واسنجی یا کالیبراسیون
کالیبراسیون عبارت است از مقایسه یک دستگاه اندازه گیری با یک استاندارد و تعیین میزان خطای این وسیله نسبت به آن و در صورت لزوم تنظیم دستگاه در مقایسه با استانداردهای مربوطه.به زبان ساده کالیبراسیون اندازه گیری و صحت وسیله اندازه گیری در مطابقت با مرجع تایید شده می باشد.
تعریف دقیق کالیبراسیون در استاندارد ملی ایران به شماره ۴۷۲۳ آمده است. 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 اندازه گیری 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. دراستاندارد ملی ایران در بخش “واژه ها واصطلاحات پایه و عمومی اندازه شناسی” کالیبراسیون چنین تعریف 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 اندازه گیری است(یکی باعدم قطعیت معلوم ودیگری با عدم قطعیت نامعلوم)به منظورمحاسبه عدم قطعیت وسیله ای که عدم قطعیت آن نامعلوم است.
تعریف دیگری که در ایزو ۱۰۰۱۲ آمده است کالیبره کردن را چنین معرفی کرده است: مجموعه ای ازعملیات که تحت شرایط مشخصی برقرار می شود و رابطه ی بین مقادیر نشان داده شده توسط وسیله اندازه گیری و مقادیر متناظر آن کمیت توسط استاندارد مرجع را مشخص می نماید.
هدف کالیبراسیون
معمولا کالیبراسیون اولیه دستگاه آزمون و اندازه گیری (TME) در مرحله ساخت و تولید آن انجام می گیرد که می تواند 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 اندازه گیری با توجه به طول عمر آن مورد استفاده قرار می گیرد. کالیبراسون مجدد جهت اطمینان از عملکرد صحیح دستگاه ها و کنترل کیفیت اجزای آنها مورد نیاز است. بنابراین با کالیبراسیون مجدد می توان عوامل و اجزایی از دستگاه را که کیفیت خود را از دست داده است، شناسایی کرد .
دستگاههای اندازه گیری 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. برای تجهیزات کالیبره شده گواهی کالیبراسیون صادر شده و ضمیمه دستگاه می‌گردد. 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
- برای اطمینان از قرائت‌هایی که از دستگاه صورت می‌گیرد.
- برای تعیین درستی مقادیر خوانده شده از دستگاه.
- برای استقرار قابلیت ردیابی دستگاه به استانداردهای مرجع
هدف نهایی کالیبراسیون برقراری قابلیت ردیابی عنوان شده‌است. قابلیت ردیابی traceability مهمترین ویژگی که یک اندازه‌گیری باید داشته باشد وجود قابلیت ردیابی نتایج آن تا استانداردهای ملی و سپس بین‌المللی می‌باشد.
فواید کالیبراسیون
آنچه مسلم است پرداختن قانونمند به کالیبراسیون و برقراری نظام صحیح اندازه گیری فواید زیر را دارد:
١- جلوگیری از بین رفتن حقوق مصرف کننده و تولید کننده
۲- ایجاد اعتماد همگانی در سطح جامعه در فرآیندهای تجاری، خدماتی و بهداشتی
۳- افزایش اعتبار بین المللی
۴- گسترش حقوق اجتماعی به عنوان یکی از شاخص های رشد یافتگی اجتماعی- فرهنگی
۵- ایجاد بستر و فرهنگ قانون مداری جهت حفظ حقوق ملت و دولت
۶- جلوگیری از ضرر و زیان در تبادلات بازرگانی با سایر کشورها
۷- ایجاد اشتغال برای شرکت های مجری
زمان کالیبراسیون
تعیین زمان کالیبراسیون یکی از تصمیمات مهم و قابل توجه است که البته به نظر برخی منجر به اتلاف وقت و پول می گردد. عدم قطعیت های اندازه گیری سبب اتخاذ تصمیمات نادرستی می شود که این تصمیمات نادرست ناشی از نتایج اندازه گیری فریبنده است.
هدف انجام کالیبراسیون مجدد در فواصل زمانی، بهینه سازی سیستم 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 وسیله های اندازه گیری توجه می شود؛ که این درصد را می توان از مشخصات آن به دست آورد.
برخی از کاربران این درصد را به منظور اطمینان بیشتر از کنترل کیفیت اندازه گیری، ۹۵ درصد و یا بیشتر انتخاب می کنند که آن هم بستگی به سیاست و خط مشی کلی کیفیت در شرکت مربوطه دارد. بنابراین انتخاب این درصد قراردادی بوده و راحت ترین انتخاب قابل قبول ۸۵ تا ۹۰ درصد است.
فرآیند تعیین زمان کالیبراسیون، از محاسبات مشکل ریاضی و آماری است و نیازمند داده های درست و کافی در حین کالیبراسیون است.
