Разбиране на процеса на калибриране: Защо е важно точно четене

Въпреки че основната концепция, която може да се сравни с даден известен стандарт, може да изглежда ясна, процесът на калибриране обхваща строг набор от процедури, вериги за проследяване и контрол на качеството, които гарантират, че всяко четене може да се разчита на него. Без правилното калибриране, дори и най-сложните инструменти могат да произвеждат заблуждаващи данни, което води до неточно изследване, дефектни продукти, регулаторни санкции и предотвратими аварии. Тази статия изследва какво наистина означава калибриране, защо е незаменима, как работи процесът, различните видове и стандарти, и най-добрите организации практики трябва да приемат за поддържане на целостта на измерването.

Какво е калибриране?

Калибрирането е контролирано сравнение между устройство, което се изпитва (DUT) и еталонен стандарт за известна точност. Целта е да се определи неточно отклонението на показанията на инструмента от истинската стойност и, ако е необходимо, да се коригира инструментът, така че неговият резултат да попада в допустимите граници на толерантност. Вместо да се използва еднократно регулиране, калибрирането е постоянна дейност по осигуряване на качеството, която установява документирана връзка между резултатите от измерването и стандарта.

Две основни концепции са в основата на съвременната калибриране: проследимост и ]несигурност при измерването[. Проследимостта означава, че всяка стъпка при калибрирането може да бъде свързана обратно с национален или международен стандарт чрез непрекъсната верига от сравнения, всяка с обявена несигурност. Например, измервателен уред за налягане, калибриран във фабрика, може да бъде проследим до Националния институт по стандарти и технологии (NIST) в Съединените щати или до Международната система на единици (SI) чрез национален институт по метрология. Несигурност, от друга страна, количествено определя обхвата, в който се очаква истинската стойност да се окаже. Не се очаква измерване да бъде перфектна, а калибрирането цели да намали и характеризира тази несигурност, така че потребителите да разберат границите на техните данни.

Защо е важно да се прави сравнение

В регулираните индустрии това е правно и договорно изискване. При приложения, които са критични за безопасността, това може да означава разликата между успешна операция и катастрофална неизправност. Ето и ключови причини защо калибрирането на въпроси в различни сектори:

Точност и надеждност

Калибрирането директно определя точността на измерването. Некалибриран термометър може да се чете 37.0 °C, когато истинската температура е 38.5 °C, което води до неправилни клинични решения. По същия начин, въртящ момент гаечен ключ, който се отклонява от спецификацията може да доведе до под-затегнени болтове в крило на самолет, компрометиращ структурната цялост.

Регулаторно съответствие

Много индустрии трябва да отговарят на стандарти като ISO 9001, ISO 17025, и FDA система за качество. Тези стандарти мандат, че измервателните оборудване се калибрират на определени интервали, като се използват проследими препратки. Неспазването може да доведе до одити, глоби, загуба на сертифициране, или дори и обратно изкупуване на продукти.

Според Комисията, за да се гарантира, че мерките за помощ са съвместими с вътрешния пазар, Комисията трябва да вземе предвид всички мерки, предприети от държавата членка, в която е установен рискът.

В технологичните индустрии като нефт и газ, клапаните за намаляване на налягането, дебитомерите и газовите детектори трябва да бъдат калибрирани, за да се гарантира, че работят в безопасни граници. Лошото калибриране може да доведе до неоткриваемо свръхналягане, течове или токсични излагане.

Разходи-Ефективност и качество на продукта

Точно измерване намалява материалните отпадъци, преработка и скрап. Производител, който редовно калибрира своите измервателни уреди, ще произвежда части, които се вписват правилно първия път, спестява време и пари. Обратно, липсата на калибриране може да доведе до дефектни продукти, които трябва да бъдат изхвърлени или преработени, увеличаване на разходите и забавяне на доставката.

Валидност на почтеността и научните изследвания

В областта на научните изследвания и развитието калибрирането гарантира, че експерименталните данни са възпроизводими и сравними в различните лаборатории. Без тях научните заключения могат да бъдат невалидни, а финансирането или патентните приложения могат да бъдат подкопани чрез ненадеждни измервания.

За по-дълбоко потапяне в това, защо е важно измерването, вж. [NIST калибрационната програма .

