برای بررسی صحت عملکرد تجهیزات، کالیبراسیون چه میکند؟ همه افراد در مورد ابزارهای خود جدی هستید. برندهای برتر را جهت استفاده انتخاب می‌کنند و انتظار نتایج دقیق دارند. در ابتدا لازم است تعریف دقیق کالیبراسیون، هدف کالیبراسیون و علت کالیبراسیون را بدانیم تا بتوانیم تصمیمات صحیحی در مورد کالیبراسیون داشته باشیم.
کالیبراسیون چیست؟
واسنجی یا کالیبراسیون – Calibration عبارت است از مقایسه یک دستگاه اندازهگیری با یک استاندارد و تعیین میزان خطاهای این وسیله نسبت به آن و در صورت لزوم تنظیم دستگاه در مقایسه با استانداردهای مربوطه آن. به زبان ساده کالیبراسیون و صحت وسیله اندازهگیری در مطابقت با مرجع تایید شده می‌باشد. کالیبراسیون اجازه میدهد که میزان تصحیح لازم را نسبت به نشاندهی تعیین کنیم.
با کالیبراسیون ممکن است خواص اندازه شناختی دیگری نظیر اثر کمیت های تاثیرگذار نیز تعیین شود. در واقع کالیبراسیون ویژگی‌های کارآمدی دستگاه یا مواد مرجع را به‌وسیله انجام مقایسات مستقیم مشخص میکند. هر وسیله‌ای که برای اندازهگیری به کار می‌رود و در روشهای اجرایی به استفاده از آن اشاره شده است، نیاز به تعیین صحت و دقت یا کالیبراسیون دارد.
تعریف کالیبراسیون
تعاریف متعددی برای کالیبراسیون ارائه شده است:
- مقایسه ابزار دقیق با یک مرجع استاندارد آزمایشگاهی در شرایط استاندارد، جهت اطمینان از دقت و سلامت آن و تعیین میزان خطای این وسیله نسبت به آن استاندارد وتنظیم آن در مقایسه با استاندارد.
تعریف دیگری که میتوان ارائه داد این است که :
- کالیبراسیون مقایسه دو سیستم یا وسیله اندازهگیری است(یکی باعدم قطعیت معلوم ودیگری با عدم قطعیت نامعلوم) به منظورمحاسبه عدم قطعیت وسیله ای که عدم قطعیت آن نامعلوم است.
- مجموعه ای ازعملیات که تحت شرایط مشخصی برقرار میشود و رابطه ی بین مقادیر نشان داده شده توسط وسیله اندازهگیری و مقادیر متناظر آن کمیت توسط استاندارد مرجع را مشخص مینماید.
هدف از کالیبراسیون
معمولا کالیبراسیون اولیه دستگاه آزمون و اندازهگیری (TME) در مرحله ساخت و تولید آن انجام می‌گیرد که میتواند شامل این مراحل باشد: درجه بندی دستگاه ، تنظیم مدارات الکتریکی موجود روی وسیله مانند تنظیم نشان دهنده های دیجیتالی، تخمین عدم قطعیت و پایداری دستگاه است. پس از این مراحل وسیله اندازهگیری با توجه به طول عمر آن مورد استفاده قرار می‌گیرد. کالیبراسون مجدد جهت اطمینان از عملکرد صحیح دستگاه ها و کنترل کیفیت اجزای آنها مورد نیاز است. ،بنابراین با کالیبراسیون مجدد میتوان عوامل و اجزایی از دستگاه را که کیفیت خود را از دست داده است، شناسایی کرد.
دستگاه های اندازهگیری باید به طور دورهای کالیبره شوند. گذشت زمان، فرسودگی، حوادث غیر قابل پیش بینی، باعث میشوند تا قابلیت ردیابی نتایج آنها تا استانداردها زیر سوال رفته و نیازمند تایید مجدد باشند. کالیبره کردن تمام تجهیزات لازم نیست. برخی از آنها ممکن است صرفا به عنوان نشان دهنده مورد استفاده قرار گیرند. انواع دیگر تجهیزات ممکن است به عنوان ابزار تشخیصی و آشکارسازی به کار بروند.
