Utmanande mäta yttemperatur

Det är svårt att mäta temperatur. Det objekt som ska mätas påverkas både av omgivningen och av termometern som kan värma upp eller kyla av ytan. Det bästa är att sänka ner termometern i det material som ska mätas, men det är inte alltid möjligt.

– Att mäta temperatur på en yta låter enkelt men är förvånansvärt svårt. När man sätter en termometer mot en yta så kyler man samtidigt ytan. Det är svårt att nå riktigt låga mätosäkerheter vid mätningar av yttemperatur. Har man tillgång till att mäta insidan på till exempel ett rör så är det mycket bättre, men ofta är det inte möjligt, säger Patrik Broberg, forskare på RISE som bland annat arbetar med att utveckla kalibreringsmetoder för yttemperaturmätningar.

Stort behov av kvalitetssäkrade mätningar

Trots att det egentligen inte är optimalt att mäta yttemperatur är behovet av noggranna och kvalitetssäkrade mätningar stort inom många branscher, till exempel inom stålindustri, medicin, kärnkraft och transporter. Det finns två huvudsakliga metoder som används i industrin, var och en med sina utmaningar. Det traditionella sättet är att sätta en termometer mot ytan, vilket kräver rätt teknik och dras med problemet att termometern samtidigt kyler ytan. Patrik Broberg arbetar med ett projekt som ska förbättra RISE förmåga att kalibrera utrustning för den här typen av mätningar. Principen för kalibrering är enkel: givaren som ska kalibreras placeras mot en uppvärmd platta med en känd och jämn temperatur på ytan. Termometerns temperatur jämförs sedan med ytans temperatur. Vid riksmätplatsen för temperatur på RISE finns i dag en yttemperaturkalibrator som används flitigt för kalibreringar från rumstemperatur upp till 600 grader.

– Men det kommer in en del förfrågningar om kalibrering vid högre temperaturer än så. Med den nya utrustningen vi utvecklar kommer vi både kunna öka temperaturen och halvera mätosäkerheten, vilket också efterfrågas av industrin, säger Patrik Broberg.

Pyrometrar känsliga för materialet

Den andra metoden är att använda en pyrometer, som fungerar på samma sätt som en värmekamera men mäter bara i en punkt. Alla material strålar och genom att mäta intensiteten på strålningen kan man avgöra vilken temperatur materialet har. Pyrometrar är smidiga och ofta bra, men är väldigt känsliga för vilken typ av yta man vill mäta. Metaller och andra ytor som reflekterar mycket ljus är svåra att mäta med en pyrometer.

– Om man försöker mäta temperaturen med en pyrometer på en blank metallyta är det ungefär samma sak som att med blotta ögat försöka se vilken färg en spegel egentligen har. Eftersom en spegel reflekterar 95 procent av ljuset är det inte möjligt. På samma sätt fungerar det med pyrometrar och många metaller, till exempel aluminium. Det finns metoder som kan minska problemet, till exempel genom att måla ytor med en färg som inte reflekterar lika mycket, men det är inte alltid möjligt. Pyrometrar är också känsliga för vilken vinkel du använder när du mäter. Att försöka mäta ett rör med en pyrometer kan vara svårt på grund av vinkeln, säger Patrik Broberg.

Patrik Broberg forskar också kring pyrometrar, till exempel för att ta fram metoder för att verifiera att pyrometrar mäter med den hastighet de utlovar. Vissa nya pyrometrar kan mäta 100 000 gånger i sekunden, men det saknas metoder för att verifiera att mätningarna som sker 100 000 gånger i sekunden faktiskt stämmer.

Men vilken av de båda metoderna för mätning av yttemperatur är egentligen bäst?

– Det beror helt på förutsättningarna. Vilket instrument har du tillgång till? Vilket material? Är det en blank metallyta med god värmeledning så är kontaktmetoden bäst, är det sämre värmeledning och en yta med hög emissivitet, som strålar mycket, så kanske en pyrometer är bäst. Likaså om det är svårt att komma åt eller för varmt. Men det viktigaste vid alla mätningar är att du har tillräcklig kompetens att utföra mätningen, säger Patrik Broberg.