Temperaturkalibrering är en viktig process inom många industrier som säkerställer noggrannheten och tillförlitligheten hos temperaturmätningsinstrument. Temperatur övervakas i en mängd olika applikationer, vare sig det är inom tillverkning, medicin, forskning eller energiproduktion. Felaktiga mätningar kan leda till produktionsfel, säkerhetsrisker och ökade kostnader. Temperaturkalibrering säkerställer att temperaturmätningsinstrument levererar korrekta värden genom att de jämförs med en certifierad referensenhet. Denna process möjliggör efterlevnad av kvalitetsstandarder och lagstadgade krav.
Temperaturkalibrering innebär alltså inte bara att kontrollera ett mätinstrument, utan omfattar även validering och dokumentation för att säkerställa att mätningar är spårbara och reproducerbara.
Innehåll
Vad är temperaturkalibrering?
Temperaturkalibrering avser den process där ett temperaturmätningsinstrument kontrolleras för att säkerställa att det levererar exakta och tillförlitliga mätvärden. Det jämförs med en referensenhet vars temperatur är exakt känd för att fastställa avvikelser. Detta säkerställer mätinstrumentets noggrannhet.
Betydelse och tillämpning inom industrin
I många industrier, som läkemedels-, livsmedels-, kemi- och fordonsindustrin, är en exakt temperaturmätning av betydelse. Produktionsprocesser, lagringsförhållanden och kvalitetskontroller är ofta starkt beroende av exakta temperaturdata. Felaktiga mätningar kan ha betydande inverkan på produktkvalitet, säkerhet och effektivitet. Därför är regelbundna kalibreringar viktiga för att minimera felkällor och säkerställa efterlevnad av lagstadgade bestämmelser och internationella standarder, som t.ex. DIN EN ISO/IEC 17025.
Översikt över olika kalibreringsmetoder
Det finns olika metoder för temperaturkalibrering som skiljer sig åt beroende på tillämpning och krav. De vanligaste metoderna inkluderar jämförelsemetoden, där en termometer som ska kalibreras jämförs med en exakt referenstermometer. Fixpunktskalibrering, där definierade temperaturpunkter, som t.ex. stelningspunkter för metaller eller vattnets trippelpunkt, används är den andra metoden för temperaturkalibrering.
Mål med temperaturkalibrering
Temperaturkalibrering har flera viktiga mål:
- Noggrannhet: Säkerställa att mätinstrument levererar precisa och konsekventa värden.
- Säkerhet: Förhindra säkerhetskritiska fel som kan uppstå genom felaktiga mätningar, särskilt inom medicin och industri.
- Effektivitet: Förbättra effektiviteten i produktionsprocesser, eftersom felaktiga mätinstrument kan leda till produktionsstopp eller kvalitetsbrister.
Kalibreringar säkerställer dessutom att mätningar är spårbara, d.v.s. att de kan spåras tillbaka till internationella standarder och normer.
Grunderna i temperaturmätning
Olika temperaturmätningsmetoder
Det finns flera metoder för temperaturmätning som varierar beroende på tillämpning och noggrannhetskrav. De vanligaste är:
- Resistanstermometrar (RTDs): Utnyttjar resistansökningen hos material som platina (t.ex. PT100) med ökande temperatur.
- Termoelement: Sätter samman två olika metaller som genererar en spänning proportionell mot temperaturen.
Fysikaliska principer för temperaturmätning
De flesta temperaturmätningsinstrument använder fysikaliska egenskaper som ändras med temperaturen, som det elektriska motståndet (RTDs), termospänningen (termoelement) eller strålningen (infrarött). Dessa ändringar registreras och omvandlas till temperaturvärden.
Mätosäkerheter och påverkansfaktorer
Mätosäkerheter är oundvikliga, kvantifierbara avvikelser i mätresultat. De uppstår genom olika faktorer som t.ex. mätinstrumentets noggrannhet, externa störningar eller omgivningsförhållanden. Osäkerheten beskriver det område inom vilket det faktiska värdet av mätstorheten ligger med en viss sannolikhet.
Vid temperaturkalibrering försöker man minimera och göra dessa osäkerheter spårbara. Därvid används i Tyskland standardiserade förfaranden som definieras av Deutschen Akkreditierungsstelle (DAkkS) och DKD (Deutscher Kalibrierdienst) inom ramen för Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (GUM).
