Różnice między wzorcowaniem a kalibracją mierników pomiarowych

Najczęstszy błąd zaczyna się już przy zamawianiu usługi: firma prosi o „kalibrację miernika”, oczekując jednocześnie sprawdzenia dokładności, regulacji urządzenia i dokumentu potwierdzającego zgodność. Tymczasem są to różne czynności. Co więcej, w ścisłej terminologii metrologicznej wzorcowanie i kalibracja nie są przeciwstawnymi usługami. Polski termin „wzorcowanie” odpowiada angielskiemu „calibration”. Różnica pojawia się przede wszystkim w języku technicznym używanym przez producentów, serwisy i użytkowników, którzy pod słowem „kalibracja” często rozumieją także regulację miernika.

To rozróżnienie ma praktyczne znaczenie. Jeżeli multimetr pokazuje 10,18 V przy wartości odniesienia 10,00 V, samo wzorcowanie nie musi sprawić, że po powrocie z laboratorium zacznie wskazywać 10,00 V. Wzorcowanie określa relację między wskazaniem przyrządu a wartością odniesienia wraz z niepewnością pomiaru. Regulacja zmienia przyrząd. Dopiero zrozumienie tej różnicy pozwala prawidłowo zamówić usługę i ocenić otrzymane świadectwo.

Wzorcowanie nie naprawia miernika – mówi, jak naprawdę mierzy

Podczas wzorcowania przyrządu pomiarowego jego wskazania porównuje się z wartościami uzyskiwanymi za pomocą odpowiednich wzorców odniesienia. Nie chodzi wyłącznie o stwierdzenie, czy urządzenie jest „dobre” albo „złe”. Wynikiem są konkretne dane pozwalające określić zachowanie miernika w wybranych punktach zakresu.

Dla przykładu miernik temperatury można sprawdzić przy 0°C, 50°C, 100°C i 150°C. Świadectwo może wykazać odpowiednio odchylenia +0,1°C, +0,3°C, +0,5°C i +0,9°C. To znacznie więcej informacji niż ogólne stwierdzenie „miernik działa prawidłowo”. Widać od razu, że błąd nie musi być jednakowy w całym zakresie pomiarowym.

W praktyce podczas wzorcowania istotne są przede wszystkim:

• identyfikacja konkretnego egzemplarza przyrządu, zwykle przez producenta, model i numer seryjny,

• określenie wielkości oraz punktów pomiarowych,

• porównanie wskazań urządzenia z odpowiednią wartością odniesienia,

• podanie wyników pomiarów,

• określenie błędu lub poprawki, zależnie od sposobu przedstawienia wyników,

• podanie niepewności pomiaru,

• zapewnienie odpowiedniej spójności pomiarowej wyników.

Ostatnie dwa elementy są szczególnie ważne. Sam napis „skalibrowano” na naklejce przyklejonej do obudowy niewiele mówi o jakości wykonanej usługi. Jeżeli wynik ma być wykorzystywany w systemie jakości, podczas audytu albo do potwierdzania parametrów produktu, trzeba wiedzieć, według jakiej procedury wykonano wzorcowanie, w jakim zakresie i z jaką niepewnością.

Przykład pokazuje problem najlepiej. Załóżmy, że tolerancja procesu produkcyjnego wynosi ±0,5°C, natomiast używany termometr ma wynik obciążony niepewnością rzędu 0,8°C. Nawet jeśli sam termometr wygląda na stabilny, taki układ pomiarowy może być po prostu zbyt słaby do wiarygodnej kontroli tego procesu. Wymiana miernika na model z większą liczbą cyfr na wyświetlaczu też nie rozwiąże problemu. Rozdzielczość nie jest tym samym co dokładność.

Trzeba też rozdzielić wzorcowanie od legalizacji. Legalizacja jest elementem prawnej kontroli metrologicznej i dotyczy określonych kategorii przyrządów wykorzystywanych w obszarach objętych przepisami. Nie każdy multimetr, termometr, suwmiarka czy miernik rezystancji używany w zakładzie produkcyjnym podlega legalizacji. Z drugiej strony samo świadectwo wzorcowania nie zastępuje legalizacji, jeżeli dla danego zastosowania przepisy wymagają właśnie prawnej kontroli metrologicznej.

Kalibracja, regulacja i adiustacja – tu najczęściej powstaje zamieszanie

W polskiej terminologii metrologicznej kalibracja jest odpowiednikiem wzorcowania. Problem polega na tym, że producenci urządzeń i serwisy techniczne używają słowa „kalibracja” znacznie szerzej.

W instrukcji miernika można więc znaleźć polecenie „calibrate”, po którym urządzenie zapisuje nowe współczynniki korekcyjne w pamięci. Z punktu widzenia użytkownika następuje wtedy „kalibracja”, ale technicznie częścią tej procedury jest regulacja lub adiustacja przyrządu, czyli ingerencja mająca zmienić jego wskazania.

Różnicę można sprowadzić do prostego przykładu.

Miernik napięcia zostaje podłączony do wzorca generującego 10,000 V.