مکان کالیبراسیون
عمل کالیبراسیون در آزمایشگاه های مرجع و یا در محلی که وسیله به کار برده میشود انجام میشود. کالیبراسیون در محل کار دستگاه نکات مثبت زیر را دارا است:
١- تنش های ناشی از جابه جایی وسیله به حداقل می رسد.
٢- کالیبراسیون ساده تر و ارزان تر تمام می شود، چون کالیبراسیون فقط در نقاط مورد نظر شما انجام می شود.
۳- می توانید از حفاظت دستگاه های خود مطمئن باشید.
۴- کالیبراسیون در کوتاه ترین زمان خود انجام می گیرد و در عملکرد دستگاه وقفه پیش نمی آید.
این عمل معایبی نیز دارد که در زیر عنوان شده است:
١- تغییرات شرایط محیطی روی دستگاههای مرجع ممکن است تأثیر گذار باشد.
۲- ابعاد دستگاه های مرجع ممکن است مشکل ایجاد کند.
۳- کالیبراسیون در محل، هزینه های اضافی در بر دارد.
روش 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 می باشد . 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.
بنابر این لازم است توضیحات بیشتری درباره انواع روش های کالیبراسیون ارائه شود. سیستم های کالیبراسیون را می توان به چهار گروه زیر تقسیم کرد:
الف) کالیبراسیون برای بازرسی و تصحیح: باتوجه به نتایج حاصل از بازرسی ،تصحیح اعمال می شود. تا وقتی که خطا در حدود قابل قبول سیستم اندازه گیری باشد، نیازی به تصحیح نیست و از وسیله ی اندازه گیری می توان استفاده کرد. اما اگر خطای مقادیر مورد اندازه گیری از حدود قابل قبول بیشتر باشد اعمال تصمیمات لازم ضروری است.
ب) کالیبراسیون فقط برای بازرسی: اگر خطای مقادیر مورد اندازه گیری که از اعمال بازرسی حاصل می شوند در حدود تعریف شده باشد، از دستگاه اندازه گیری می توان استفاده کرد.از آنجا یی که تصحیح ویا تعمیر دستگاه اندازه گیری گران است با بازرسی های دوره ای تا زمانی که خطای وسیله اندازه گیری در حدود تعریف شده باشد استفاده از آن بلامانع است.چنانچه خطاها ازحدود تعریف شده تجاوز کنند وسیله اندازه گیری را باید کنار گذاشت ویا تقلیل رده وکلاس داد.
ج) کالیبراسیون فقط برای تصحیح: در این روش بازرسی انجام نمی شود اما تصمیمات لازم جهت رسیدن به مفهومی معادل کالیبراسیون جدید واستفاده از وسیله اندازه گیری انجام می شود. به عنوان مثال تصحیح نقطه صفر وسیله اندازه گیری که به صورت دوره ای انجام می پذیرد، استفاده مجدد از آن را امکان پذیر می نماید.چنانچه نقطه صفر تغییر کرده باشد ، با تصحیح مجدد می توان وسیله اندازه گیری را تنظیم نمود.
د) عدم کالیبراسیون: در این روش بدون انجام بازرسی و تصمیمات لازم از دستگاه اندازه گیری استفاده می شود . در این حالت به دلیل آنکه مقدار بعضی از خطاهای مشخص دستگاه از حدود کنترل تعریف شده برای وسیله اندازه گیری در فرایند تولید کوچکترند، بدون انجام کالیبراسیون دوره ای از وسیله اندازه گیری استفاده می شود .
وضعیت کالیبراسیون
پس از انجام کالیبراسیون، وضعیت کالیبراسیون ابزار باید مشخص باشد. این به این معنی است که به طریقی ابزارهایی که کالیبره شده اند را مشخص کنید. برای این منظور معمولاً از یک برچسب کالیبراسیون استفاده می شود.
توصیه می شود که این برچسب با برچسبی که برای شناسایی ابزار استفاده می شود متفاوت باشد. مواردی که باید در وضعیت کالیبراسیون مشخص شوند. عبارتند از:
١- کالیبره بودن ابزار
۲- دقت و صحت واقعی ابزار
۳- تاریخ انجام کالیبراسیون بعدی
۴- محدودیتهای کاربرد و استفاده از ابزار
سوابق کالیبراسیون
بعد از انجام کالیبراسیون سوابق کالیبراسیون باید نگهداری شود. دلایل نگهداری این سوابق عبارتند از:
۱- امکان بررسی وضعیت و تغییرات ابزار در طول زمان جهت تعیین توالی انجام کالیبراسیون و نحوه به کارگیری ابزار
۲- اثبات ادعای کالیبره بودن ابزار
سوابق کالیبراسیون باید موارد زیر را شامل شود:
- اطلاعات شناسایی دقیق ابزار مورد نظر (نوع، نام، شماره سریال و…)
- نام مسئول و محل نگهداری
- تاریخی که کالیبراسیون انجام شده است.