GUM är ett internationellt erkänt dokument som anger de metodiska grunderna för fastställande av mätosäkerheter. Den beaktar både systematiska och slumpmässiga fel. Den innehåller matematiska modeller för att beräkna och göra osäkerheter transparenta. Genom GUM-ansatsen dokumenteras osäkerheten i mätningar. Därigenom är kalibreringsresultat spårbara och jämförbara.
DAkkS säkerställer att kalibreringslaboratorier i Tyskland följer de normer och förfaranden som beskrivs i GUM och ackrediterar dessa laboratorier i enlighet med DIN EN ISO/IEC 17025.
Metoder för temperaturkalibrering
Det finns olika metoder för kalibrering av termometrar: Jämförelsemetoden använder en referenstermometer för att fastställa avvikelser, medan fixpunktskalibrering använder precisa temperaturfixpunkter enligt ITS-90 för att säkerställa högsta noggrannhet.
Temperaturkalibrering enligt jämförelsemetoden
Jämförelsemetoden är en av de vanligaste kalibreringsteknikerna och kännetecknas av sin flexibilitet och enkla genomförande. Därvid jämförs den termometer som ska kalibreras med en redan kalibrerad referenstermometer.
Båda enheterna placeras i en stabil miljö, som till exempel ett kalibreringsbad eller en blockkalibrator. Skillnaden mellan mätvärdena anger avvikelsen hos den termometer som ska kalibreras. Denna metod används ofta i industriella applikationer eftersom den täcker ett stort temperaturområde och är lämplig för en mängd olika temperaturmätningsinstrument.
Temperaturkalibrering vid temperaturfixpunkterna för ITS-90
Fixpunktskalibrering erbjuder den högsta precisionen vid temperaturkalibrering och baseras på den Internationella temperaturskalan från 1990 (ITS-90). Denna skala definierar en rad internationellt erkända fixpunkter, där fysikaliska tillstånd (fasövergångar), som smältning eller stelning, representerar exakt definierade temperaturer. Till den viktigaste fixpunkten hör vattnets trippelpunkt (0,01 °C). Vid fixpunktskalibrering jämförs termometern direkt med dessa definierande temperaturer, vilket möjliggör extremt precisa resultat.
ITS-90 erbjuder genom sina temperaturfixpunkter en exakt grund för temperaturkalibrering och används framför allt i vetenskapliga och metrologiska applikationer. Den höga noggrannheten och spårbarheten till internationellt erkända standarder gör fixpunktskalibrering till den valda metoden för precisa laboratorieapplikationer. Den är dock begränsad i sin tillämpning på grund av de komplicerade apparaturerna och specialiserade förhållandena.
De fixpunkter i den internationella temperaturskalan från 1990 (ITS-90) som används i fixpunktskalibrering omfattar bland annat:
- Trippelpunkt för argon: -189,3442 °C
- Trippelpunkt för kvicksilver: -38,8344 °C
- Trippelpunkt för vatten: 0,01 °C
- Smältpunkt för gallium: 29,7646 °C
- Stelningspunkt för indium: 156,5985 °C
- Stelningspunkt för tenn: 231,928 °C
- Stelningspunkt för zink: 419,527 °C
- Stelningspunkt för aluminium: 660,323 °C
- Stelningspunkt för silver: 961,78 °C
Normer och standarder inom temperaturkalibrering
DIN EN ISO/IEC 17025: Krav på kalibreringslaboratorier
DIN EN ISO/IEC 17025 fastställer de allmänna kraven på kompetensen hos provnings- och kalibreringslaboratorier. Den omfattar kriterier för teknisk kompetens, kvaliteten på kalibreringsresultaten och spårbarheten hos mätningar. Laboratorier som är ackrediterade enligt denna standard uppfyller internationellt erkända standarder och säkerställer tillförlitliga mätresultat.
Mer information:
Ackreditering enligt DIN EN ISO/IEC 17025
ITS-90 (Internationella temperaturskalan från 1990)
ITS-90 definierar precisa temperaturfixpunkter som används över hela världen för kalibrering av temperaturmätningsinstrument. Den säkerställer att mätningar är spårbara till internationellt erkända standarder.
Dessutom definierar ITS-90 SPRT (Standard-Platin-Resistanstermometer) som ett interpolationsinstrument som används mellan fixpunkterna. SPRT erbjuder högsta noggrannhet och används i precisa kalibreringar som referens och för att mäta exakta temperaturer.
