A dimenzionális metrológia alapvető kérdése, hogy milyen pontosságú és stabilitású frekvenciákat használhatunk a hosszúság mérések alapjául, valamint hogyan kezeljük a hőmérséklet hatását a mérési eredményekre. A frekvenciamérések terén az egyik leggyakrabban alkalmazott eszköz az jódtartalmú He-Ne lézer, amely precíziós elsődleges standardként szolgál. A lézer hullámhossza (λ ≈ 633 nm) és frekvenciája nagyon stabil, a harmadik harmonikus detektálási módszer segítségével a frekvencia értéke 473 612 353 604 kHz körül mozog, miközben a relatív standard bizonytalanság mindössze 2,1×10⁻¹¹. A lézer stabilizálása a jódban található abszorpciós diphez egy modulációs piezoelektromos transzducer (PZT) segítségével történik, amely a lézercsatorna tükrét modulálja, így biztosítva a frekvencia precíz visszacsatolását.

Ezzel szemben a spektrális lámpák, mint például az 114Cd alapú spektrumlámpa, valamivel nagyobb bizonytalansággal, de még mindig megbízható hullámhosszal szolgálnak: 644,0248 nm ± 2×10⁻⁸. Ezeket a lámpákat gyakran alkalmazzák gage-block interferométerek kalibrálásához vagy spektroszkópiai mérésekhez. Az unstabilizált He-Ne lézerek esetében a hullámhossz bizonytalansága nagyságrenddel nagyobb (relatív bizonytalanság ≈ 1,5×10⁻⁶), így ezek az eszközök kevésbé alkalmasak precíziós kalibrálásra, de megfelelőek lehetnek olyan műszerekben, ahol nem szükséges extrém pontosság, mint például Fizeau interferométerek.

Az interferometria pontosságát több tényező korlátozza. Az egyik a hullámhossz meghatározásának pontossága, a másik pedig az interferencia fringenkénti számlálás és az interpolációs technikák pontossága. A légköri körülmények hatása, különösen a levegő törésmutató változása, szintén meghatározó szerepű, ezért a levegő fizikai tulajdonságainak kompenzálása kulcsfontosságú a pontos mérésekhez.

A nanometrológiai dimenziók vizsgálatánál az interferometria korlátai miatt a Si atomrács távolságára való hivatkozás sokszor praktikusabb. A szilícium {220} rácssík távolsága (d_220 = 192,0155714 pm) egy másodlagos mérési standardként szolgál, melyet röntgen interferométerrel vagy TEM kalibrációval lehet realizálni. Ezzel a módszerrel például 10 μm-es elmozdulás esetén akár 10 pm pontosság is elérhető, továbbá nanostruktúrák szélességének mérésénél 1 nm alatti bizonytalanság is lehetséges. Monoatomos lépcsős magasságmérő minták esetében pedig az UHV körülmények között mért pontosság elérheti az 5 pm-et, ami kiemelkedően magas precizitást jelent.

A hőmérséklet kulcsfontosságú paraméter a dimenzionális mérések során, mivel az anyagok hosszmérete hőmérsékletfüggő. Ezért egy egységes referencia-hőmérsékletet kell definiálni: a nemzetközi szabványok szerint a 20 °C az a hőmérséklet, amelyen a geometriai méreteket kell értelmezni és összehasonlítani. Ha a mérés ettől eltérő hőmérsékleten történik, akkor a mért hosszúságra korrekciót kell alkalmazni, figyelembe véve az anyag hőtágulási együtthatóját (CTE, α). A lineáris hőtágulási együttható az adott anyag tulajdonságait tükrözi, és a méretváltozást a hőmérsékletváltozás és az anyag eredeti mérete alapján lehet meghatározni. Általánosan használt megközelítés a lineáris közelítés, amely szerint a hosszúság változása arányos a hőmérsékletkülönbséggel és az α értékével, ami elegendő pontosságot biztosít a legtöbb ipari és kutatási alkalmazáshoz.

Az α értékét jellemzően 0,5×10⁻⁶/K bizonytalansággal veszik figyelembe, ha nincs explicit adat. Például az acél α ≈ 10⁻⁵/K értékkel bír, vagyis egy méter hosszú acél tárgy kb. 10 µm-rel tágul meg 1 °C hőmérséklet-emelkedés esetén. Nagy pontosságú méréseknél és jelentősebb hőmérséklet eltéréseknél az egyszerű lineáris megközelítés helyett másodrendű hőtágulási tagokat is figyelembe kell venni, mivel ezek hatása már nem elhanyagolható.

Fontos, hogy a mérések során használt hőmérséklet értéke az ITS-90 nemzetközi hőmérsékleti skálán alapul, amely gyakorlati megoldásként a méréstechnikai igényeket szolgálja, és minimális eltérésekkel közelíti a termodinamikai hőmérsékletet. Ez a megközelítés biztosítja, hogy a különböző laboratóriumok és ipari környezetek egységesen kezeljék a hőmérsékletet, és a mérési eredmények összehasonlíthatók legyenek.

A hőmérsékleti korrekciók és frekvenciamérések alapos ismerete nélkülözhetetl

Hogyan kezeljük a mérési bizonytalanságot és az eredmények összehasonlítását a kalibrációban?