- نتیجه کالیبراسیون در قالب مقادیر خوانده شده پیش از تنظیم برای هر یک از پارامترهای مورد کالیبراسیون (این مورد برای بررسی وضعیت و روند تغییرات ابزار ضروری است).
- تاریخ کالیبراسیون بعدی
- حدود خطای قابل قبول
- شماره سریال استانداردهایی که برای کالیبره کردن ابزار به کار رفته اند.
- شرایط محیطی در حین کالیبراسیون
- بیان مقدار خطای احتمالی (در قالب دقت و صحت)
- جزئیات تمامی تنظیمات، خدمات، تعمیرات و تغییراتی که انجام شده است.
- نام شخصی که عمل کالیبراسیون را انجام داده است.
- جزئیات هرگونه محدودیت استفاده
انواع خطاها در کالیبراسیون
خطاها بر حسب تأثیرگذاریشان بر روی نتایج حاصل از اندازه گیری به صورت زیر تقسیم بندی می شوند:
١- خطای عمده
۲- خطا از نظر منشاء و منبع
۳- خطا از نظر نمایش
خطاهای عمده به سه دسته تقسیم می شوند:
١- خطای ناشی از اشتباه: مثلا در جمع چند اندازه اشتباه شود.
۲- خطای ناشی از حواس پرتی: مثلا عدد ۲۳۳٫۲ به صورت ۲۳۲٫۲ خوانده شود.
۳- خطای ناشی از استفاده ناصحیح از تجهیزات
خطا از نظر منشاء و منبع به دو دسته تقسیم می شوند:
١- خطاهای روشمند (Systematic Error)
۲- خطاهای تصادفی (Random Error)
خطاهای روشمند (Systematic Error)
خطایی است که در سراسر یک آزمایش ثابت است، مانند دما و رطوبت، در اندازه گیری طول خطای روشمند به سه دسته خطای شخصی، محیطی و دستگاهی تقسیم می شوند.
خطای شخصی شامل خطای پارلکس و خطای درونیابی است. این نوع خطاها را می توانید با ایجاد شرایط محیطی مناسب به حداقل برسانید.
خطای پارلکس
فاصله محدودی بین عقربه و صفحه مدرج وجود دارد. بنابراین اگر قرائت از زوایای مختلفی صورت گیرد نتایج مختلفی حاصل خواهد شد. این نوع خطا با استفاده از یک آینه در روی صفحه مدرج حذف می شود.
خطای درون یابی
هرگاه عقربه دقیقاً در روی علامت درجه بندی صفحه مدرج قرار نداشته باشد، شخص مشاهده کننده بارها مجبور خواهد شد مقدار نشان داده شده را کسری از مقادیر درجه بندی تفسیر نماید.
توانایی در تقسیم بندی چشمی بین درجات محدود است و مطمئن همراه با خطا خواهد بود.
خطای محیطی
۱- رطوبت ۲- فشار ۳- دما ۴- گرد و غبار
خطاهای دستگاهی
- تراز نبودن دستگاه ۲- بار گذاری نامناسب ۳- فرسودگی
خطاهای تصادفی (کاتورهای یا رندومی) Random Error در کالیبراسیون
خطایی است که در یک اندازه گیری به صورت تصادفی و پیش بینی نشده ظاهر می شود که شامل: جریان هواء لرزش، سر و صدا، تشعشع خطاهای تصادفی را می توان با میانگین گرفتن و استفاده از فنون آماری به حداقل رساند.
خطا از نظر نمایش به دو دسته خطی و غیرخطی تقسیم می شوند.
خطاهای خطی
هرگاه یک دستگاه اندازه گیری خروجی هایی را ارائه بدهد که با یک روند خطی از مقدار واقعی تفاوت داشته باشد آن را خطای خطی گویند که به دو دسته تقسیم بندی می شوند:
خطای جابه جائی از صفر: (Zero Shift Error) اختلاف حد بالایی و پایینی مقدار ایده آل و یکسان بوده و فقط نقطه صفر جابه جا شده است.
خطای دهانه (میزان تغییرات)
خطاهای غیرخطی
خطاهایی هستند که نتایج داده شده توسط دستگاه اندازه گیری از یک روند مشخصی پیروی نمی کنند. اگر چنین خطایی داشته باشید در دقت دستگاه تأثیر می گذارد و تکرار پذیری را ناممکن می سازد.
نکته: هرگاه چنین مسأله ای پیش آید ابتدا باید دستگاه تعمیر و سپس تنظیم و بعد کالیبره گردد.
چنانچه در حوزه کاری خود به مشکلی برخورد کرده‌اید و در جستجوی فرد و یا شرکت‌های توانمند برای حل مشکلتان هستید می توانید با عضویت در سامانه گلوپ و ثبت مشکل خود با این افراد و شرکت ها ارتباط برقرار کنید.
برای مشاهده مطالب بیشتر به گلوپ پلاس مراجعه فرمایید.