Процесът на калибриране

Въпреки че специфичните стъпки могат да варират в зависимост от вида и промишлеността на инструмента, стандартният процес на калибриране обикновено следва тези фази:

Подготовка и планиране . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Преди-Калибрационна проверка . . Инспектирайте инструмента за повреди, износване или замърсяване. Ако това е механично устройство, проверете за нула дрейф или хистерезис. Тази стъпка помага да се определи дали инструментът се нуждае от ремонт преди калибриране.
Компрейсън Измерване[ . Използвайки референтния стандарт, вземете серия от измервания в няколко точки в обхвата на инструмента . Например, температурен сензор може да бъде изпитан при 0 °C (ледна баня), 100 °C (температура вода), и няколко междинни точки. Записаните отклонения са стойностите на грешката.
Регулировка (ако е приложимо) . . Ако инструментът има регулируеми контроли (напр., нула и обхват потенциометри), техникът може да коригира грешката, за да внесе показанията в толерантност. Някои инструменти, като някои цифрови мултиметри, не са регулируеми; вместо това, калибриране фактори се съхраняват в софтуер.
Пост-Регулаторна проверка . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Документи и сертифициране . Резултатите от калибрирането се записват в сертификат за калибриране. Сертификатът включва идентификация на инструмента, дата, референтни стандарти, измерени резултати, несигурност и подпис на неподправените лица. Той може също така да включва декларация за пропускане/неизправност и следващата дата на отчитане.
Labeling and Traceability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Важно е да се отбележи, че [коригирането не е същото като калибрирането. Калибрирането е сравнението и документацията на грешката; коригирането е коригиращо действие, което може или не може да се извърши. Някои инструменти са умишлено оставени некоригирани след калибриране, така че потребителят може да приложи корекционен коефициент в софтуера.

Пример: Калибриране на цифров размер на налягането

Дигиталният уред за налягане с обхват 0 .100 psi е калибриран с помощта на тестер за безтегловност (първичен стандарт, който генерира налягане чрез натоварване точни тежести). Техникът прилага натиск от 0, 20, 40, 60, 80 и 100 psi. При 60 psi, размерът показва 59.8 psi si . Резултатите са записани с нула ..

Видове калибриране

Калибриране услуги обикновено се категоризират от физически или електрически параметър се измерва. Ето и най-често срещаните видове:

Type	Parameters Measured	Common Instruments
Dimensional	Length, width, height, diameter, roundness, surface roughness	Calipers, micrometers, CMMs, height gauges, ring gauges
Electrical	Voltage, current, resistance, capacitance, inductance, frequency	Multimeters, oscilloscopes, power supplies, signal generators
Pressure	Gauge pressure, absolute pressure, differential pressure	Pressure gauges, transducers, barometers, manometers
Temperature	Temperature in °C, °F, K	Thermocouples, RTDs, thermistors, infrared pyrometers, liquid‑in‑glass thermometers
Flow	Volumetric flow rate, mass flow rate	Rotameters, turbine meters, Coriolis meters, ultrasonic flowmeters
Mass and Weight	Mass, force, torque	Analytical balances, load cells, torque wrenches, dynamometers
Time and Frequency	Time intervals, frequency, phase	Stopwatches, frequency counters, atomic clocks

Много лаборатории за калибриране се специализират в множество дисциплини, но някои са акредитирани само за специфични параметри. При избора на доставчик на калибриране, се гарантира, че те имат подходящ обхват на акредитация съгласно стандарти като ISO/IEC 17025.

Стандарти за калибриране и проследяемост

Гръбнакът на всички надеждни калибриране е проследимост към национален или международен стандарт. Без него калибрационният сертификат е само парче хартия. Най-широко признати са следните организации и стандарти:

NIST (Национален институт по стандарти и технологии, САЩ):[ NIST поддържа първичните стандарти за Съединените щати и предоставя услуги за калибриране чрез собствените си лаборатории или чрез акредитирани вторични лаборатории. Много търговски сертификати за калибриране състояние го проследи до NIST.
ISO (Международна организация за стандартизация): ISO 17025 е глобалният стандарт за качество на лабораториите за изпитване и калибриране. Лабораториите, които са акредитирани по ISO 17025, са доказали техническата компетентност и спазването на строгите проверки на качеството.
Национални институти по метрология (NMI): Всяка страна има свой собствен НМИ (напр. NPL във Великобритания, PTB в Германия, NIM в Китай). Тези институти разпространяват проследимостта в своите страни и участват в международни сравнения, за да се гарантира глобалната съгласуваност.
Международна система на единиците (SI): SI, поддържана от Международното бюро за тегло и мерки (BIPM), осигурява крайната референтна стойност за всички измервателни единици. Определения като например втората въз основа на цезиевия атом, уреда, основан на скоростта на светлината, и килограмите, базирани на константата на Планк, се реализират чрез първични стандарти.

За практическо разбиране на проследимостта вж. NIST Политика за проследяване.

