Kalibrera termometer

Att kalibrera en termometer är en process som säkerställer att termometern ger korrekta temperaturmätningar. Detta görs genom att jämföra termometerns avläsningar med en referensstandard (till exempel en temperaturfixpunkt) eller en känd temperaturkälla (jämförelsekalibrering). Målet med kalibreringen är att identifiera eventuella avvikelser eller fel och justera dem vid behov, så att termometern ger exakta mätningar.

Metoder för kalibrering av termometrar

I grund och botten finns det två olika metoder för att kalibrera termometrar: Kalibrering enligt jämförelsemetoden och kalibrering vid temperaturfixpunkter.

Kalibrera termometer enligt jämförelsemetoden

Den nollte huvudsatsen säger att om två system är i termisk jämvikt med ett tredje system, är de också i termisk jämvikt med varandra. Utifrån denna huvudsats kan man dra slutsatsen att om en kalibrerad termometer visar samma temperatur som den faktiska temperaturen i ett kalibreringsbad och den termometer som ska kalibreras också visar denna temperatur, mäter båda termometrarna samma temperatur. Detta gäller dock endast under förutsättning att det råder ett jämviktstillstånd, vilket inte alltid är fallet i den verkliga världen.

Jämförelsemetoden är en av de vanligaste och mest effektiva teknikerna för att kalibrera termometrar. Då jämförs den termometer som ska kontrolleras med en högprecisionsreferenstermometer, vars mätnoggrannhet och spårbarhet till nationella eller internationella standarder garanteras.

Förlopp för termometerkalibrering

1. Förberedelse av kalibreringen:
   • Den termometer som ska kontrolleras och referenstermometern förbereds. Båda måste vara rena och i perfekt skick.
   • En stabil kalibreringsanordning, som t.ex. ett kalibreringsbad eller en torrblockskalibrator, ställs in på börvärdestemperaturen. Dessa enheter säkerställer en homogen och stabil temperaturfördelning.
2. Definiera temperaturpunkter:
   • Kalibreringen sker vanligtvis vid flera kalibreringspunkter som ligger inom termometerns mätområde, t.ex. vid 0 °C, 50 °C och 100 °C. Punkterna kan variera beroende på tillämpning.
3. Utför jämförelsemätning:
   • Båda termometrarna placeras samtidigt i kalibreringsanordningen, varvid man måste se till att de har samma temperatur. Detta minimerar temperaturgradienter och säkerställer exakta resultat.
   • Så snart temperaturen i kalibreringsanordningen är stabil registreras mätvärdena för referens- och provtermometern.
4. Analysera avvikelser:
   • Kalibrera betyder ”fastställa en avvikelse”. Skillnaden mellan de visade värdena för referenstermometern och den termometer som ska kalibreras fastställs. Dessa avvikelser dokumenteras och kan, om det behövs, användas för en justering.

Fördelar med jämförelsemetoden

• Hög noggrannhet: Tack vare användningen av en exakt referenstermometer och stabila kalibreringsanordningar är resultaten mycket tillförlitliga.
• Flexibilitet: Metoden är lämplig för olika termometertyper, inklusive vätske-, motstånds- eller infraröda termometrar.
• Effektivitet: Flera termometrar kan kalibreras samtidigt, vilket gör metoden särskilt ekonomisk i praktiken.

Typiska användningsområden

Jämförelsemetoden används ofta i testlaboratorier, industrin och kalibreringslaboratorier, särskilt när hög noggrannhet krävs. Den är idealisk för rutinkalibreringar och kvalitetssäkring i processer där exakta temperaturmätningar är avgörande.

Kalibrera termometer vid temperaturfixpunkter

Vid termometerkalibrering vid temperaturfixpunkter används inte en kalibrerad referenstermometer som temperaturnormal, utan en så kallad temperaturfixpunkt. Dessa temperaturfixpunkter används som definierande temperaturer för ITS-90 temperaturskalan och för kalibrering av termometrar.

Den internationella temperaturskalan från 1990 (ITS-90) definierar temperaturskalan nio fixpunkter i intervallet från -189,3442 °C (trippelpunkten för argon) till 961,78 °C (stelningspunkten för silver). Dessa fixpunkter är termodynamiska jämviktstillstånd under fasövergångarna för rena ämnen.

Ett exempel på en fixpunkt är trippelpunkten för vatten, där högrent vatten vid 0,01 °C föreligger i fast, flytande och gasformigt tillstånd. Detta tillstånd kan sedan användas i en vattentrippelpunkts-cell för att kalibrera termometrar vid denna definierade temperatur.

Hur ofta måste en termometer kalibreras?

