การสอบเทียบอุณหภูมิ

หลักการเบื้องต้น Digital Thermometer เป็นเทอร์โมมิเตอร์ที่อ่านค่าเป็นตัวเลขดิจิตอล หลักการเบื้องต้นของ Digital Thermometer หัววัดอุณหภูมิ temperature Sensor ตัวอ่าน Read out

การสอบเทียบ Digital Thermometer การสอบเทียบDigital Thermometer สามารถแบ่งได้เป็น 2 แบบ คือ Direct Comparison และ Indirect Comparison Direct Comparison Indirect Comparison คือการสอบเทียบแบบแยกส่วนระหว่างหัววัดอุณหภูมิ (Temperature sensor) กับภาคแสดงผล (Read Out ) คือการสอบเทียบร่วมกันระหว่างหัววัดอุณหภูมิ (Temperature sensor) และภาคแสดงผล (Read Out )

ข้อดีและข้อเสียของการสอบเทียบแต่ละแบบ “Direct” Comparison ข้อดี ข้อเสีย มีความถูกต้องสูง มีค่าใช้จ่ายในการสอบเทียบสูง ให้ค่า Uncertainty ต่ำ ใช้วิธีการสอบเทียบที่ซับซ้อน การคำนวณผลการสอบเทียบยุ่งยาก

ข้อดีและข้อเสียของการสอบเทียบแต่ละแบบ “Indirect” Comparison ข้อดี ข้อเสีย ใช้งานง่าย ให้ค่า Uncertainty สูง ค่าใช้จ่ายในการสอบเทียบไม่สูง มีค่า Error จากการสอบเทียบ การใช้งานไม่ยุ่งยาก การคำนวณผลได้ง่าย

อุปกรณ์ที่ใช้ในการสอบเทียบอุณหภูมิ Indirect Comparison Standard Thermometer (STD) การเลือกใช้ STD ต้องมีค่า Accuracy ดีกว่า UUC อย่างน้อย 3 เท่า Source ( Liquid Bath) Unit under calibration (UUC)

การสอบเทียบ Digital thermometer ขั้นตอนการสอบเทียบ ตรวจสอบสภาพของเครื่องที่จะมาสอบเทียบ ตรวจสอบหัววัด (Probe)ว่าเป็นแบบใด TC Probe RTD Probe Thermistor เปิดเครื่องที่ต้องการสอบเทียบก่อนการสอบเทียบ ไม่น้อยกว่า 2 ชั่วโมง หรือตามคู่มือการใช้งานของเครื่อง กำหนด

การสอบเทียบ Digital thermometer ขั้นตอนการสอบเทียบ ติดตั้ง UUC และ STD ลงในแหล่งกำเนิดอุณหภูมิ 3.1 ระยะจุ่มของหัววัด (Probe) อยู่ในระดับใกล้เคียงกันและต้องไม่ น้อยกว่า 10 เท่าของเส้นผ่าศูนย์กลางของ Probe 3.2 การติดตั้งหัววัด probe ต้องอยู่ชิดกันให้มากที่สุด

การสอบเทียบ Digital thermometer ขั้นตอนการสอบเทียบ สอบเทียบเครื่องมือจากอุณหภูมิต่ำไป อุณหภูมิสูง แล้วกลับมาทำอุณหภูมิ ที่จุดเริ่มต้นอีกครั้ง เช่น 0 , 10 , 20 , 30 , 0 รออุณหภูมิภายในแหล่งกำเนิดมีความเสถียร บันทึกค่าอุณหภูมิที่อ่านจาก STD และ UUC จำนวนครั้งในการบันทึกผลขึ้นอยู่กับระบบและความถูกต้องของ UUC แต่ต้องไม่น้อยกว่า 3 ครั้ง การบันทึกผล STD UUC 1 30.009 30.00 2 30.003 30.00 3 30.001 30.00 30.004 30.00

แหล่งที่มาของความไม่แน่นอน Repeatability of STD (◦C) Calibration of standard thermometer (◦C) Resolution of STD Drift of standard thermometer Repeatability of UUC (◦C) Resolution of UUC Short term stability Uniformity of bath Stability of bath

1. การประเมินค่าความไม่แน่นอนจากการทวนซ้ำ Repeatability of STD(Type A) 1.1 หาค่าเฉลี่ยของผลการวัด 𝐓 = (T1 +T2+ …..Tn )/ n 𝑻 = (30.009+30.003+30.001)/3 𝑻 = 30.0043 1.2 หา Standard Deviation SD𝒙=(1/(n-1))*((T1- 𝑻 )2+(T2- 𝑻 )2+……(Tn- 𝑻 )2) =  ((30.009-30.0043)2+(30.003-30.0043)2+(30.001-30.0043)2)/(3-1)) SD𝒙 = 0.00416 1.3 uTstd(Type A) = 𝐒𝐃𝒙/n แต่ในที่นี้ให้ n = 1 uTstd(Type A) = 0.00416

Standard Temperature (°C) ตัวอย่างใบ รับรอลผลการสอบเทียบ Digital Thermometer MEASUREMENT RESULTS Standard Temperature (°C) UUC Temperature (°C) Uncertainty (±°C) -20.0074 -20.045 0.031 0.0020 -0.033 0.024 30.0012 29.97 0.027 60.0543 60.02 0.023 100.0912 100.047 120.1010 120.055 UNCERTAINTY OF MEASUREMENT The reported expanded uncertainty of measurement is stated as the standard uncertainty of measurement multiplied by the coverage factor k such that the coverage probability corresponds to approximately 95%.

