Svårt att mäta fort och rätt

Fredrik Arrhén är senior forskare på RISE och har arbetat med frågor om dynamiska mätningar sedan början av 2000-talet, först med fokus på tryck och numera även med dynamiska mätningar av kraft och moment. 

– Vi arbetar med att undersöka hur sensorer och mätinstrument hänger med vid snabba förändringar. Vi kan läsa av ett mätvärde på mätinstrumentet, men om trycket eller kraften ändras väldigt snabbt så vet vi inte hur väl det värdet speglar verkligheten. Om vi använder mätvärdet för att styra en produktionsprocess är det väldigt viktigt att det faktiskt stämmer, säger Fredrik Arrhén.

Referenser den stora utmaningen

För att kunna veta hur väl ett mätinstrument speglar verkligheten är det första steget att vara säker på vilken förändring som faktiskt har skett, hur verkligheten ser ut. Exakt hur högt var trycket vid varje given tidpunkt under förloppet?

– Den stora utmaningen med dynamiska mätningar inom alla mättekniska områden är att ta fram referenser med väldigt låg mätosäkerhet, alltså att ta fram något som man känner till väldigt väl som man kan mäta med mätinstrumentet, säger Fredrik Arrhén. 

Man kan jämföra det med att mäta längd. För att få en uppfattning om hur långt det du ska mäta är behöver du något att jämföra med, en linjal. Linjalen är då din referens. Men för att veta att linjalen faktiskt är så lång som den utger sig för att vara behöver det finnas en referens som är ännu noggrannare än linjalen. Och så vidare. En av huvuduppgifterna för RISE som Nationellt Metrologiskt Institut är att upprätthålla spårbarhet för ett antal fysikaliska storheter. Spårbarhet innebär att mätresultat ska kunna spåras tillbaka till definitionen av enheten, genom kedjor av kalibreringar (jämförelser) mot referenser med angivna mätosäkerheter. Ett mätvärde utan spårbarhet är inte pålitligt.

– För dynamiska mätningar finns inte den här spårbarheten i dag. Vi saknar den grundbulten för kvalitetssäkrade mätningar. I princip alla kalibreringar sker under statiska förhållanden. Man ställer in ett visst tryck, väntar tills det stabiliserat sig och läser då av mätinstrumentet och ser hur det skiljer sig mot referensen, säger Fredrik Arrhén och fortsätter:

– Men vi vet att mätinstrument ofta inte beter sig så som det utlovas i datablad och manualer vid snabba förändringar och förlopp. Det tar längre tid än utlovat för mätinstrumenten att reagera på förändringarna och ofta pendlar mätvärden både upp och ner under förloppet. För industrin kan det handla om stora ekonomiska konsekvenser om inte instrumenten ger rätt underlag för beslut.

Utvecklar spårbarhet

För att utveckla spårbarheten vid dynamiska mätningar och öka kunskapen om hur mätinstrument beter sig vid snabba förändringar driver RISE flera projekt, inom exempelvis tryck, kraft, moment och temperatur.

– Ett exempel är utvecklingen av ett så kallat stötrör, som vi hoppas ska bli internationellt accepterat som en referens inom dynamiskt tryck. Det är ett rör där vi genererar en tryckvåg vars tryck vi känner till med väldigt låg osäkerhet. Sedan kopplar vi på ett mätinstrument och får då en bra bild över hur mätinstrumentet beter sig i förhållande till tryckvågen. Vi satsar också stort på att utveckla vårt samarbete med industri och näringsliv så att vi kan bygga kunskap och utveckla utifrån deras faktiska behov, säger Fredrik Arrhén.