Det finns inget absolut eller entydigt svar på den frågan. Hur ofta termometrar kalibreras beror i allmänhet på olika faktorer:

1. Termometerns användningsområde: En termometer som används i kritiska tillämpningar som inom medicin eller livsmedelsindustrin kan behöva kalibreras oftare än en enkel hushållstermometer.
2. Noggrannhetskrav: Vissa processer kräver en mycket hög temperaturnoggrannhet. I sådana fall är en regelbunden kalibrering nödvändig.
3. Miljöförhållanden: Termometrar som används under extrema förhållanden (t.ex. mycket höga temperaturer) kan vara mer känsliga för felaktigheter och bör därför kontrolleras oftare.
4. Tidigare kalibreringsresultat: Om inga eller endast små avvikelser har konstaterats vid de senaste kalibreringarna kan tiden mellan kalibreringarna eventuellt förlängas. Om det däremot konstateras betydande avvikelser vid varje kalibrering bör kalibreringsfrekvensen ökas.

Som en allmän regel bör kritiska termometrar kalibreras minst en gång om året. I vissa branscher eller vid vissa tillämpningar kan dock en tätare kalibrering vara nödvändig, t.ex. var tredje eller var sjätte månad. Det är alltid en bra idé att inkludera en regelbunden kontroll och kalibrering i underhållsplanen för att säkerställa att termometern fungerar korrekt.

Man kan också orientera sig på standarder och riktlinjer när man fastställer kalibreringscykler. Till exempel är DIN EN ISO/IEC 17025 en internationell standard som fastställer krav på kompetensen hos provnings- och kalibreringslaboratorier. Om ett laboratorium är ackrediterat enligt denna standard innebär det att det har den tekniska kompetensen och har inrättat ett ledningssystem som säkerställer att konsekventa och giltiga resultat genereras.

Kalibreringen av mätinstrument, inklusive termometrar, är en viktig del av denna standard. Några huvudpunkter angående kalibrering från DIN EN ISO/IEC 17025 är:

1. Allmänna krav: Laboratorier måste säkerställa att all utrustning som kan påverka resultaten är kalibrerad och/eller kvalificerad.
2. Intervall: Standarden föreskriver inga specifika kalibreringsintervall. Istället bör laboratorier använda sin riskhantering för att bestämma hur ofta kalibreringarna ska utföras.
3. Spårbarhet: Kalibreringar bör vara spårbara till nationella eller internationella standarder.
4. Registreringar: Laboratorier måste föra register över kalibreringar, inklusive detaljer om metoden, operatören, miljöförhållandena, bekräftelseintervallen, resultaten och eventuella avvikelser.

Deutsche Akkreditierungsstelle (DAkkS) har ytterligare dokument och regelverk som innehåller specifika krav och rekommendationer för kalibrering inom olika områden. Om ett laboratorium i Tyskland är ackrediterat enligt DIN EN ISO/IEC 17025 måste det också följa de relevanta DAkkS-reglerna.

Ett laboratorium som är ackrediterat enligt DIN EN ISO/IEC 17025 måste ha en tydlig policy och tydliga rutiner för kalibrering av sin utrustning. Den exakta kalibreringsfrekvensen bestäms dock av laboratoriet självt, baserat på dess riskhantering och de specifika kraven i dess ackreditering.

Nationella och internationella standarder vid termometerkalibrering

Vid termometerkalibrering spelar en viktig roll inom mätteknik, särskilt i branscher där exakta temperaturmätningar är nödvändiga. Nationella och internationella standarder ger tydliga riktlinjer för genomförande och dokumentation av dessa kalibreringar.

Internationella standarder

• ISO/IEC 17025: Denna standard definierar de allmänna kraven på kompetensen hos kalibreringslaboratorier. Den säkerställer att kalibreringsresultaten är internationellt jämförbara och spårbara.
• ITS-90: Den internationella temperaturskalan från 1990 ger en referens för kalibrering av termometrar genom att definiera temperaturfixpunkter. Den definierar också standard platinamotståndstermometrar (SPRT) som interpolationsinstrument.
• IEC 60584: Denna standard reglerar termoelement och deras termospänningar, som är viktiga för exakta temperaturmätningar.
• IEC 60751: Standarden beskriver kraven för platinamotståndstermometrar (RTD), som ofta används i högprecisionsapplikationer.

Nationella standarder och riktlinjer

• DIN EN ISO 9001: Denna standard lägger fokus på kvalitetsledningssystem och berör även kalibreringsprocesser inom olika industrier.
• DKD-riktlinjer: De tyska kalibreringstjänst-riktlinjerna ger specifika anvisningar för kalibreringslaboratorier i Tyskland. Dessa riktlinjer kompletterar ISO 17025 och definierar specifika förfaranden och metoder.
• EURAMET-riktlinjer: På europeisk nivå tillhandahåller EURAMET metrologiska riktlinjer som stöder laboratorier och kalibreringsställen att genomföra konsekventa och spårbara kalibreringar.

