Introduktion til målinger
Indledning
Målinger har altid haft en central rolle i vores samfund og er en fast del af vores dagligdag. Forestil dig en hverdag uden målinger. Du vil ikke kunne planlægge din dag uden et ur. Broer vil styrte sammen, da de er bygget upræcist. Fly vil styrte ned, fordi de ikke ved hvornår brændstoftanken er tom. Læger vil ikke kunne fastslå sygdomme ud fra en blodprøve.
Helt tilbage til det gamle Egypten har betydningen af målinger været kendt. Bygningen af de store pyramider var ikke mulig uden at sikre at alle målte ens. Egypterne anvendte Faraos arm som reference for alle deres målinger. Hver bygherre havde en træstok med præcis denne længde. Ved fuldmåne skulle deres træstokke kontrolmåles, og havde den en forkert længde fik bygherren hugget hænderne af.
Læren om målinger og målemetoder hedder metrologi. Det kommer af det græske ord metros, der betyder at måle.
Målinger og referencer
Målinger har til formål at bestemme en målestørrelse, f.eks. længde, spænding eller temperatur. Resultatet består altid af en værdi og en enhed, og forudsætter en reference. Højden i en klasse kan eksempelvis bestemmes enten ved at sammenligne eleverne direkte eller ved at bruge et målebånd som fælles reference. For at kunne sammenligne målinger på tværs af steder kræves en international reference, som meteren. Når en måling kan føres tilbage til en grundenhed, taler man om sporbarhed.
Kvaliteten af en måling vurderes ud fra præcision og nøjagtighed. Præcision beskriver, hvor ens gentagne målinger er, mens nøjagtighed angiver, hvor tæt de ligger på den sande værdi. På en skydeskive kan skuddene være præcise uden at ramme midten, nøjagtige men spredte, eller både præcise og nøjagtige. Præcision og nøjagtighed illustreres med skydeskiven til venstre: (A) præcis, men unøjagtig; (B) upræcis, men nøjagtig; (C) både præcis og nøjagtig.
I praksis er præcision og nøjagtighed afgørende for, at produkter kan passe sammen. Legoklodser er et enkelt eksempel: knopper og huller skal stemme, ellers mister klodsen sin funktion. I industrien er det samme tilfældet, f.eks. når pakninger i en motor skal forhindre lækager.
Meget præcise målinger er ofte dyre. Derfor anvendes tolerancer, der fastsætter, hvor meget mål kan afvige uden at funktionen går tabt. På den måde opnås balance mellem kvalitet, tid og omkostninger.
Måleenheder
Resultatet af en måling angives som en talværdi med en måleenhed, fx 230 V for en stikkontakt. Uden enhed giver resultatet ingen mening. Historisk fandtes mange måleenheder, over 100.000 i Frankrig alene. For at sikre sammenlignelighed indførtes SI-systemet med syv grundenheder, som kan kombineres til afledte enheder, fx meter pr. sekund. Selvom SI er standard, bruges stadig Celsius, Fahrenheit, knob og sømil i særlige sammenhænge. Kendskab til enheder er vigtigt for korrekt udveksling af målinger globalt.
Referencer
En måling kan ikke foretages uden en reference, som sikrer, at resultater kan sammenlignes på tværs af tid, udstyr og steder. En reference kan være en tommestok, en pH-buffer eller et masselod. Uden fælles reference kan målinger af samme emne give forskellige resultater, som når en bordplade ikke passer, fordi to tommestokke måler forskelligt. Derfor anvendes internationalt accepterede enheder og princippet om sporbarhed. Referencer af høj kvalitet kaldes normaler. De realiserer en målestørrelse præcist og bruges til kalibrering og kvalitetskontrol i industrien, hvor akkrediterede laboratorier sikrer pålidelige og sammenlignelige målinger.
Sporbarhed og primærnormaler
Sporbarhed sikrer, at en reference måler korrekt ved at dokumentere, at en måling gennem en ubrudt kæde af sammenligninger kan føres tilbage til en primærnormal. Dette gør målinger pålidelige og sammenlignelige, selvom usikkerhed altid er tilknyttet. I praksis sammenlignes målinger ikke direkte med primærnormalen, men indirekte gennem sporbarhedskæden. Kæden starter med SI-enheder defineret af BIPM og realiseres af nationale metrologiinstitutter som DFM i Danmark, videre til referencenormaler, arbejdsnormaler og industrielt måleudstyr.