هر گاه وسیله‌ای برای تعیین قابلیت پذیرش محصول و یا عوامل موثر در فرایند آزمون مورد استفاده قرار نگیرد کالیبراسیون آن ضرورت ندارد. هدف کالیبراسیون ایجاد نظامی مؤثر به منظور کنترل صحت و دقت پارامترهای مترولوژیکی دستگاههای آزمون و وسایل اندازهگیری و کلیه تجهیزاتی است که عملکرد آنها بر کیفیت فرایند تأثیرگذار می‌باشد.این کار به منظور اطمینان از تطابق اندازه‌گیری‌های انجام شده با استانداردهای جهانی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
اهداف اصلی کالیبراسیون
کالیبراسیون تجهیزات به هدف اطمینان از قرائت‌های دستگاه، تعیین درستی مقادیر خوانده شده از دستگاه، استقرار قابلیت ردیابی دستگاه به استانداردهای مرجع انجام می‌پذیرد. در نهایت هدف نهایی کالیبراسیون برقراری قابلیت ردیابی (traceability) عنوان شده‌است. مهمترین ویژگی که یک اندازهگیری باید داشته باشد، وجود قابلیت ردیابی نتایج آن تا استانداردهای ملی و سپس بین‌المللی می‌باشد.
در اینجا لازم است تعریف دقیق تری از قابلیت ردیابی را بدانیم: قابلیت رد یابی عبارت است از : قابلیت ارتباط مقدار یک استاندارد یا نتیجه یک اندازهگیری با مرجع های ملی و بین المللی، از طریق زنجیره ی پیوسته ی مقایسه ها که همگی عدم قطعیتی معین دارند که به صورت ملی یا بین المللی تعیین یا مشخص میشوند.
علت کالیبراسیون
کالیبراسیون اولیه وسیله اندازهگیری چگونگی کارایی مورد ادعای سازنده را به مشتری نشان میدهد .پارامتر هایی که توسط دستگاه اندازهگیری میشود به استاندارد های اندازهگیری قابل ردیابی ارجاع داده میشود که اگر چنین نباشد اطمینانی به آنها نمی توان داشت. کالیبراسیون مجدد به خاطر کنترل و نگهداری فرایند های اندازهگیری که با وسیله ی اندازهگیری انجام میشود لازم است. معمولا عدم قطعیت وسیله نسبت به زمان و با استفاده های مکرر از آن افزایش می‌یابد. شناسایی رشد تدریجی عدم قطعیت و افزایش آن به راحتی توسط کاربران امکان پذیرنیست.
آنچه که در اندازهگیری بسیار ضروری است قابلیت ردیابی است . از ملزومات هر تحقیقات، طراحی فعالیت های تولیدی، آزمون‌های نهایی و کالیبراسیون تولیدات و تجهیزات قبل از تحویل می‌باشد. همچنین کالیبراسیون قابل ردیابی، حصول اطمینان از عدم قطعیت اندازهگیری در یک بخش از فرایند را که بر بخش های دیگر فرایند تاثیر گذار است امکان پذیر می‌سازد. اعتبار اندازهگیری ها مربوط به تحقیقات بستگی به درستی برآورد پدیده های تحت مطالعه و عدم قطعیت های به دست آمده دارد.
کالیبراسیون وسیله‌هایی که در تحقیقات مورد استفاده قرار می‌گیرند، عدم قطعیت و کنترل رشد عدم قطعیت را مشخص مینماید و به محقق کمک میکند که به نتایج حاصل از تحقیقات خود اطمینان داشته باشد؛ که این نتایج ناشی از تغییرات واقعی پدیده هاست؛ نه ناشی از عدم درستی در تخمین عدم قطعیت های اندازهگیری است. به جهت انتخاب درست تجهیزات و کالیبراسیون آن ها لازم است تجهیزات را از دید کالیبراسیون بهتر بشناسیم.
تجهیزاتی که مستثنی از کالیبراسیون دوره ای هستند:
- تجهیزاتی که برای انجام اندازهگیری های کمی استفاده نمی شوند
- تجهیزاتی که به ندرت استفاده میشوند اما باید قبل از استفاده کالیبره شوند
- تجهیزات معین شده به عنوان بدون نیاز به کالیبراسیون
- تجهیزاتی که فقط نیاز به کالیبراسیون اولیه دارند
- NCR (No Calibration Required)
تجهیزاتی که اندازهگیری های کمی مهمی را انجام نمی دهند یا متعلقات تجهیزات دیگر هستند و یا فقط به عنوان اتصال دهنده کار می‌کنند،نیازمند کالیبراسیون نیستند. برای مثال گیرنده های RF قابل ردیابی به یک استاندارد فرکانس و بعضی از تجهیزات تست خودکار هستند.در موارد خاص ممکن است بعضی از تجهیزات متعلق به این گروه به درخواست استفاده کننده نیازمند کالیبراسیون باشند.