Betydelsen av spårbarhet

Alla nämnda standarder betonar betydelsen av spårbarhet vid termometerkalibrering, alltså möjligheten att spåra kalibreringar till internationella standarder. Detta garanterar att temperaturmätningar är jämförbara över hela världen.

Genom att följa dessa standarder och riktlinjer säkerställer företag att deras termometrar uppfyller de högsta kraven på noggrannhet och tillförlitlighet – en viktig förutsättning för kvalitetssäkring inom många industrier.

Tips för att lyckas med termometerkalibrering

Tips 1: En termometer mäter bara sin egen temperatur

Uttalandet ”En termometer mäter bara sin egen temperatur” pekar på en grundläggande princip vid termometerkalibrering.

När du använder en termometer för att mäta temperaturen på något, vare sig det är luften, en vätska eller en fast kropp, är det du egentligen mäter hur varm eller kall TERMOMETERN själv är. Termometern uppnår en termisk jämvikt med mediet som den mäter. Detta innebär att den antar samma temperatur som mediet.

Ett enkelt exempel är en kvicksilvertermometer. Kvicksilvret i termometern expanderar och drar ihop sig, baserat på hur varmt eller kallt det är. Om du doppar den i varmt vatten kommer kvicksilvret att expandera eftersom det blir VARMARE. Om du doppar den i kallt vatten kommer det att dra ihop sig eftersom det blir KALLARE. I båda fallen mäter termometern faktiskt hur varmt eller kallt KVICKSLVRET är, inte direkt vattnet. Men eftersom kvicksilvret snabbt uppnår en termisk jämvikt med vattnet, visar termometern effektivt vattnets temperatur.

Samma princip gäller för digitala termometrar, PT100 (motståndstermometrar), termoelement och andra. De reagerar alla på temperaturförändringar genom att ändra sin egen temperatur och sedan visa eller mäta detta värde.

Det är viktigt att notera att för en exakt temperaturmätning måste termometern och objektet som ska mätas ha tillräckligt med tid för att uppnå en termisk jämvikt. Annars kan mätningen vara felaktig.

Tips 2: Termoelement gör alltid en differensmätning

Ett termoelement består av två olika metaller som är förbundna med varandra i ena änden. Om det vid denna anslutningspunkt (kallad ”mätpunkt” eller ”varmpunkt”) råder en annan temperatur än i den andra änden av de två metallerna (kallad ”jämförelspunkt” eller ”kallpunkt”), uppstår en spänning mellan dessa två punkter. Denna spänning kallas termospänning och beror på temperaturskillnaden mellan de två ändarna och de specifika materialegenskaperna hos de två metallerna.

Detta innebär att ett termoelement alltid mäter temperaturskillnaden mellan mätpunkten och jämförelsepunkten. För att bestämma den absoluta temperaturen vid mätpunkten måste temperaturen vid jämförelsepunkten vara känd. Ofta kyls denna jämförelspunkt till en känd temperatur (t.ex. 0 °C vid en så kallad extern jämförelspunkt) eller så används t.ex. rumstemperaturen som referens vid ministickkontakter.

Ett termoelement mäter därför inte direkt en absolut temperatur, utan en temperaturskillnad mellan två punkter. För att få en absolut temperaturmätning måste temperaturen vid en av de två punkterna vara känd.

Tips 3: Motståndstermometrar mäter alltid för varmt

Motståndstermometrar, ofta kallade Pt100 eller Pt1000 (där siffrorna anger de nominella motstånden vid 0 °C), använder det temperaturberoende motståndet hos en metall, oftast platina, för att mäta temperaturer. När en elektrisk ström flyter genom ett motstånd värms detta motstånd upp. Detta är ett direkt resultat av Ohms lag, där den elektriska effekten P genom ett motstånd R beskrivs som P = I^2 × R, där I är strömmen som flyter genom motståndet.

Vid motståndstermometrar skickas en mätström genom platinamotståndet för att mäta motståndet (och därmed temperaturen). Men just denna mätström kan – särskilt om den är för hög – leda till en märkbar uppvärmning av mätmotståndet. Denna uppvärmning förfalskar sedan mätresultatet, eftersom sensorn blir varmare än den faktiska omgivningen som ska mätas. Som ett resultat visar motståndstermometern en för hög temperatur.

Vid exakta mätningar eller tillämpningar måste uppvärmningen som orsakas av mätströmmen beaktas och kompenseras.

Källor

• Walter Blanke: Den internationella temperaturskalan från 1990: ITS-90
• Frank Bernhard: Handbuch der Technischen Temperaturmessung, 2. Auflage
• Thomas Klasmeier: Tabellbok ”Temperatur”, utgåva 3