چرا تجهیزات اندازه گیری و آزمون را کالیبره می کنیم

خیلی از مردم عملیات مقایسه برای دو تجهیز اندازه گیری را انجام می دهند و اگر هر دو تجهیز قرائت و اندازه گیری یکسانی داشته باشند، می گویند آنها کالیبره هستند. در واقع این تعریف کالیبراسیون نیست. این فقط یک اندازه گیری مقایسه ای ساده است. در واقع در این روش اگر ناهمخوانی در اندازه گیری ها وجود داشته باشد، مشخص می شود ولی اینکه کدام تجهیز درست و کدام تجهیز با خطا اندازه گیری کرده است مشخص نمی شود. مثلا اگر هر دو تجهیز دارای خطای یکسان  و در یک جهت باشند شما متوجه آن نخواهید شد و در نتیجه شما هرگز متوجه نخواهید شد که آیا ابزار اندازه گیری شما از محدوده مجاز خارج شده است یا نه.

خیلی از ما وسایلی مانند: آون، مایکروویو و یا وسایل دیگری داریم که زمان را بر حسب ساعت و دقیقه به ما نشان می دهند. اکثر ما در مکان هایی زندگی می کنیم که می بایست ساعت هایمان را حداقل دو بار در سال تغییر بدهیم و یا مثلا بعد از قطع برق احتیاج به تنظیم مجدد برخی از آنها می باشد. وقتی شما می خواهید زمان را در یک دستگاه بخصوص تنظیم کنید از چه دستگاهی به عنوان مرجع زمان استفاده می کنید ؟؟؟

آیا از ساعتی که ثانیه ها را نمایش می دهد استفاده می کنید !!!

ممکن است شما بخواهید برای تنظیم زمان در یک دستگاه دیجیتال به اینصورت عمل کنید که وقتی که ساعت مرجع به اتمام دقیقه در حال شمارش می رسد (به ثانیه صفر می رسد) شما نیز در همان لحظه ساعت دستگاه خود را با ساعت مرجع تنظیم کنید که در واقع یک آزمایشگاه اندازه شناسی نیز از همین فلسفه پیروی می کند.

در واقع آنها چگونگی پیروی و نزدیکی ثانیه ها در مدت یک دقیقه دستگاه شما را با ثانیه شمار مرجع صحیح مشاهده و بررسی می کنند. آنها این بررسی را در چند نقطه مختلف در مقیاس اندازه گیری انجام می دهند. بطور عمده کالیبراسیون احتیاج به استانداردی دارد که حداقل درستی آن 3 مرتبه بیشتر از از وسیله تحت کالیبراسیون باشد. در غیر اینصورت، شما عملیات کالیبراسیون را در محدوده تلرانس های مشترک و نزدیک به هم انجام داده اید که در نتیجه تلرانس های دستگاه مرجع شما می تواند در نهایت باعث شود شما یک دستگاهی که در محدوده مجاز قرار دارد را خارج از محدوده مجاز اعلام نمایید و یا بالعکس. حالا برای روشن شدن مطلب به ادامه مقاله توجه کنید.

انتخاب تجهیز مرجع مناسب

برای یک کالیبراسیون موثر، استاندارد مرجع (تجهیز مرجع) باید از دستگاه تحت کالیبراسیون دقت و درستی بیشتری داشته باشد.

به منظور درک بهتر موضوع به مثال زیر توجه کنید:

دو دستگاه A و B داریم که ولتاژ 100 ولت را در محدوده 1 درصد مقدار قرائت شده اندازه گیری می کنند. در ولتاژ 480 ولت هر دو دستگاه در محدوده مجاز قرار دارند. در ولتاژ ورودی 100 ولت، دستگاه A مقدار 1/99 ولت و دستگاه B مقدار 9/100 ولت را نمایش می دهند. حال اگر شما دستگاه B را به عنوان دستگاه مرجع انتخاب کنید، دستگاه A با توجه نشاندهی آن، خارج از محدوده مجاز  قرار می گیرد. هر چند اگر درستی دستگاه B برابر با 1/0 درصد مقدار قرائت شده باشد، بیشترین ولتاژی که دستگاه B در ولتاژ ورودی 100 ولت می تواند داشته باشد 1/100 ولت است. با این شرایط اگر دستگاه A را با دستگاه B (دستگاه مرجع) مقایسه کنیم، دستگاه A داخل تلرانس قرار می گیرد. همچنین مشاهده می کنیم که دستگاه A در انتهای بازه خطای مجاز قرار می گیرد.

تصحیح خطای دستگاه A، احتمالا این دستگاه را از قرائت خطا و اشتباه مصون نگه می دارد، نظر به اینکه دستگاه مذکور رانش معمول و نرمالی را در دوره های بعدی کالیبراسیون خواهد داشت.