A mérési eredmények értékelése során nem elegendő csupán az, hogy a mért érték az előírt határértékek között legyen, hanem figyelembe kell venni a mérési bizonytalanságot is. Egyes szabványok és jogszabályok bináris döntést alkalmaznak, vagyis az eredményt megfelelőség vagy nem megfelelőség szerint minősítik anélkül, hogy a mérési bizonytalanságot beépítenék a döntési folyamatba. Ennek ellenére szokásos követelmény, hogy a mérési bizonytalanság kisebb legyen például az elfogadható tűrési intervallum egyötödénél, ezt hívják a 20%-os szabálynak. Az ilyen megközelítés egyfajta korlátot szab a bizonytalanság mértékének, hogy a döntés megbízható legyen.

A mérési eredmények értékelésénél előfordulhat, hogy különböző bizonytalansági tényezőket veszünk figyelembe, például különböző lefedettségi tényezőket (k=2 vagy akár k=3), illetve eltérő, akár aszimmetrikus valószínűségi eloszlásokat feltételezünk. Ezekről bővebb információ található az ISO 14253-1:2018 szabványban és az ILAC Guide G8 dokumentumban.

Egy konkrét példán keresztül: egy menet mérési eredménye d=16,4511 mm, a standard bizonytalanság u(d)=3,2 µm, és lefedettségi tényezővel k=1,6 az érték bizonytalansági intervalluma ±0,0051 mm. Az ISO 1502:1996 alapján a tűrési határok LSL=16,376 mm és USL=16,581 mm, így az intervallum teljes egészében beleesik a tűrési határok közé, vagyis kijelenthető, hogy a menetátmérő megfelel a szabványban előírt tűrésnek.

Két mérési eredmény összehasonlítása esetén, amelyek mindkettőhöz bizonytalanság társul, a normalizált hibát (E) használjuk, amely az eredmények különbségét viszonyítja az összesített bizonytalansághoz. Általában akkor tekintjük az eredményeket egymással összhangban lévőnek, ha E < 1. Ha E > 1, akkor az eredmények közötti eltérés statisztikailag jelentős, ami arra utalhat, hogy valamelyik mérésnél a bizonytalanság alulbecsült, vagy mérési hiba történt.

Több laboratórium közötti összehasonlításnál (proficiency testing) gyakran kijelölnek egy referencia laboratóriumot, amely általában a Nemzeti Mérésügyi Intézet (NMI) vagy egy jelentősen alacsonyabb bizonytalanságú labor. Az egyes laboratóriumok eredményeit az E érték alapján hasonlítják össze a referenciaértékkel. Amennyiben nincs egyértelmű referencia, a résztvevők egymás közötti összehasonlítására is lehetőség nyílik, például az E értékek mátrixának elkészítésével. Ha egy laboratórium eredményei között rendszeresen magas E értékek szerepelnek, az arra utal, hogy a mérési módszer vagy a bizonytalanság becslése nem megfelelő.

Az összehasonlításoknál a súlyozott átlag (weighed mean) használata is elterjedt, ahol az egyes mérési eredményeket a hozzájuk tartozó bizonytalanságok négyzetének reciprokával súlyozzuk. Így egy olyan közös referenciaértéket kapunk, amelyhez viszonyítva az egyedi eredmények E értékét kiszámíthatjuk. Ha egy mérés E ért

Miért fontos a laboratóriumi akkreditáció és a szabványosítás a méréstechnikai folyamatban?

Egy országon belül a laboratóriumok meghatározott mérések vagy kalibrálások végzésére akkreditálhatók, amelyek hivatalosan nyomon követhetőnek tekinthetők, és referenciaként szolgálhatnak további mérésekhez vagy összehasonlításokhoz. Az ilyen akkreditációkat nemzeti intézmények adják ki, például az Egyesült Királyságban a UKAS, vagy Ausztráliában a NATA. Regionális szinten például az European Accreditation (EA) és az Asian Pacific Accreditation Cooperation (APAC) működik. Ezek a szervezetek világszinten együttműködnek az ILAC, azaz az International Laboratory Accreditation Organization keretein belül.

Egy laboratórium számára az akkreditáció megszerzése technikai és szervezeti feltételek teljesítését követeli meg. Technikai oldalról elengedhetetlen a szakértelem, a mérések helyes végrehajtása és jelentése, valamint a mérési bizonytalanság megfelelő kiértékelése és a nyomon követhetőség biztosítása. Szervezeti szempontból követelmény a nyers mérési adatok regisztrálása és archiválása, a személyzet kompetenciája, valamint a panaszkezelési eljárások megléte. Az ellenőrzés részeként kölcsönös elismerés rendszere és helyszíni auditok is érvényesülnek. A kalibráló és vizsgáló laboratóriumokat az ISO 17025:2017 szabvány alapján értékelik.

A szabványosítási szervezetek nem összetévesztendők a nemzeti metrológiai intézetekkel. Ezek dokumentum alapú szabványokat hoznak létre, amelyek az iparágak vagy országok által elfogadott gyakorlatokat rögzítik. Bár ezek a szabványok általában nem jogilag kötelező érvényűek, a törvények gyakran hivatkoznak rájuk, és alkalmazásuk jó gyakorlatnak számít. Ilyen például az ISO 3650:19

Hogyan befolyásolja a vallási identitás a politikai viselkedést a 2016-os amerikai elnökválasztáson?
Milyen típusú adatbázisokat érdemes választani a modern alkalmazásokhoz?
Hogyan alakulnak ki és hogyan használhatók fel a természetes gázhidrátok?