Mer information:
Den internationella temperaturskalan från 1990 (ITS-90)
Betydelsen av spårbarhet inom mätteknik
Spårbarhet innebär att mätresultat kan spåras tillbaka till nationella eller internationella standarder som ITS-90. Detta säkerställer att mätningar är jämförbara överallt i världen. Spårbara kalibreringar ger säkerhet för att mätinstrumenten uppfyller standarderna.
DKD-riktlinjer
DKD-riktlinjerna (Deutscher Kalibrierdienst) är en samling tekniska riktlinjer som fastställer specifika krav och förfaranden för kalibrering inom olika mätområden, inklusive temperatur. Dessa riktlinjer ger detaljerade anvisningar om hur kalibreringar ska utföras och hur mätosäkerheten ska bedömas. De kompletterar DIN EN ISO/IEC 17025-standarden och fungerar som en praktiskt orienterad vägledning för kalibreringslaboratorier för att säkerställa konsekventa och spårbara resultat.
DKD-riktlinjerna är särskilt användbara inom specialiserade områden inom mätteknik och främjar ett enhetligt tillvägagångssätt vid kalibrering.
Mer information:
Deutschen Kalibrierdienst DKD
Euramet Calibration Guidelines
EURAMET (European Association of National Metrology Institutes) är en organisation som främjar samarbetet mellan de nationella metrologiinstituten i Europa. Den fastställer europeiska standarder och samordnar forskningsprojekt för att säkerställa noggrannheten och enhetligheten i mätningar i hela Europa. EURAMET spelar en central roll i utvecklingen av kalibrerings- och mätmetoder samt spårbarheten av mätresultat till internationella standarder, inklusive temperaturkalibrering. En viktig del av deras arbete är de så kallade EMRP- och EMPIR-programmen, som stöder metrologisk forskning.
Mer information:
EURAMET E.V. – EUROPEAN ASSOCIATION OF NATIONAL METROLOGY INSTITUTES
Utrustning för temperaturkalibrering
Resistanstermometer (PT100, PT1000 och SPRT)
Resistanstermometrar mäter temperatur genom motståndet i en tråd (ofta platina). Den vanligaste typen är en PT100: Har ett motstånd på 100 ohm vid 0 °C, vilket är vanligt förekommande i industriella applikationer.
En annan typ är SPRT (Standard-Platin-Resistanstermometer), som används speciellt för högprecisionskalibreringar i laboratorier. SPRT definieras av ITS-90. De är exakta referensinstrument som används i många processer. De kalibreras vid temperaturfixpunkterna för ITS-90. De erbjuder en mycket hög stabilitet och låg mätosäkerhet och är viktiga för den precisa spårningen av temperaturmätningar till internationella standarder.
Termoelement
Termoelement består av två olika metalltrådar som är förbundna i ena änden. Temperaturskillnaden mellan de två ändarna genererar en spänning som är proportionell mot temperaturen. Termoelement används ofta i industriella applikationer och skiljer sig åt i typer:
- Typ K (Chromel-Alumel): -200 °C till +1372 °C, universellt användbar, stabil och allmänt förekommande. Obs: Typ K-effekt!
- Typ J (Järn-Konstantan): -40 °C till +750 °C, äldre design, ofta inom industrin.
- Typ T (Koppar-Konstantan): -200 °C till +400 °C, lämplig för låga temperaturer.
- Typ E (Chromel-Konstantan): -200 °C till +1000 °C, hög känslighet.
- Typ N (Nicrosil-Nisil): -200 °C till +1300 °C, hög stabilitet vid höga temperaturer.
- Typ S, R (Platina-Rodium): Exakta ädelmetalltermoelement, hög noggrannhet
- Typ B (Platina-Rodium): Mycket höga temperaturområden upp till +1700 °C, används inom metallurgi och laboratorier.
- Typ Au/Pt (Guld-Platina): Extremt exakta mätningar upp till +1000 °C, huvudsakligen i laboratorieapplikationer.
- Typ Pt/Pd (Platina-Palladium): Mätområde upp till +1500 °C, i högprecisionsapplikationer.
De vanligare termoelementen som typ K, J, T, N, S, R, B är standardiserade genom IEC 60584. Denna standard definierar termospänningstabellerna, toleranserna och temperaturområdena för de enskilda typerna.