- NPCR (No Periodic Calibration Required)
این تجهیزات از تعیین و تنظیم فواصل کالیبراسیون مستثنی هستند اما در شروع استفاده نیازمند کالیبراسیون اولیه و تنظیم هستند.بعضی از توجیهات برای تعیین اقلام این گروه به شرح زیر می‌باشد:
- تجهیز، اندازهگیری نمی کند و یا خروجی معلومی ندارد.
- تجهیز، به عنوان وسیله انتقال کاربرد دارد و از مقدار اندازهگیری یا خروجی آن بطور صریح استفاده نمی شود.
- تجهیز، اجزاء سیستم کالیبره شده یا متعلقات آن است.
- تجهیز، اندازهگیری میکند یا خروجی معلومی را ایجاد میکند که مقدار آن به وسیله یک گیج کالیبره شده در مدت استفاده نشان داده میشود.
- اندازهگیری های تجهیز تنها برای نشان دادن شرایط عملکردی استفاده میشود نه برای مقادیر عددی
اگر احتمال یا نشانه اضافه بارگذاری یا بد به کاربردن تجهیز وجود داشته باشد، تجهیز باید بلافاصله کالیبره شود و پس از آن در فواصل کوتاه تر، کالیبره شود تا این که نشان دهد پایداری آن کم نشده است. هرگاه تجهیزی برای کالیبراسیون به خارج از آزمایشگاه ارسال شود، مشتری میتواند شروع دوره کالیبرسیون را از زمان شروع استفاده تجهیز قرار دهد.
- CBU (Calibration Before Use)
تجهیزاتی که باید قبل از هر بار استفاده کالیبره شوند و نیازی به کالیبراسیون دوره ای ندارند.
روش و چگونگی کالیبراسیون
کیفیت و هزینه کالیبراسیون بستگی به روش کالیبراسیون و تعداد نقاط مورد بررسی دارد. هزینه کالیبراسیون از عوامل مهم و تعیین کننده در انجام آن می‌باشد. در روش های مختلف کالیبراسیون هزینه ها متغیر است. به طور کلی کالیبراسیون به سه روش قابل اجراست. روش اول کالیبراسیون برای به دست آوردن خطا و ثبت نتایج حاصله است. روش دوم کالیبراسیون روش اول را در برگرفته و علاوه بر آن نتایج حاصله با استاندارد و دستورالعمل مقایسه شده و وضعیت وسیله نیز از جهت قبول یا رد آن مشخص میشود. روش سوم کالیبراسیون روش دوم را دربرگرفته و تنظیم، تعمیر یا حذف خطای ایجاد شده را نیز دربرمیگیرد.
تعیین فواصل زمانی کالیبراسیون مجدد
تعیین زمان کالیبراسیون یکی از تصمیمات مهم و قابل توجه است
دوره کالیبراسیون یا فاصله زمانی کالیبراسیون یعنی زمانی تعیین شده برای بازگرداندن ابزارها برای کالیبراسیون مجدد.
ما ابزارها را مجدداً کالیبره می‌کنیم تا بتوانیم مطمئن باشیم که آنها به همان خوبی یا بهتر از آنچه در مشخصات سازنده توضیح داده شده است، عمل می‌کنند یا نه. قطعات مکانیکی فرسوده میشوند، قطعات الکترونیکی جابجا میشوند، بنابراین ابزارهایی که دارای قطعات مکانیکی (مانند ماده ای که سنسورهای نوع دیافراگم را در فشار سنج می‌سازد) یا قطعات الکترونیکی (مانند هر مولتی متر دیجیتالی ساخته شده) دارند نیز در طول زمان حرکت می‌کنند و عملکرد متفاوتی دارند.
