blog

Mitä metrologia on ja miten se liittyy jokapäiväisiin mittauksiin?

Hannu Sairanen, tekniikan tohtori, sovellettu termodynamiikka
Teollisuustuotanto ja -prosessit
Teollisuuden mittaukset
Innovaatio ja inspiraatio

Hannu Sairanen, TkT

Sana metrologia tarkoittaa mittaustiedettä, mutta sen takana on paljon muutakin kuin pelkkää tiedettä. Usein mittausten tekijät noudattavat parhaita käytäntöjä edes ajattelematta asiaa. Heille on esimerkiksi selvää, että ulkoilman lämpötilan mittaaminen suorassa auringonvalossa ei anna tarkkaa tulosta.

Metrologi voi toteuttaa kansainvälistä yksikköjärjestelmää (SI-järjestelmää) käytännössä, kalibroida mittalaitteita, arvioida mittausten luotettavuutta määrittämällä mittausepävarmuuden tai tehdä mittausten suorituskyvyn parantamiseen tähtäävää tutkimusta.

Kalibrointien jäljitettävyysketju
Alla olevassa kuvassa esitetään tyypillinen linkki metrologian ja teollisuuden välillä. Kansalliset mittaustekniikan laitokset vastaavat SI-yksikköjen toteutuksesta ja kalibroivat akkreditoitujen laboratorioiden referenssimittalaitteet. Akkreditoidut laboratoriot puolestaan kalibroivat teollisuuden referenssilaitteet, ennen kuin niitä käytetään teollisuuden mittalaitteiden kalibrointiin.

Chain of calibration
 
Tämän kalibrointiketjun pituus vaihtelee, sillä jotkin teollisuudenalat kalibroivat mittalaitteensa suoraan kansallisessa mittaustekniikan laitoksessa, kun taas toisilla voi välissä olla useitakin kalibrointivaiheita. Yleissääntönä voidaan sanoa, että mitä pidempi jäljitettävyysketju on, sitä suurempi on myös mittausepävarmuus. Suuri mittausepävarmuus puolestaan tarkoittaa mittausten heikkoa luotettavuutta ja epätarkkuuksien kasvamista.

Mittausepävarmuus
Monet tekijät vaikuttavat mittausepävarmuuteen eli mitatun arvon luotettavuuteen. Usein ajatellaan virheellisesti, että kalibrointiepätarkkuus on ainoa mittaustarkkuuteen vaikuttava seikka. Läsnä on kuitenkin aina myös muita epävarmuuden lähteitä, ja niiden tunnistaminen on todennäköisesti haastavin tehtävä metrologin työssä. Kun lähteet on tunnistettu, mittauksen kokonaisepävarmuuden laskeminen on puhdasta matematiikka.

Suurin teollisuusprosessien tai olosuhdemittausten (esimerkiksi paineen, lämpötilan, kosteuden tai virtauksen) epävarmuuden lähde liittyy yleensä mittalaitteen asennon aiheuttamiin näytteenottovirheisiin – toisin sanoen mittauksen edustavuuteen. Jos mitattu ympäristö ei vastaa kohdeympäristöä, voi syntyä merkittäviä virheitä. Jos esimerkiksi kaasulinjasta otetaan kaasunäyte, kaasun lämpötila voi nousta tai laskea, jolloin näytteen suhteellinen kosteus poikkeaa kohdelinjan suhteellisesta kosteudesta. Myös lämpötilagradientit sääkaapin sisäpuolella voivat aiheuttaa samanlaisia virheitä.

Mittaustekniikka vs. metrologia
Tarkoittaako parhaan tai monimutkaisimman markkinoilla olevan mittalaitteen ostaminen, ettei metrologiasta tarvitse enää välittää? Vastaus on ehdoton ei. Käytettävästä mittalaitteesta riippumatta mittauksissa esiintyy aina jonkinasteista epävarmuutta, ja parhaimmissakin teknologioissa on heikkouksia, jotka voivat nollata mittausten suorituskyvyn, jos epävarmuutta ei oteta huomioon. Epävarmuuden lähteiden ymmärtäminen on tärkeää, sillä niin voidaan parantaa mittausten luotettavuutta, parantaa mittausarvoja ja todennäköisesti tuottaa pieniä parannuksia myös mittausjärjestelyihin, kuten mittalaitteen asetteluun tai tyyppiin.

Teollisuudessa metrologia antaa käyttöön työkaluja, joiden avulla voidaan ymmärtää ja luonnehtia käytettävää mittalaitetta ja mittauspaikkaa. Esimerkiksi kosteusanturin mukana toimitetaan tyypillisesti kalibrointitodistus, joka ilmoittaa kalibrointikorjaukset vain huonelämpötilassa. Todellisissa mittausympäristöissä tarvittavia korjauksia ei siis ehkä oteta huomioon, ja ilmoitetut arvot voivat olla hyödyttömiä tai jopa harhaanjohtavia. Paineanturit puolestaan ovat riippuvaisia lämpötilasta, ja ilman lämpötilariippuvuutta koskevia todistettuja tietoja määritetty lämpötilakorjaus ei ehkä riitä.

Metrologia Vaisalassa
Vaisala ymmärsi metrologian merkityksen jo kauan sitten. Asiakkaamme luottavat meidän tarjoavan korkealaatuisia mittalaitteita ja mittausteknologioita, jotka perustuvat uusimpaan metrologiseen osaamiseen. ISO 17025 ‑akkreditoitu mittanormaalilaboratoriomme auttaa minimoimaan Vaisalan tuotteiden mittausepävarmuuden ja varmistamaan testauskykyjemme jatkuvan kehityksen. Vaisala tarjoaa SI-jäljitettäviä kalibrointeja, joissa epävarmuuden lähteet on otettu huomioon GUM (Guide to the expression of uncertainty in measurement) ‑periaatteiden mukaisesti. Epävarmuudet otetaan huomioon myös kaikissa Vaisalan toiminnoissa valmistuksesta tutkimukseen ja tuotekehitykseen ja kaikissa tuotteissa yksittäisistä mittalaitteista monimutkaisiin testausasemiin. Ylläpitämällä ja kehittämällä testausympäristöjä sekä tehtaan puolella että T&K-toiminnoissa ja käyttämällä yksityiskohtaisia epävarmuusanalyysejä varmistamme paremmat ja luotettavammat mittaukset nyt ja tulevaisuudessa.

Hannu Sairanen työskentelee Vaisalalla tutkijana erikoisaloinaan kosteusmittaukset ja ‑sovellukset sekä kosteuteen liittyvä metrologia. Hänellä on yli 10 vuoden kokemus kosteuden metrologiasta, kosteusmittauksista ja kosteusriippuvaisista prosesseista, ja hän on julkaissut useita tieteellisiä artikkeleita ja pitänyt aiheesta lukuisia esitelmiä. Hänellä on tekniikan tohtorin tutkinto Aalto-yliopistosta, jossa hän opiskeli pääaineenaan sovellettua termodynamiikkaa.

Miten voit valmistautua tulevaisuuteen?
Lataa Vaisalan e-kirja ja tutustu teollisuus 5.0:aan.

 

 

 

Kirjoita kommentti