För de specialiserade termoelementen Au/Pt och Pt/Pd är IEC 62460 avgörande. Denna standard behandlar kraven och termospänningstabellerna för dessa högprecisions-ädelmetalltermoelement som används i vetenskapliga och metrologiska applikationer.
Digitala termometrar/displayenheter
Digitala termometrar och displayenheter används för att exakt mäta termoelement och resistanstermometrar (RTDs). De finns i olika noggrannhetsklasser och täcker ett brett användningsområde, från enkla industriella applikationer till högprecisionsvetenskapliga mätningar.
Även dessa enheter måste kalibreras regelbundet för att säkerställa noggrannheten. Kalibreringen kan ske på två sätt:
- Enskilt elektriskt: Den digitala displayenheten kalibreras isolerat.
- Som mätkedja: Kalibreringen sker tillsammans med den anslutna temperatursensorn (termoelement eller RTD) som en komplett mätkedja.
Denna kalibrering säkerställer en tillförlitlig och spårbar mätning.
Blockkalibratorer
Blockkalibratorer är bärbara enheter som genererar stabila temperaturer. De är lämpliga för kalibrering på plats av termometrar och termoelement över ett stort temperaturområde. De är flexibla att använda och idealiska för industriella applikationer.
Blockkalibratorer är bärbara, mångsidiga enheter som är speciellt utvecklade för kalibrering av temperaturmätningsinstrument som termoelement, resistanstermometrar och digitala termometrar. De består av ett fast metallblock som antingen värms eller kyls elektriskt för att generera en stabil temperaturkälla. Blocket har borrhål i vilka de temperaturprober som ska kalibreras sätts in.
En intern reglerkrets säkerställer en exakt och konstant temperatur inuti blocket, vilket skapar en stabil kalibreringsmiljö. De genererade temperaturerna täcker ofta ett område från cirka -35 °C till +1200 °C, vilket gör dem lämpliga för olika industriella och laboratorieapplikationer.
Blockkalibratorer har många fördelar:
- Portabilitet: Blockkalibratorer är kompakta och bärbara, vilket gör dem idealiska för kalibreringar på plats.
- Brett temperaturområde: De erbjuder hög flexibilitet eftersom de kan generera både låga och höga temperaturer.
- Snabba svarstider: De möjliggör snabba temperaturväxlingar och därmed en effektiv kalibrering.
- Enkel användning: Blockkalibratorer är ofta användarvänligt utformade, med digitala kontroller för temperatur och stabilitet.
- Mångsidighet: Du kan kalibrera olika typer av temperaturmätningsinstrument, inklusive termoelement, RTD:er (Resistance Temperature Detectors) och digitala termometrar.
Även om blockkalibratorer är lämpliga för många kalibreringsuppgifter, erbjuder de lägre precision jämfört med kalibreringsbad eller fixpunktskalibreringar, särskilt vid extremt höga eller låga temperaturer. För applikationer som kräver högsta noggrannhet, som t.ex. i metrologiska laboratorier, är andra metoder som fixpunktskalibrering att föredra.
Kalibreringsbad
Kalibreringsbad är vätskebad (t.ex. med olja, vatten eller etanol) som ger en mycket exakt kalibrering av temperaturmätningsinstrument. De erbjuder en extremt stabil temperaturmiljö och används i laboratorier för att uppnå högre noggrannhet än blockkalibratorer.
Kalibreringsugnar
Kalibreringsugnar är avsedda för kalibrering vid höga temperaturer, ofta upp till 1200 °C. De erbjuder en exakt, kontrollerad miljö för kalibrering av termometrar.
Dessa enheter är särskilt lämpliga för applikationer där noggrannheten hos kalibreringar i blockkalibratorer inte är tillräcklig. Kalibrering med kalibreringsugnar är mindre mobil än med blockkalibratorer och kräver ofta en speciell laboratoriemiljö. Dessutom är de inte lämpliga för mycket låga temperaturer.
Kalibreringsugnar består av ett elektriskt uppvärmt ugnsutrymme som säkerställer en jämn temperaturfördelning inuti. Sensorerna som ska kalibreras förs in i ugnen, där de utsätts för den stabila temperaturen under en längre tid. Temperaturen styrs exakt via inbyggda reglerkretsar. Termometrarna som ska kalibreras jämförs sedan med kalibrerade referenstermometrar.