هدف، انجام کالیبراسیون مجدد در فواصل زمانی بهینه است؛ به طوری که بین هزینه کالیبراسیون و هزینه های ناشی از عدم کالیبراسیون تعادل ایجاد شود. در حال حاضر برای تعیین فواصل کالیبراسیون مجدد، بیشتر به درصد درستی مورد انتظار وسیله‌های اندازهگیری توجه میشود؛ که این درصد را میتوان از مشخصات آن به دست آورد. بزرگی این درصد نشانگر کم بودن شانس بروز اندازهگیری نادرست بوسیله دستگاه اندازهگیری است.
برخی از کاربران این درصد را به منظور اطمینان بیشتر از کنترل کیفیت اندازهگیری، 95 درصد و یا بیشتر انتخاب می‌کنند؛ که آن هم بستگی به سیاست و خط مشی کلی کیفیت در شرکت مربوطه دارد. بنابراین انتخاب این درصد قرار دادی بوده و راحت ترین انتخاب قابل قبول 85 تا 90 درصد است. فرایند تعیین زمان کالیبراسیون از محاسبات ریاضی و آماری است و نیازمند داده های درست و کافی در حین کالیبراسیون است.
تعیین حداکثر زمان فواصل کالیبراسیون دورهای دستگاه های اندازهگیری یکی از عناصر مؤثر در یک نظام کالیبراسیون است. عوامل زیادی در تعیین این زمان مؤثرند که مهمترین آنها موارد زیر است:
- نوع دستگاه
- پیشنهاد و توصیه کارخانه سازنده
- روند داده های به دست آمده از روی سوابق کالیبراسیون های قبلی
- سوابق تعمیر و نگهداری دستگاه
- طول زمان استفاده، تعداد دفعات استفاده و چگونگی استفاده از دستگاه
- میزان گرایش به فرسودگی و تغییر تدریجی ویژگی های مترولوژیکی با گذشت زمان
- تعداد دفعات و کیفیت بازرسی تجهیزات در داخل سازمان
- تعداد دفعات تست دستگاه با دستگاههای دیگر به ویژه در مورد استانداردهای اندازهگیری
- شرایط محیطی (دما، رطوبت، ارتعاش و …)
- دقت اندازهگیری مورد نظر
به هنگام تعیین فواصل کالیبراسیون مجدد هر وسیله اندازهگیری، دو معیار اساسی وجود دارد که لازم است در نظر گرفته شود:
- خطر احتمالی ناشی از به کارگیری یک وسیله اندازهگیری در خارج از حدود رواداری آن که باید تا حد امکان کاهش یابد.
- هزینه کالیبراسیون سالیانه که باید در حداقل مقدار نگه داشته شود.
در این جا روش هایی برای بازبینی فواصل زمانی ارائه میگردد که میتواند کمک شایانی به مشتریان جهت تعیین و تغییر فواصل کالیبراسیون نماید.
- تنظیم اتوماتیک یا پله ای:
اگر وسیله قبل از پایان زمان کالیبراسیون به خارج از تلرانس مشخص شده برود، فاصله زمانی کاهش داده میشود و اگر وسیله قبل از پایان زمان بین در محدوده تلورانس خطا باشد، زمان افزایش داده میشود.
- چارت کنترل کمیت های تست شده در هر مرحله تأیید، یادداشت شده و منحنی تغییرات آنها نسبت به زمان رسم میشود. از این منحنی‌ها پراکندگی حول میانگین و انباشتگی محاسبه میگردد.
- زمان تقویمی یا سپری شده ابتدا وسایل اندازهگیری به گروه هایی بر اساس مشابهت ساختاری آنها با یکدیگر، قابلیت اطمینان و پایداری یکسانی تقسیم میشوند. طول زمان تأییدیه مشخصی به هر گروه بر اساس درک و تجارب مهندسی اختصاص داده میشود. در هر گروه تعداد وسایلی که در زمان تعیین شده جهت تأیید مجدد برگردانده میشوند. اما خطای زیادی در آنها مشاهده میشود، یا به گونه های تأیید نمیشوند، یادداشت شده و به صورت نسبتی از کل تعداد وسایل در آن گروه بیان میشود.