Primærnormaler er de mest præcise referencer, som etablerer grundenhederne, fx meter eller kilogram. De anvendes til at kalibrere referencenormaler og sikrer, at målinger kan relateres til internationale standarder. Selvom primærnormaler sjældent bruges direkte i industrien, er de fundamentet for hele sporbarhedskæden. Arbejdsnormaler anvendes dagligt, men giver større usikkerhed end referencenormaler. Akkrediterede laboratorier udsteder certifikater med måleresultater og tilhørende usikkerhed. Jo længere ned i sporbarhedskæden, desto større bliver usikkerheden, fordi hver sammenligning tilføjer variation. Ved korrekt håndtering af normaler sikres målingernes nøjagtighed, og sporbarhed dokumenterer, at målinger kan relateres til internationale standarder uden direkte kontakt med primærnormalerne.
Kalibreringer
Kalibrering er processen, hvor et måleudstyr, målesystem eller en reference kontrolleres for præcision og nøjagtighed ved sammenligning med en reference. Formålet er at bestemme måleusikkerhed, sikre troværdige målinger, dokumentere korrekt funktion og skabe sporbarhed til en primærnormal. Udstyr kan ændre sig over tid (drift), derfor skal kalibrering gentages regelmæssigt. Kalibreringsintervallet fastsættes af den instrumentansvarlige og afhænger af udstyrstype og stabilitet; fx kalibreres en temperaturprobe hyppigere end en flowmåler eller normal. Stamkort dokumenterer kalibreringsintervaller, placering, ansvar og historik. Ældre normaler med kendt driftshistorik er værdifulde, og arbejdsnormaler bruges ofte for at beskytte referencenormaler. Resultatet af kalibrering kan udtrykkes som tabeller, diagrammer, kalibreringsfaktorer eller skalaer, hvilket gør det muligt at korrigere målinger og sikre, at udstyret leverer pålidelige og sammenlignelige resultater.
På figuren til venstre ses ændringen af masse af et lod over en årrække. Fra 1995 til 2003 bliver loddet kalibreret hvert år. Her ses det at afvigelsen fra den nominelle værdi stiger med 1 µg/år. Det bliver derfor besluttet kun at kalibrere loddet hvert andet år. I 2013 viser kalibreringen dog at loddet har taget mere på i vægt end forventet. Derfor sættes kalibreringsintervallet ned til 1 år igen.
Måleusikkerhed
Måleusikkerhed opstår, fordi målinger aldrig kan foretages under ideelle forhold, og forskellige faktorer som målemiljø, udstyr og metode påvirker resultatet. Derfor angives målinger altid med talværdi, enhed og måleusikkerhed, fx L = 12,01 cm, U(L) = 0,05 cm, hvilket angiver intervallet, hvor den sande værdi sandsynligvis ligger. Usikkerhed udtrykkes ofte med 68 % eller 95 % konfidensniveau, men højere niveauer kan anvendes efter behov.
Den internationale vejledning GUM anbefaler at opdele usikkerheder i type A og type B. Type A estimeres statistisk, fx ved gentagne målinger og beregning af standardafvigelsen. Type B vurderes ud fra erfaring, kalibreringshistorik eller producentdata, fx termisk udvidelse eller ikke-linearitet.
Eksempelvis kan en stålmåleklods kalibreret ved 20 °C ændre længde ved 30 °C på grund af termisk udvidelse, hvilket bidrager til måleusikkerheden. For at opnå pålidelige målinger skal alle kilder til usikkerhed overvejes, og resultater dokumenteres korrekt. Ved korrekt håndtering sikres, at målinger er sammenlignelige, sporbare og kan vurderes objektivt.
Figuren til højre viser en grafisk angivelse af en måling (blå cirkel) med en usikkerhed. Den blå linje angiver det interval hvor den sande værdi ligger indenfor
Læs mere her
SI enhederne
Læs mere om naturkonstanter, SI-enhederne og deres definitioner samt afledte enheder.
Specifikke målemetoder
Dyk ned i specifikke målemetoder indenfor
- geometri
- masse
- temperatur
- og meget mere.
DFMs ydelser
Læs mere om vores ydelser indenfor
- målinger og kalibreringer
- konsulentarbejde
- projektsamarbejde og forskning
- kurser
- og meget mere.