شما در مورد تجهیز اندازه گیری خود جدی هستید؟ شما برندهای معتبر را خریداری می کنید و انتظار دارید دقت و صحت عملکرد مناسبی نیز داشته باشند؟ بعضی از مردم دستگاه های دیجیتال خود را برای کالیبره شدن به آزمایشگاه های اندازه شناسی ارسال می کنند و شما شگفت زده می شوید که چرا چنین کاری می کنند. شرکت های کالیبراسیون واقعا چه کاری انجام می دهند؟ شاید فقط باتری عوض می کنند؟

این نگرانی ها قابل توجه هستند، مخصوصا وقتی شما دستگاه را برای انجام عملیات کایبراسیون به بیرون از شرکت فرستاده اید و نمی توانید از آن استفاده کنید. اما بیایید برخی دیگر از نگرانی های مهم موجود را بررسی کنیم. برای مثال:

چه می شود اگر اتفاق یا حادثه ای باعث شود که دستگاه شما با درستی کمتری عمل کند؟

اگر شما در حال کار کردن با تلرانس های بسیار محدود باشید، اندازه گیری درست و با دقت برای داشتن عملکرد مناسب در پروژه های هنگفت یا سیستم های امنیتی  امری حیاتی و ضروری می باشد.

چه می شود اگر شما در حال جمع آوری داده هایی برای اهداف تعمیراتی و نگهداری باشید و برای یک اندازه مشخص از دو تجهیز اندازه گیری متفاوت استفاده کنید و بطور قابل توجهی در اندازه گیری ها اختلاف مشاهده کنید؟

کالیبراسیون، در خالص ترین و اصیل ترین حالت، مقایسه یک دستگاه با یک استاندارد شناخته شده است. در واقع عملیات کالیبراسیون مناسب شامل استفاده از یک استاندارد قابل ردیابی (مثلا NIST) می باشد، استانداردی که دارای تشریفات اداری باشد که بطور مناسب و درست با زنجیره ای از استانداردها قابل مقایسه بوده و در نهایت به استاندارد اصلی و برتری که به وسیله NIST نگهداری می شود مرتبط گردد.

کالیبراسیون در عمل شامل تصحیح می شود. معمولا هنگامیکه شما تجهیزی را برای کالیبراسیون می فرستید در واقع اجازه اعمال پاره ای تعمیرات بر روی تجهیز را صادر می کنید تا در صورتیکه تجهیز خارج از محدوده مجاز باشد، به وضع مطلوبی بازگردد. بعد از انجام عملیات کالیبراسیون شما گزارشی دریافت می کنید که در آن میزان انحراف تجهیز شما از مقدار استاندارد و واقعی، قبل و بعد از تنظیم و تعمیر درج گردیده است. در واقع شما برای استفاده مجدد از تجهیز احتیاج به اعمال یک ضریب تصحیح دارید تا خطای تجهیز را برطرف کنید و البته این در شرایطی است که خطاهای ذکر شده در گواهینامه کالیبراسیون در محدوده تلرانس مجاز اندازه گیری هایی که شما به وسیله دستگاه مذکور انجام داده اید، قرار داشته باشد. اما اگر در گزارش کالیبراسیون خطای فاحشی مشاهده شود، شما باید به کارها و اندازه گیری هایی که به وسیله آن تجهیز انجام داده اید مراجعه کرده و اندازه گیری های جدیدی را اعمال کنید تا زمانی که خطاهای احتمالی در اندازه گیری به کلی برطرف شود. شما باید از اولین اندازه گیری هایی که به وسیله تجهیز مورد نظر انجام داده اید شروع کنید و تا آخرین آنها همه را دوباره بررسی کنید. در کارهای وابسته به ایمنی هسته ای شما باید تمام اندازه گیری هایی که از زمان آخرین کالیبراسیون انجام داده اید را دوباره تکرار کنید.

عواملی که باعث بروز مشکلاتی در کالیبراسیون می شوند

به طور مثال چه چیزهایی باعث می شود یک تجهیز دیجیتال از کالیبراسیون خارج شود؟

در ابتدا، اصلی ترین مولفه های یک تجهیز (از قبیل مراجع ولتاژ، تقسیم کننده های داخلی و شنت های جریان) به آسانی در طول زمان تغییر پیدا می کنند. این تغییرات در صورت اعمال برنامه کالیبراسیون مرتب و دوره ای اندک خواهند بود و در واقع اعمال تصحیح باعث دریافتن این تغییرات و اصلاح آنها می شود.

اما تصور کنید یک کلمپ جریان از دست شما رها شده و به زمین برخورد کند. چطور متوجه می شوید که آن کلمپ هنوز هم به درستی عمل می کند یا خیر؟ شما نمی دانید. ممکن است کلمپ دچار خطای فاحشی شده باشد. به همین صورت فرض کنید به یک مالتی متر دیجیتال بار بیشتر از توان آن اعمال شود که در اینصورت شما باید دستگاه را دور بیاندازید. بعضی از مردم فکر می کنند این تاثیرات موثر نیستند، زیرا اجزا داخلی دستگاه دارای فیوز هستند یا در مقابل شکستن محافظت شده اند، اما ممکن است این وسایل حفاظتی همیشه به درستی عمل نکنند. همچنین یک ولتاژ ورودی که به اندازه کافی بزرگ باشد به راحتی می تواند از وسایل حفاظتی داخلی عبور کند. البته این موارد در مورد مالتی مترهای با کیفیت عالی بسیار بعید می باشد و به همین دلیل است که این وسایل بسیار مقرون به صرفه تر از نمونه های ارزان تر می باشند.