Честота на калибриране

Колко често трябва да се калибрира инструмент? Няма никой, който да е по-голям от всички отговори. Оптималният интервал зависи от няколко фактора:

Средно използване:[ Инструмент, използван ежедневно в суровата фабрика, ще се носи по-бързо от един използван месечно в чиста лаборатория.
Производителски препоръки:[ Много създатели на инструменти определят препоръчван калибрационен интервал (напр. на всеки шест месеца или на всеки 5000 приложения).
Критика на приложение:[ Инструментите, използвани в системите за безопасност или за приемане на крайния продукт, могат да изискват по-кратки интервали, понякога след всяка партида или преди всяка употреба.
Исторически данни:[ Ако записите за калибриране показват последователно дрейф по време на няколко цикъла, интервалът може да бъде удължен (или, ако дрейфът е хаотичен, съкратен).
Околната среда:[ Излагането на екстремни температури, влажност, вибрации или замърсители може да ускори дрейф.

Обща практика е да се започне с препоръчвания интервал от производителя, след което да се коригира въз основа на историята на ефективността на инструмента. Акредитирани лаборатории често предоставят насоки за препоръки за интервал като част от доклада си за калибриране.

Последици от лошото калибриране

Ако не се направи калибровка или се използват неправилни практики за калибриране, това може да има сериозни последствия.

Ферметична продукция:[ Лошо калибриран pH-мер причинил производството на партида интравенозни разтвори при грешно pH, което довело до усложнения на пациентите и до скъпо изземане.
Изработване на аеропространство: Гаечен ключ, който не е бил калибриран след тежка употреба, е довел до затягане на болтовете под спецификацията. Грешката е била открита по време на последната проверка, което е довело до едномесечно забавяне и пълно повторно преторкиране на стотици крепежни елементи.
Енергийна индустрия: В газопровод за природен газ, диференциален дебитомер под налягане, който се е отклонил от калибрирането под докладваните дебити. Това доведе до неправилно фактуриране и правен спор между доставчика и клиента.
Изследване: Климатичните изследвания използват некалибриран радиационен сензор за шест месеца. Получените данни, когато по-късно се анализира, показват тенденция за увеличаване на облачно покритие, което всъщност е артефакт на сензорния дрейф. Нередните данни трябва да бъдат изтеглени от публикацията.

В допълнение към тези преки последици, лошото калибриране подкопава доверието в цялата система за измерване. Тя може да подкопае доверието на клиентите, да предизвика регулаторни санкции и да създаде опасности за безопасността, които застрашават работниците и обществеността.

Най-добри практики за калибриране

За да се изгради стабилна програма за калибриране, организациите трябва да приемат следните най-добри практики:

Използване на акредитирани доставчици накалибрационни услуги

Когато е възможно, изпращайте инструменти на лаборатории, акредитирани по ISO 17025 от признат орган по акредитация (напр. A2LA, UKAS, DAKKS). Тези лаборатории преминават редовни одити и предоставят сертификати с декларации за проследяване и бюджети за несигурност.

Създаване на система за управление на калибрирането

Компютъризирана система за управление на поддръжката (CMMS) или специален софтуер за калибриране може да проследява сроковете, изпраща сигнали, съхранява сертификати, и генерира доклади. Това елиминира хартия-базирани guesswork и гарантира, че няма инструмент се промъква през пукнатините.

ЖП персонал

Операторите и техниците трябва да разберат значението на калибрирането и начина на работа с инструментите, за да се избегнат повреди или дрейф. Те трябва също да знаят как да четат калибрационни етикети и да разпознават кога даден инструмент е закъснял.

Поддържане на условията на околната среда под контрол

Много инструменти са чувствителни към температура, влажност и вибрации. Съхранявайте ги в контролирана среда и ако се използват в областта, дайте им възможност да се стабилизират преди извършването на критични измервания.

Поддържане на резерв

За да се избегне забавяне по време на калибрирането, има резервни инструменти, които вече са калибрирани и готови за смяна. Това е особено важно за оборудването, което е част от производствена линия или система за безопасност.

Редовни процедури за преглед и актуализиране

Индустриалните стандарти се развиват, както и вътрешните ви процедури. Периодично преглеждайте интервалите за калибриране, проверявайте дали референтните стандарти са валидни и включвайте обратна връзка от резултатите от одита или докладите за калибриране.

Заключение

Това е далеч повече от техническа формалност, това е критична дейност за осигуряване на качеството, която подкрепя точността, безопасността и надеждността на всяко измерване. Чрез разбиране на процеса на калибриране, разпознаване на значението на проследимостта и несигурността, и прилагане на дисциплинирана програма, която следва най-добрите практики, организациите могат да се защитят от скъпи грешки, регулаторни неспазване, и рискове за безопасност. Независимо дали работите в лаборатория за изследвания, болница, фабрика, или нефтена платформа, инвестиране в правилното калибриране плаща дивиденти в целостта на данните и оперативни постижения.