Все о датчиках температуры.
Первый универсальный русскоязычный портал

Символ нового года

Может ли калибратор температуры служить мерой температуры?

09.11.2012 | Автор: Моисеева Н.П. | Полемические заметки | Количество просмотров: 6036 | Комментарии (3)

Если бы кто-то поставил условие, что ответить надо «да» или «нет», то я сказала бы «нет». Почему? Потому что, во-первых, большинство калибраторов не могут воспроизводить определенное значение температуры и достаточной надежностью, и, во-вторых, воспроизводимое ими значение – это фактически температура встроенного в корпус датчика, которая может сильно отличаться от температуры рабочего блока. 

Однако если односложный ответ не требуется, и можно ответить развернуто, то при определенных условиях калибратор может приблизиться по функциональности к мере температуры. 

Почему собственно возник вопрос о мере температуры? Потому что в последней редакции поверочной схемы для средств измерения температуры понятие «мера температуры» фигурирует на равных правах с остальными СИ. К сожалению, определения меры температуры там нет. Есть только упоминание в тексте такого рода «3.3.3.1 В качестве рабочих эталонов 2-го разряда применяют меры температуры (аппаратуру для реализации реперных точек температурной шкалы МТШ-90, калибраторы температуры), …». Определения калибратора тоже нет. Может быть, это теперь не обязательно, давать определения терминов в стандартах? 

Что же такое мера физической величины? Заглянем в последнее издание международного метрологического словаря VIM 2012 г. и найдем определение меры. 

3.6 (4.2)

material measure

measuring instrument reproducing or supplying, in a permanent manner during its use, quantities of one or more given kinds, each with an assigned quantity value.

EXAMPLES Standard weight, volume measure (supplying one or several quantity values, with or without a quantity-value scale), standard electric resistor, line scale (ruler), gauge block, standard signal generator,certified reference material.

(перевод) материальная мера

Измерительный инструмент, воспроизводящий или предоставляющий постоянно при его использовании физические величины одного или более типов, которым приписаны определенные количественные значения.

ПРИМЕРЫ: Эталон веса, мера объема (предоставляющая одну или несколько значений величины, со шкалой или без шкалы), эталонный электрический резистор, линейная шкала (линейка), набор калибров, эталонный генератор сигналов, сертифицированный образцовый материал. 

 В РМГ 29-99 (с изменениями от 04.08.2010) примерно такой же подход:

Мера физической величины (англ. material measure) – средство измерений, предназначенное для воспроизведения и (или) хранения физической величины одного или нескольких заданных размеров, значения которых выражены в установленных единицах и известны с необходимой точностью.

Заметьте, что в примерах VIM нет мер температуры.  Есть гири, линейки, резисторы. С измерением температуры, вероятно, все сложнее. Попробуем разобраться, какой  инструмент может воспроизводить значение температуры.

Первое, что приходит в голову – температура фазового перехода чистого вещества. Действительно, если изготовить ампулу с чистым металлом и аттестовать ее в лаборатории ВНИИМ, то при хорошем обращении можно с высокой точностью воспроизводить определенное значение температуры плавления/затвердевания. Стандартная неопределенность поверки ампулы войдет в суммарную неопределенность поверки термометров. Самое важное условие – соблюдать необходимую глубину погружения термометров, чтобы не допустить теплоотвода, влияющего на результат измерения.

Второй прибор, предложенный в нашей поверочной схеме – калибратор температуры. Хотя определения в стандарте нет, все хорошо представляют себе, что это такое. Это термостат с металлическим или керамическим блоком для размещения термометров и с дисплеем, на котором показано значение температуры в блоке.  Калибраторы выпускаются сейчас в большом количестве нашими и зарубежными производителями. Они бывают маленькие и большие, дешевые и дорогие, красивые и не очень. Как правило, калибраторы можно использовать как термостаты для поверки рабочих термометров методом сличения с эталонными, а также методом сличения с показаниями дисплея (некоторые типы портативных калибраторов предусматривают только этот метод). Именно использование последнего метода дает право калибратору претендовать на звание «мера температуры», причем, согласно нашей поверочной схеме, даже на звание «рабочий эталон второго разряда», доверительная погрешность при этом не должна превышать несколько сотых градуса в среднем диапазоне до 420 °С. 

На нашем сайте мы уже писали о сухоблочных термостатах и калибраторах в разделе «Выбор поверочного оборудования». Предупреждали, что выбрать хороший калибратор не так просто. Основная проблема калибраторов связана с неравномерным распределение температуры во внутреннем блоке и с влиянием внешних условий. Самое важное – оценить правильно точность результата поверки. Европейская организация по аккредитации, учитывая, что калибраторы распространяются повсеместно как средства поверки, одним из первых документов в области термометрии выпустило руководство по калибровке сухоблочных калибраторов ЕА 10/13. В последствии это руководство было немного дополнено и передано в ведение ЕВРАМЕТ. (скачать можно в разделе «Документы Еврамет»). 

