Целями калибровки измерительного оборудования как меры поддержания метрологической прослеживаемости являются:
- предоставление оценки отклонения между эталонным значением и значением, полученным с использованием измерительного оборудования, и неопределенности в этом отклонении в момент фактического применения измерительного оборудования
- обеспечение проверки требуемой или заявленной неопределенности измерений, которая может быть достигнута с помощью измерительного оборудования;
- подтверждение, произошли ли какие-либо изменения в измерительном оборудовании, которые могут поставить под сомнение достоверность результатов, полученных в межкалибровочный период.
Одним из наиболее важных решений, связанных с калибровкой, является решение «когда проводить калибровку» и «как часто проводить калибровку». Частота рекалибровок является критической проблемой и зависит от многих факторов, которые необходимо учитывать лаборатории.
Наиболее важные из этих факторов следующие:
- неопределенность измерений, требуемая и оцениваемая лабораторией
- тип измерительного оборудования и его составных элементов
- риск превышения измерительным оборудованием заданных пределов (например, максимально допустимой погрешности) или требований к точности при его применении
- рекомендации изготовителя относительно измерительного оборудования (например, когда требуется неопределенность измерения, которая оценивается на основании точности прибора)
- склонность к износу оборудования и смещению его метрологических характеристик
- предполагаемый объем нагрузки на оборудование (от разового включения в работу до круглосуточного использования)
- условия окружающей среды (например, климатические условия, вибрация, ионизирующее излучение и др.)
- влияние измеряемой величины (например, воздействие высокой температуры на термопары вследствие чего ускоряется и повышается ее износ) на результаты измерений
- данные об отклонениях, полученные из предыдущих результатов калибровки
- регистрация ремонта или произошедших сбоев в работе оборудования
- частота перекрестного контроля путем сравнения с другими эталонами или средствами измерения в течение межкалибровочного интервала
- условия транспортировки оборудования
- степень подготовки персонала, работающего с оборудованием
- степень соблюдения персоналом эксплуатационной документации на оборудование
- юридические требования (например, условия договора на проведение испытаний).
Решение о межкалибровочном интервале должно приниматься персоналом, обладающим соответствующей технической компетенцией. Для каждого измерительного оборудования должна быть произведена оценка периода времени, в течение которого, вероятно, оно остается в установленных требуемых метрологических характеристиках (т.е. в максимально допустимой погрешности, неопределенности) после калибровки.
Методы определения интервалов рекалибровки
После того, как на регулярной основе было получено определенное количество последовательных результатов калибровки, то и появляется возможность корректировки интервалов рекалибровки, для того чтобы оптимизировать баланс рисков и соответствующих финансовых затрат на проведение калибровки.
Вероятно, будет обнаружено, что первоначально выбранные рекалибровочные интервалы не дают желаемых оптимальных результатов по ряду причин, например:
а) измерительное оборудование может быть более или менее надежным и стабильным, чем ожидалось;
б) степень загрузки (износа) и качество технического обслуживания оборудования могут быть не такими, как ожидалось;
c) для определенного измерительного оборудования может быть достаточно выполнить частичную калибровку вместо полной калибровки;
d) дрейф метрологических характеристик, определенный в результате рекалибровки измерительного оборудования, может показать, что требуются более короткие интервалы между калибровками или, наоборот, могут быть возможны более длительные интервалы между калибровками без увеличения рисков и т.д.
Новое измерительное оборудование следует калибровать чаще, чтобы выявить любую тенденцию в его рабочих характеристиках, которая может указывать на необходимость изменения интервала между калибровками.
Метод №1: Границы допустимых значений (календарно-временной)
Каждый раз, когда проводится плановая калибровка средства измерения, межкалибровочный интервал либо увеличивают, если неопределенность составляет, например, ниже 30 % максимально допустимой, либо сокращают, если неопределенность превышает, например, более 60 % максимально допустимой. Этот метод позволяет производить быструю корректировку интервалов легко, без дополнительной исследовательской работы.
Недостатком данного метода, предусматривающих индивидуальную подход к каждому средству измерений, может быть то, что при этом трудно поддерживать плавную, относительно стабильную и сбалансированную рабочую нагрузку на оборудовании, а также то, что для этого требуется детальное предварительное планирование.
Было бы неприемлемо устанавливать экстремальные (предельно возможные) межкалибровочные интервалы на основании данного метода, так как в этом случае недопустимо высок риск того, что придется отзывать большое количество выданных результатов измерений или переделывать большой объем работы, и такие риски в конечном итоге могут стать неприемлемыми
Рекомендуется принять соответствующее критерии для увеличения или уменьшения интервала между калибровками измерительного оборудования. Этот метод может привести к быстрой корректировке интервалов и легко выполняется без дополнительных исследований.
Метод №2: Контрольная карта (календарно-временной)
Построение контрольных карт является одним из наиболее важных инструментов статистического контроля качества и хорошо описано в различных публикациях. Это работает следующим образом: выбираются важные точки калибровки, и результаты отображаются в зависимости от времени.
По этим зависимостям можно вычислить как разброс результатов, так и дрейф, причем дрейф будет или средним дрейфом на один межкалибровочный интервал, или, если средства измерений очень стабильны, на несколько интервалов. По этим значениям можно вычислить оптимальный интервал.