Przed regulacją wskazuje:

10,037 V

Samo stwierdzenie tej zależności oraz jej udokumentowanie należy do procesu wzorcowania.

Jeżeli następnie technik zmienia współczynniki korekcyjne urządzenia tak, aby wskazanie zbliżyło się do wartości odniesienia, wykonuje regulację.

Po regulacji miernik może wskazywać:

10,001 V

I właśnie tu pojawia się rzecz często pomijana w praktyce: po regulacji przyrząd powinien zostać ponownie sprawdzony. Nie wystarczy ustawić jeden punkt i uznać pracy za zakończoną. Zmiana współczynników może wpływać na inne zakresy, dlatego potrzebne jest określenie parametrów urządzenia po regulacji.

W profesjonalnej obsłudze aparatury bardzo przydatny jest więc schemat:

1. wzorcowanie urządzenia w stanie zastanym,

2. zapis wyników „as found”, czyli przed ingerencją,

3. ocena wyników,

4. regulacja, jeśli jest potrzebna i możliwa,

5. ponowne wzorcowanie,

6. zapis wyników „as left”, czyli po wykonanej regulacji.

Pierwszego pomiaru nie warto pomijać. Jeśli laboratorium od razu wyreguluje miernik, firma może stracić informację, jak duży błąd występował przed oddaniem sprzętu. To bywa poważnym problemem.

Przykład: miernik używany przez ostatnie sześć miesięcy przy kontroli procesu okazuje się przekłamywać o +2,3%. Jeśli znamy wynik „as found”, można przeanalizować wcześniejsze pomiary i ustalić, czy błąd urządzenia mógł wpłynąć na decyzje dotyczące jakości produkcji. Jeśli przyrząd został najpierw wyregulowany, a dopiero potem zmierzony, ślad po poprzednim błędzie może zniknąć.

Nie każdy miernik da się również wyregulować. Prosta suwmiarka, czujnik mechaniczny czy część niedrogich mierników elektronicznych może nie mieć dostępnej procedury regulacji albo koszt ingerencji może być nieproporcjonalny do wartości urządzenia. W takim przypadku racjonalne są trzy możliwości: stosowanie poprawek wynikających ze świadectwa, ograniczenie zakresu wykorzystania przyrządu albo jego wymiana.

Jak zdecydować, czego potrzebuje konkretny przyrząd

Najpierw trzeba odpowiedzieć na pytanie, do czego wynik pomiaru jest używany. Od tego powinien zależeć zakres kontroli metrologicznej, a nie od samej wartości miernika.

Inaczej należy traktować multimetr służący elektrykowi do orientacyjnego sprawdzenia obecności napięcia, inaczej ten sam typ miernika używany przy odbiorach produkcyjnych, a jeszcze inaczej wzorzec roboczy wykorzystywany do kontroli innych urządzeń.

Jeśli wyniki pomiarów decydują o:

• zgodności produktu ze specyfikacją,

• przyjęciu lub odrzuceniu partii,

• bezpieczeństwie instalacji,

• wyniku badania laboratoryjnego,

• ustawieniu parametrów procesu,

• rozliczeniu handlowym,

• spełnieniu wymagań klienta lub systemu jakości,

kontrola miernika powinna być traktowana znacznie poważniej niż w przypadku pomiarów orientacyjnych.

Akredytowane wzorcowanie ma szczególne znaczenie tam, gdzie firma musi wykazać spójność pomiarową i kompetencje laboratorium wykonującego usługę. W Polsce laboratoria wzorcujące są akredytowane zgodnie z wymaganiami PN-EN ISO/IEC 17025:2018-02.

Sam fakt posiadania akredytacji przez laboratorium nie wystarcza jednak do automatycznego uznania każdej jego usługi za akredytowaną. Trzeba sprawdzić zakres akredytacji: wielkość mierzoną, zakres wartości oraz możliwości pomiarowe odpowiednie dla konkretnego zlecenia. Laboratorium może mieć akredytację na wzorcowanie termometrów, ale niekoniecznie na każdy typ czujnika, każdą temperaturę i każdą metodę.

Nie ma też jednego obowiązkowego terminu wzorcowania wszystkich mierników. Popularne oznaczenie „ważne 12 miesięcy” bywa wygodne administracyjnie, lecz roczny interwał nie jest uniwersalnym prawem metrologii.

Częstotliwość należy ustalać przede wszystkim na podstawie:

• zaleceń producenta,

• intensywności użytkowania,

• stabilności wcześniejszych wyników,

• warunków pracy i transportu,

• historii napraw oraz przeciążeń,

• znaczenia pomiaru dla procesu,

• wymagań klienta, procedury lub konkretnej normy,

• ryzyka związanego z błędnym wynikiem.

Przyrząd pracujący codziennie na hali, przewożony między obiektami i narażony na temperaturę, wilgoć oraz wstrząsy może wymagać kontroli częściej niż wzorzec przechowywany w stabilnych warunkach i używany kilka razy w miesiącu.