دوره کالیبراسیون

در واقع سوال این نیست که آیا باید کالیبراسیون را انجام بدهیم یا نه، زیرا این یک امر مسلم است. سوال این است که چه زمانی باید کالیبراسیون انجام شود. در واقع یک جواب واحد و همه گیر برای این سوال وجود ندارد. لطفا به دوره های کالیبراسیون زیر دقت کنید:

بازه کالیبراسیونی که از طرف سازنده پیشنهاد شده

مشخصات سازنده به ما نشان خواهد داد که دستگاه مذکور هر چند وقت یکبار باید کالیبره شود، اما در مورد اندازه گیری های حیاتی و مهم بازه های متفاوتی مورد نیاز می باشد.

قبل از یک پروژه اندازه گیری حیاتی عمده

تصور کنید شما در حال تست یکی از ماشین آلات خود هستید که احتیاج به اندازه گیری هایی با درستی بسیار بالا دارد. تصمیم می گیرید که می خواهید از چه وسیله ای برای اندازه گیری استفاده کنید. آنها را برای کالیبراسیون به خارج از شرکت فرستاده و بعد از بازگشت در داخل انبار قرار می دهید تا به هنگام استفاده برای آزمون مورد نظر استفاده ای از آن وسایل نکرده باشید.

بعد از یک پروژه حیاتی عمده

اگر شما تعدادی از تجهیزات اندازه گیری کالیبره شده خود را برای یک عملیات آزمون ویژه کنار گذاشته اید، بعد از انجام آزمون آن ابزار و وسایل را برای کالیبراسیون به خارج از شرکت ارسال کنید. هنگامیکه نتایج کالیبراسیون به دست شما رسید، شما می توانید تصمیم بگیرید که آیا آزمون های صورت گرفته قابل اطمینان و کامل می باشند یا خیر.

بعد از یک حادثه

اگر تجهیز شما آسیب و ضربه ای ببیند مثلا اعمال باری بیش از محدوده قابل تحمل تجهیز یا وارد آمدن ضربه شدید به تجهیز، تجهیز خود را برای انجام کالیبراسیون به بیرون بفرستید تا ایمنی تجهیز به درستی بررسی شود.

پیش نیازها

بعضی از شغل های اندازه گیری، فارغ از نوع پروژه، احتیاج به کالیبراسیون (تجهیزات اندازه گیری گواهی شده)  دارند. نکته قابل ذکر اینکه این نیاز ممکن است بطور صحیح آشکار نباشد اما به سادگی قابل انظار است.

بصورت ماهیانه، سه ماه یکبار یا شش ماه یکبار

اگر شما عمدتا اندازه گیری های حساس و مهم انجام می دهید و اغلب اینکار را تکرار می کنید، یک بازه زمانی کوتاه بین کالیبراسیون ها باعث می شود آزمون هایی که انجام می دهید با شک کمتر و اطمینان بیشتری صورت بگیرند.

سالیانه

اگر شما ترکیبی از اندازه گیری های مهم و غیر مهم را انجام می دهید، انجام کالیبراسیون سالیانه باعث می شود شما بتوانید بین هزینه و احتیاط و ملاحظات مورد نیاز، تعادل برقرار کنید.

دو سال یکبار

اگر شما به ندرت اندازه گیری های مهم و دقیق انجام می دهید و وسیله و ابزار اندازه گیری شما در معرض ضربه یا حادثه های دیگر قرار نگرفته است، کالیبراسیون با بازه های طولانی تر برای شما مقرون به صرفه می باشد.

هرگز

اگر کار شما مثلا فقط احتیاج به بررسی و بازبینی اختلاف ولتاژهای فاحش دارد، به نظر انجام کالیبراسیون زیاده روی و افراط آمیز می باشد. اما اگر دستگاه شما در معرض یک اتفاق و حادثه قرار بگیرید چه باید کرد؟ 

نتيجه‌گيری و جمع‌بندي

در واقع کالیبراسیون به شما این اجازه را می دهد که از دستگاه خود با اطمینان استفاده کنید.

در حالیکه این مقاله بر روی کالیبراسیون مالتی مترهای دیجیتال متمرکز شده، دلایل مشابهی برای سایر تجهیزات اندازه گیری شما وجود دارد. کالیبراسیون فقط راجع به موضوع تنظیم کردن تجهیز اندازه گیری شما نمی باشد. بلکه، به شما این اطمینان را می دهد که شما می توانید با اطمینان و با ایمنی مطلوب از دستگاه خودتان استفاده کنید تا به یک نتیجه آزمون با درستی بالا دست پیدا کنید. در واقع کالیبراسیون شکلی از تضمین کیفیت است.

مرجع ها

• Calibration- Philosophy in practice / ISBN-13: 978-0963865007
• International vocabulary in metrology / www.bipm.org
• Metrology – Calibration and measurement processes guidelines / NASA reference publications