- زمان مصرف شدن وسیله: این روش برگرفته از روش های قبلی است. اساس روش ثابت است، اما پریود بین دو کالیبراسیون به جای زمان سپری شده برحسب ماه، برحسب ساعات مصرف تعریف میشود. وسیله اندازهگیری مجهز به سیستم اندازهگیری زمان مصرف است و هر گاه زمان مصرف نشان داده شده به حد مشخصی رسید، وسیله تست، تنظیم و تأیید مجدد میشود. امتیاز تئوریک مهم این روش آن است که دفعات تأیید و در نتیجه هزینه تأیید مستقیماً بر اساس زمان مصرف است.
- تست در حال سرویس یا جعبه سیاه: این روش مکمل تست و تأیید کامل سیستم است. در این صورت در فاصله زمانی بین دو تأیید کامل، از وضعیت وسیله اندازهگیری اطلاع گرفته میشود و این اطلاعات کفایت یا عدم کفایت طول زمان بین دو تأیید کامل را روشن مینماید. این روش مشابهتی با روشهای اول و دوم دارد و برای وسایل و سیستمهای اندازهگیری پیچیده مناسب است.
پارامترهای بحرانی و مهم به طور مکرر مثلاً هر روز یک بار یا هر روز چند بار چک میشوند و این کار توسط کالیبراتوری که پارامترهای مشخصی را اندازهگیری میکند (Black Box) انجام میشود. اگر در این تست‌ها وسیله اندازهگیری تأیید نشود جهت بررسی، تست و تأیید کامل ارسال میشوند. مهمترین مزیت این روش آن است که اطمینان لازم برای استفاده کننده از وسیله را فراهم میآورد.
این روش برای وسایلی که از نظر جغرافیایی دور از لابراتوار کالیبراسیون هستند، مناسب است. زیرا تست و تأیید کامل زمانی انجام میشود که نیاز به آن وجود داشته باشد و از طرفی فاصله زمانی بین دو تأییدیه افزایش یابد. مشکل اساسی در این روش تعیین پارامترهای مهم وسیله اندازهگیری جعبه سیاه و طراحی جعبه سیاه است.
بازنگری فاصله زمانی کالیبراسیون
سیستمی که فواصل زمانی بین دو تأییدیه را پس از تعیین اولیه، بازبینی نکند قابل اطمینان نیست. دادههای حاصل از سوابق تأیید اندازه شناسی و کالیبراسیون و پیشرفتهای دانش و فناوری میتواند در تعیین فواصل زمانی مورد استفاده قرار گیرد. در تصمیم گیری برای اصلاح فواصل اندازه شناختی، سوابق حاصل از فنون کنترل آماری میتواند مفید باشد. در بازنگری فاصله زمانی، کالیبراسیون تجهیرات به سه دسته تقسیم میشوند:
- عدم تغییر دوره کالیبراسیون
- افزایش دوره کالیبراسیون
- کاهش دوره کالیبراسیون
عدم تغییر دوره کالیبراسیون
هر زمان یک ابزار براساس یک رویه مشخص کالیبره شود، اگر خطای ابزار از 80 درصد ماکزیمم خطای مجاز تجاوز نکرده باشد آنگاه بازه زمانی آن میتواند تمدید شود.
افزایش دوره کالیبراسیون
وقتی تجهیزات اندازهگیری مشکلی در عدم پایداری نداشته باشند، بازه کالیبراسیون آنها میتواند طولانی شود. اگر حداقل سه بار از دفعات کالیبراسیون بدون مشکل باشد و مشخصات کالیبراسیون ابزار اندازهگیری با دفعات قبل یکسان باشد میتوان بازه کالیبراسیون را طولانی نمود. باید توجه داشت که طولانی نمودن بازه زمانی کالیبراسیون نباید بیشتر از ماکزیمم بازه زمانی کالیبراسیون تجهیز شود.
همچنین در صورتی که ابزار اندازهگیری) اول (که قابلیت پایداری بیشتری دارد به موازات ابزار اندازهگیری (دوم) استفاده شود، میتوان بازه کالیبراسیون (دستگاه دوم) را مطابق )دستگاه اول ( انتخاب نمود. در ضمن، هنگامی که ابزار اندازهگیری در محلی استفاده شود که سازنده آن ابزار، موارد دقیقتر از محل استفاده را پیش فرض قرار دهد، فرکانس کالیبراسیون میتواند افزایش یابد.