Z kolei skracanie każdego interwału do sześciu miesięcy „dla bezpieczeństwa” też nie jest dobrym rozwiązaniem. Generuje koszty i przestoje, nie rozwiązując problemu źle dobranego przyrządu. Jeżeli kolejne świadectwa pokazują stabilne wyniki z dużym zapasem względem wymagań procesu, można rozważyć wydłużenie okresu. Jeśli wyniki zaczynają dryfować, interwał należy skrócić.

Dodatkowa niedogodność to czas wyłączenia przyrządu z pracy. Przy planowaniu wzorcowania często większym problemem niż sama cena usługi okazuje się brak miernika na stanowisku przez kilka dni roboczych. W procesie, którego nie można zatrzymać, trzeba wcześniej zapewnić drugi sprawdzony przyrząd albo zaplanować wzorcowanie na miejscu, jeśli laboratorium oferuje taką możliwość i metoda na to pozwala.

Po upadku miernika, przeciążeniu wejścia, naprawie, wymianie elementu mającego wpływ na tor pomiarowy albo zaobserwowaniu nietypowych wskazań nie należy natomiast czekać do daty zapisanej w harmonogramie. Zdarzenie mogące zmienić właściwości metrologiczne jest ważniejsze niż termin następnego okresowego wzorcowania.

FAQ

Czy wzorcowanie i kalibracja oznaczają dokładnie to samo?
W ścisłej terminologii metrologicznej polskie „wzorcowanie” odpowiada angielskiemu „calibration”, dlatego pojęcia te są używane jako odpowiedniki. W praktyce serwisowej słowo „kalibracja” bywa jednak używane również na określenie regulacji urządzenia, co jest źródłem wielu nieporozumień.

Czy po wzorcowaniu miernik będzie wskazywał dokładniej?
Nie musi. Wzorcowanie określa zależność pomiędzy wskazaniem miernika a wartością odniesienia. Żeby zmienić jego wskazania, potrzebna może być regulacja. Po regulacji należy ponownie sprawdzić przyrząd.

Czy świadectwo wzorcowania oznacza, że miernik spełnia wymagania?
Nie automatycznie. Świadectwo przedstawia wyniki. Ocena zgodności z określonym wymaganiem jest osobnym zagadnieniem i wymaga ustalenia kryterium, np. maksymalnego dopuszczalnego błędu, oraz odpowiedniego uwzględnienia niepewności pomiaru.

Czy każdy miernik trzeba wzorcować raz w roku?
Nie. Interwał powinien wynikać z ryzyka, warunków użytkowania, stabilności przyrządu, historii wcześniejszych wyników oraz wymagań procesu, klienta lub właściwej procedury. Dwanaście miesięcy jest popularnym okresem organizacyjnym, ale nie uniwersalną zasadą.

Czy wzorcowanie akredytowane jest zawsze konieczne?
Nie dla każdego zastosowania. Jest szczególnie istotne wtedy, gdy trzeba formalnie wykazać spójność pomiarową i kompetencje laboratorium, np. w określonych systemach jakości, laboratoriach lub przy wymaganiach kontraktowych. Trzeba przy tym sprawdzić, czy konkretna usługa znajduje się w zakresie akredytacji laboratorium.

Czy legalizacja i wzorcowanie to ta sama czynność?
Nie. Legalizacja należy do prawnej kontroli metrologicznej i dotyczy przyrządów oraz zastosowań objętych odpowiednimi przepisami. Wzorcowanie służy określeniu właściwości metrologicznych przyrządu. Jedno nie zastępuje automatycznie drugiego.

Co zrobić, gdy miernik nie mieści się w wymaganej tolerancji?
Najpierw trzeba zabezpieczyć wynik „przed regulacją” i ustalić, od kiedy urządzenie mogło wykonywać błędne pomiary. Następnie można zdecydować o regulacji, naprawie, ograniczeniu zakresu użytkowania albo wymianie. Przy mierniku używanym do kontroli jakości trzeba również ocenić wpływ błędu na wcześniejsze wyniki i decyzje dotyczące produktu.

Czy naklejka z datą następnego wzorcowania wystarcza?
Nie. Naklejka ułatwia zarządzanie wyposażeniem, ale podstawą oceny jest dokumentacja wyników, zakres wykonanej usługi, niepewność pomiaru oraz przyjęte kryteria użytkowania urządzenia.

Najpierw więc nie pytaj laboratorium, „ile kosztuje kalibracja miernika?”. Sprawdź, do jakich decyzji wykorzystywany jest jego wynik, jaki błąd można zaakceptować i czy potrzebujesz jedynie wzorcowania, czy również regulacji oraz wyników przed i po niej. Jeśli urządzenie uczestniczy w kontroli jakości, największym błędem do usunięcia w pierwszej kolejności jest brak określonego kryterium akceptacji. Bez niego nawet bardzo dokładne świadectwo wzorcowania pozostaje zestawem liczb, na podstawie których nikt nie wie, czy miernik można dalej bezpiecznie używać.

Dodatkowe informacje na: https://www.merserwis.pl