Как и в случае с первым методом трудно достичь равномерного распределения работ по калибровке. Данный метод позволяет рассчитать достоверность и, по крайней мере, теоретически обеспечивает эффективный межкалибровочный интервал.
Для использования этого метода требуются значительные знания о свойствах стабильности измерительного оборудования. Возможны значительные отклонения межкалибровочных интервалов от предписанных, поскольку производительность контрольной карты может быть рассчитана и, по крайней мере, теоретически, дает эффективный интервал повторной калибровки.
Этот метод не подходит для калибровочной лаборатории, осуществляющей калибровку измерительного оборудования не имеющего инструментального дрейфа. Этот метод подходит, например, для калибровки объекта с одним заданным значением, например, для калибровки блока датчиков или меры сопротивления.
Метод №3: Хронометраж
Данный метод является вариацией метода №1 и метода №2. Базовый метод остается неизменным, но межкалибровочный интервал выражается в часах использования, а не в календарном времени, например месяцах.
Измерительное оборудование оснащено устройством, которое показывает фактическое время «в эксплуатации» и поступает на калибровку, когда индикация достигает заданного значения.
Примерами такого оборудования являются: термопары, используемые при экстремальных температурах; грузопоршневые манометры для измерения давления газа; концевые меры длины (а именно, средства измерений, которые могут подвергаться механическому износу).
Основное принципиальное преимущество этого метода заключается в том, что количество выполняемых калибровок и, следовательно, затраты на калибровку напрямую зависят от продолжительности использования измерительного оборудования.
Другим преимуществом этого метода является то, что может быть доступен автоматический контроль времени использования измерительного оборудования.
Тем не менее, этот метод также имеет следующие практические недостатки:
- не подходит для измерительного оборудования, содержащего пассивные (не требующие дополнительного источника питания для обеспечения выходного сигнала) измерительные приборы (например, аттенюаторы) или пассивные эталоны измерения (например, электрическое сопротивление или емкость);
- он не подходит для измерительного оборудования, метрологические характеристики которых могут изменяться или дрейфовать, когда оно не используется (например, находится на полке или транспортируется) или подвергается ряду коротких циклов включения-выключения;
- первоначальная стоимость предоставления и установки подходящих таймеров для измерения времени «в процессе эксплуатации» может быть высокой, если время не регистрируется вручную.
Поскольку пользователи могут вмешиваться в работу таймеров, может потребоваться дополнительный контроль, что увеличит финансовые затраты;
- планирование работ по повторной калибровке является более сложным по сравнению с методами 1 и 2, поскольку невозможно предсказать точную дату, на которую придется следующая калибровка.
Метод №4: Черный ящик
Метод №4 также является разновидностью метода №1 и метода №2 и особенно подходит, когда возможна быстрая/простая проверка измерительного оборудования или одного из его узлов. Таким методом критические параметры можно проверять постоянно (например, один раз в день или даже чаще) с помощью портативного калибровочного устройства или, предпочтительно, с помощью «черного ящика», разработанного специально для контроля выбранных параметров. Если с помощью «черного ящика» или портативного калибровочного устройства обнаруживается, что метрологические характеристики измерительного оборудования выходят за пределы максимально допустимых, оно возвращается на очередную полную калибровку и регулировку при необходимости.
Примечание:
Измерительным оборудованием, подходящим для этого метода, являются, например, плотномеры (резонансного типа), термометры сопротивления Pt (в сочетании с календарно-временными методами), дозиметры (включая источник) или измерители уровня звука (включая источник).
Основным преимуществом этого метода является то, что он обеспечивает максимальную доступность измерительного оборудования для пользователя. Он очень подходит для измерительного оборудования, географически удаленного от калибровочной лаборатории, поскольку полная калибровка выполняется только тогда, когда он оборудование не прошло контроль «черным ящиком».
Трудность заключается в определении критических параметров и проектировании «черного ящика». Хотя метод в принципе очень надежен, это несколько двусмысленно, поскольку измерительное оборудование может давать сбой по какому-то параметру, который не поддерживается «черным ящиком». Кроме того, характеристики самого «черного ящика» могут быть не постоянными, что требует выбора и периодического пересмотра интервала обслуживания черного ящика.
Сравнение методов
Ни один метод не подходит идеально для всех ситуаций, для всего измерительного оборудования и для всех лабораторий. Лаборатория может выбрать наиболее подходящий метод для каждого случая, учитывая множество вышеописанных факторов. Также могут существовать дополнительные факторы, которые повлияют на выбор лабораторией метода. Следует отметить, что на выбор метода будет влиять график планового технического обслуживания оборудования.
|
|
Метод №1 «Границы допустимых значений» |
Метод №2 «Контрольная карта» |
Метод №3 «Хронометраж» |
Метод №4 «Черный ящик» |
|
Достоверность |
средняя |
высокая |
средняя |
высокая |
|
Сложность применения |
незначительная |
большая |
средняя |
незначительная |
|
Равномерность работ по калибровке |
средняя |
средняя |
плохая |
средняя |
|
Расходы на калибровку |
средняя |
средняя |
хорошая |
средняя |
|
Применимость к конкретным измерительному оборудованию |
средняя |
плохая |
хорошая |
хорошая |