2. การประเมินค่าความไม่แน่นอนที่ได้จากการสอบเทียบ UTstd UTstd = 0.027/2 = 0.0135 ◦C Degree of freedom = ∞

3. ค่าความไม่แน่นอนที่เกิดจากการเลื่อนค่าของ เทอร์โมมิเตอร์มาตรฐาน Udriftstd (Drift) ตัวอย่างเช่นจากใบรับรองผลการสอบเทียบของเทอร์โมมิเตอร์มาตรฐานพบว่าค่าที่ได้จากการสอบเทียบจากสองครั้งล่าสุด การเลื่อนค่าของเทอร์โมมิเตอร์มาตรฐานมีค่าเท่ากับ 0.001 ◦C ความไม่แน่นอนเนื่องจากการเลื่อนค่าของเทอร์โมมิเตอร์มาตรฐานในการสอบเทียบครั้งนี้คือ 0.001/3 = 0.00058 ◦C Udriftstd = 0.00058 ◦C Degree of freedom = ∞

4. ค่าความไม่แน่นอนที่เกิดจากความละเอียดของ เทอร์โมมิเตอร์ Uresstd (resolution) Uresstd = (0.001/2 )/3 = 0.0003 ◦C Degree of freedom = ∞

5. ค่าความไม่แน่นอนที่เกิดจากความละเอียดของ เทอร์โมมิเตอร์ที่สอบเทียบ UResuuc (resolution) Uresuuc = (0.01/2 )/3 = 0.003 ◦C Degree of freedom = ∞

6. ค่าความไม่แน่นอนที่เกิดจากShort term stability ของเทอร์โมมิเตอร์ที่สอบเทียบ Ushortuuc ที่ทำการสอบเทียบ ลังจากเสร็จสิ้นการสอบเทียบทุกๆ อุณหภูมิ พบว่า ค่าแก้ ณ อุณหภูมิ 0 ºC มีความความแตกต่างกันจากการสอบเทียบ ทั้งสองครั้งอยู่ 0.0092 ºC ดังนั้นค่าความไม่แน่นอนเนื่องจาก Short term stability ของเทอร์โมมิเตอร์ที่สอบเทียบ จะมีค่าเท่ากับ

Degree of freedom = ∞

7. ค่าความไม่แน่นอนที่เกิดจากความไม่เสถียรของแหล่ง กำเนิดอุณหภูมิ (Instability) Usta source ตัวอย่างใบ certification source MEASUREMENT RESULTS Set Point UUC Reading STD Reading Uniformity Stability Uncertainty °C 0.06 0.037 0.04 0.02 50 49.90 0.024 100 99.77 0.047 Note. UUC = Unit Under Calibration

จะหาได้โดยนำค่า Instability 0.04 ºC มาใช้ จะได้ Degree of freedom = ∞

8. ค่าความไม่แน่นอนที่เกิดจากความไม่สม่ำเสมอของแหล่ง กำเนิดอุณหภูมิ (Uniformity) Uuni source จะหาได้โดยนำค่า Uniformity 0.037 ºC มาใช้ จะได้ Degree of freedom = ∞

ตาราง Uncertainty Budget Table Symbol ( uI )   Type Source of uncertainty Uncertainty value ( + ) Probability distribution Divi son Sensitivity coefficient ( CI ) Standard uncertainty + ( oC ) Degrees of freedom A Repeatability of Std 0.00416 normal 1.0 0.0041 2 Repeatability of Uuc 0.00 B Calibration of standard Thermometer 0.02000 2.0 0.01  Drift of standard 0.001 rectangular 0.0006 Resolution of standard 0.001/2 0.0003 Resolution of uuc 0.01/2 0.0028 Short Term Stability oC 0.0092 0.0053 Uniformity of liquid bath oC 0.037 0.021 Stability of source oC 0.04 0.023 Inhomogeneity of Thermocouple oC  0.0 Internal Reference Junction Effect  uc U ( k= 2 ) 0.034 0.068 >200 2.00

9. รวมค่าความไม่แน่นอน(Uncertainty budget) ในการสอบเทียบ Uc = ((0.0014)^2+(0.01)^2+(0.0006)^2+(0.0003)^2 +(0.0028)^2+(0.0053)^2+(0.0021)^2+(0.0023)^2) Uc = 0.0335

หาค่าความเป็นอิสระประสิทธิผล (Effective Degree of Freedom) ไปเทียบจากตาราง Student’s “t” distributionเพื่อหาค่า ตัวประกอบครอบคลุม (Coverage factor, k) ที่ระดับความเชื่อมั่น ที่ต้องการ Veff = (0.034)4 /((0.0041)4/2) . Veff = 9458.23

สวัสดีปีใหม่ 2558 มานิตย์พูลทรัพย์ โทร 089-214-9316 Manit-2553@hotmail.com