کاهش دوره کالیبراسیون
وقتی ابزار اندازهگیری از مشخصات تعیین شده خود انحراف بالایی داشته باشد در صورتیکه خطا بیشتر از 80 درصد خطای مجاز باشد، دستورالعمل زیر باید انجام شود. در مواقعی که این انحراف از طریق خرابی ابزار یا استفاده نادرست از آن ایجاد شود باید علت خرابی یا عدم استفاده صحیح مشخص شود و اقدام اصلاحی لازم و همچنین درصورت نیاز آموزش لازم برای بالا بردن مهارت اپراتور برای جلوگیری از وقوع حوادث مشابه صورت پذیرد. در مواقعی که ابزار به دلیل وجود علل سیستماتیک، انحرافی در آن ایجاد شود، بازه زمانی کالیبراسیون باید به نصف بازه زمانی اولیه تغییر یابد و بررسی شود که آیا بازه زمانی ابزار مشابه نیز باید تغییر کند یا خیر
مکان کالیبراسیون
کالیبراسیون در آزمایشگاه های مرجع انجام می‌پذیرید و یا در محل استفاده دستگاه. بهتر است دستگاه در محل استفاده کالیبره گردد تا مواردی مانند تغییر شرایط محیطی یا آسیب دستگاه در حمل و نقل در صحت کالیبراسیون نقشی نداشته باشند و این عمل از مزایا و معایبی برخوردار است:
- تنش های ناشی از جابجایی وسیله به حداقل می‌رسد
- کاربران می‌توانند از حفاظت دستگاههای خود مطمئن باشند
- کالیبراسیون در کوتاه ترین زمان خود انجام می‌گیرد و در عملکرد دستگاه انقطاعی پیش نمی آید
از معایب این عمل میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- تغییرات شرایط محیطی روی دستگاه های مرجع ممکن است تاثیر گذار باشد
- ابعاد دستگاه های مرجع ممکن است مشکل ایجاد کند
- کالیبراسیون در محل، هزینه های اضافی دربر دارد
طبقه بندی تجهیزات از نظر کالیبراسیون
نتیجه گیری
با توجه به مطالب بالا عوامل زیادی در تعیین فواصل کالیبراسیون موثرند که مهمترین آنها عبارتند از:
- نوع تجهیز
- پیشنهاد و توصیه سازنده
- اطلاعات مربوط به روند تغییرات مقادیر بدست آمده از سوی کالیبراسیون
- شرایط تعمیر و نگهداری تجهیز
- طول زمان و تعداد دفعات استفاده از تجهیز
- شرایط محیطی کار ( دما ، رطوبت ، ارتعاش و غیره )
- دقت اندازهگیری مورد نظر
- هزینه کالیبراسیون
و همچنین معیارهای انتخاب کالیبره کننده شامل:
- نوع کمیت
- نوع تجهیز
- حد مجاز خطا
- هزینه کالیبراسیون
- سیاست سازمان
- داشتن مجوز کالیبراسیون معتبر
- تخصص کالیبره کننده
- تجربه و شهرت کالیبره کننده
- نحوه همکاری کالیبره کننده
- میزان اعتماد به کالیبره کننده
- در دسترس بودن کالیبره کننده
که با توجه به موارد بالا حداقل نیازمندی ها و مراحل برای کالیبره کردن عبارتند از:
- شناسائی تجهیز
- روش معتبر کالیبراسیون
- کالیبره کننده واجد شرایط
- بکارگیری تجهیز مناسب
- قابلیت ردیابی (Traceability) به استاندارهای بین المللی
- دارا بودن شرایط محیطی مناسب
- تعیین خطای تجهیز
- صدور گواهی کالیبراسیون
- صدور برچسب کالیبراسیون
- نصب برچسب کالیبراسیون
آزمایشگاه کالیبراسیون شرکت سنجشگران میزان ابزار ضمن بهره‌مندی از تجهیزات مرجع با قابلیت ردیابی به استانداردهای بین‌المللی و اندازه شناسی دقیق، بر اساس گستره عملکردی، گواهینامه تایید صلاحیت و استانداردهای ملی و بین‌المللی خدمات خود را توسط کارشناسانی مجرب ارائه میدهد. همچنین ما را در لینکدین دنبال کنید.
منبع:
