument. Normalt används två instrument, det ena kopplat till referensgivaren och det andra kopplat till provgivaren. Det finns även tvåkanaliga instrument och instrument som kan mäta båda givarna och visa differensen mellan dem. Pentronic har även instrument med flerkanalsscanner för samtidig kalibrering av flera givare.

För kalibrering av resistanstermometrar krävs speciella instrument, s k mätbryggor. Det finns tre typer:

Fyrtrådskoppling är ett krav för högsta noggrannhet oberoende av mätbryggans princip.

 

Referenstemperaturgivare

Vid jämförelsekalibrering jämförs provgivaren med en referens-givare - en temperaturgivare med kända egenskaper som kartlagts vid ett ackrediterat kalibreringslaboratorium.

Den bästa referensgivaren, SPRT, är enbart konstruerad för laboratoriebruk. Det är en mycket skör konstruktion där spiralen av renast tänkbara platina hänger i det närmaste helt fritt i ett rör av kvartsglas. SPRT-givaren är mycket noggrann men föga fältmässig.

För industriell kalibrering används istället en s k arbetsnormal. Det är en förbättrad variant av en industriell Pt100-givare (IPRT) eller en spårbart kalibrerad givare av samma typ som provgivaren.

Pentronic kan leverera samtliga varianter. En metod som blir allt mer uppskattad bland Pentronics kunder är att en givare ur tillverkningssatsen genomgår spårbar kalibrering vid det ackrediterade laboratoriet. Denna givare behålls på kundens laboratorium och används som referens för att upprätthålla kraven på spårbarhet enligt ISO 9000.

 

Kalibreringsintervall

Tiden mellan kalibreringarna beror på hur temperaturgivaren används. Tumregeln är en gång per år, men om speciella omständigheter föreligger, t ex att givaren cyklas i ett större temperaturområde, utsätts för vibrationer eller liknande, bör kalibreringarna göras tätare.

Återkommande kalibreringar kartlägger mätutrustningens egenskaper över tiden. Man börjar med täta kalibreringar och när driften är kartlagd, kan tidsintervallet utökas.

Dock föreligger alltid en risk för oförutsedda händelser, t ex någon tappar en referensgivare i golvet. Därför bör man göra regel-bundna egenkontroller av referensutrustningen mellan kalibreringarna.

Kontrollen kan göras i ett isbad som är en utmärkt 0 °C-punkt, eller i en galliumcell som med sin automatiska ugn är den enklaste av alla fixpunkter.

Drift-sv-w200.jpg

Punkterna mellan de årliga kalibreringarna är egen-
kontroller som ger en upp-
fattning om driftens utveck-
ling.