В нашей стране единого стандарта или руководства по поверке калибраторов нет. Поверка выполняется по методикам, утвержденным при проведении испытаний типа.  Методики несложные. В калибратор помещают эталонный термометр, проверяют стабильность температуры (СКО) и отклонение от показаний дисплея (Δt). Кроме того, поднимая термометр или перемещая его из одного отверстия в блоке в другое, оценивают распределение температуры в блоке. В результате получается свидетельство о поверке, в котором есть технические характеристики, но нет конкретного значения воспроизводимой температуры и расширенной неопределенности этого значения. Нет того, что дало бы право назвать калибратор мерой физической величины

В данной статье я не буду повторять рекомендацию ЕА 10/13, желающие могут скачать с сайта и прочитать оригинал. Важно, что в результате калибровки пользователь должен получить сертификат о калибровке с указанием значения воспроизводимой температуры с расширенной неопределенностью. В рекомендации подробно описан метод оценивания этой неопределенности. Отмечу, что в приложении документа приведен пример, в котором получен результат калибровки. Результат выглядит так: при температуре на дисплее 180 °C, пользователь получит температуру в блоке 180,10 °C ± 0,32 °C. 

Интересно отметить также, что технический комитет «Термометрия» при ЕВРАМЕТ счел необходимым включить в ЕА 10/13 специальное приложение «Рекомендации по использованию сухоблочных калибраторов», чтобы предупредить пользователей и поверителей о возможных проблемах с поверкой термометров в калибраторах. Эти рекомендации должны прикладываться к каждому свидетельству о калибровке. 

Привожу краткое изложение советов комитета:

Комитет «Термометрия» предупреждает, что если калибратор используется для калибровки термометров, то важно учесть все рекомендации, данные в свидетельстве о калибровке калибратора, не обращая внимания на спецификации изготовителя. Оптимальным вариантом по точности является проведение поверки термометров того же типа, что и термометры, которые  использовались при поверке калибратора  (случай редкий).  Если поверяются термометры другого типа, то необходимо обеспечить минимальный зазор между термометром и отверстием в блоке (макс. 0,5 мм для температур до 660 °С, 1 мм до 1300 °С), глубину погружения не менее 15 диаметров корпуса термометра, воспроизвести точно условия калибровки ( засыпку отверстий, изоляцию, температуру внешней среды). Только в этом случае можно пользоваться данными свидетельства о поверке калибратора. Кроме того, для термометров диаметром более 6 мм необходимо дополнительно самому пользователю исследовать влияние теплоотвода по корпусу термометра в окружающую среду и учесть этот фактор при расчете расширенной неопределенности поверки.  

Думаю, что из изложенного понятно, что в том виде, в каком существуют, проходят испытания типа и поверяются калибраторы в России, они мерами температуры называться не могут. 

Иногда по телефону звонят метрологи из промышленных предприятий и спрашивают – почему нельзя в блоке калибратора просверлить отверстия 12 мм и поверять там рабочие термометры диаметром 10 мм и длиной 500 мм? Главный аргумент тот, что калибратор прошел испытания типа, значит, соответствует заявленным характеристикам, а в характеристиках есть диаметры 10 мм. Встречаются случаи, когда для поверки термометров в калибратор ставят металлический стакан и засыпают его речным песком. Много вариантов. 

Я пока не знаю случаев использования калибраторов температуры как эталонных мер температуры второго разряда, и даже третьего разряда. Калибраторы смогут обеспечить уровень эталонов только в очень жестких условиях. Если с легкой руки поверочной схемы такие случаи будут появляться, то нужен единый нормативный документ, не индивидуальные методики, а стандарт, основанный на международном опыте. Калибратор – это очень удобный прибор, но в использовании очень не простой.

 Другие материалы на сайте по данной теме: Выбор сухоблочного термостата

Источники

VIM -Международный метрологический словарь

Документ Еврамет EURAMET/cg-13/v.01 Калибровка температурных твердотельных калибраторов (ранее ЕА-10/13)

Другие статьи раздела

Все статьи раздела "Полемические заметки"

Комментарии:

Кочан Владимир Владимирович, | НИИ Интеллектуальных компьютерных систем Тернопольского национального економического университета

Опыт разработки температурных калибраторов описан в брошуре Саченко А.А., Мильченко В.Ю., Кочан В.В. Измерение температуры датчиками со встроенными калибраторами. - М.: Энергоатомиздат, 1986. - 96 с. Тепловой расчет калибратора показывает, что чувствительный элемент датчика (рабочий конец термопары) должен охватываться поверхностью фазового перехода для исключения влияния внешних тепловых потоков. Тогда калибратор передаст поверяемому датчику действительное значение воспроизводимой температуры. Методика поверки калибраторов изложена в а.с. N 1290101 Способ поверки устройства калибровки термопреобразователей. Мильченко В.Ю, Саченко А.А., Кочан В.В. БИ 6, 1987, с. 146.

Алия, | Центр метрологии ООО "НХА"

Я новичок. И никак не могу разобраться в терминах поверочной схемы. Что такое мера температуры и что к ним относится? ЭТС относится к мере температуры? Что относится к эталонным термометрам? Чем отличается метод прямых измерений от непосредственного сличения?

Моисеева Н.П., | ВНИИМ

Согласно поверочной схеме в качестве мер температуры могут применяться калибраторы температуры и реперные точки МТШ-90. ЭТС - это термометр сопротивления, он сам по себе не может воспроизвести какое-либо значение температуры, поэтому к мерам не относится. Метод прямых измерений это метод калибровки термометров в реперных точках или калибраторах. Непосредственное сличение это когда два термометра, поверяемый и эталонный, погружают в термостат, температуру в термостате определяют по эталонному термометру. В случае возникновения вопросов по терминологии, советую поискать ответы в разделе сайта "справочник/словарь терминов" по ссылке http://temperatures.ru/slovar/slovar_one/48

Добавить комментарий: