Błąd zaczyna się często już na etapie zlecenia usługi. Firma wysyła miernik „do kalibracji”, oczekując, że wróci wyregulowany i będzie wskazywał idealną wartość. Laboratorium wykonuje natomiast wzorcowanie, dokumentuje wskazania i niepewność pomiaru, ale nie ingeruje w ustawienia urządzenia. Obie strony użyły słowa „kalibracja”, lecz rozumiały je inaczej.
Z punktu widzenia poprawnej terminologii metrologicznej sprawa jest prostsza, niż sugeruje popularne rozróżnienie: wzorcowanie i kalibracja nie są dwiema przeciwstawnymi procedurami. Główny Urząd Miar używa określenia „wzorcowanie (kalibracja)”, odpowiadającego angielskiemu calibration. Osobną czynnością jest regulacja przyrządu pomiarowego – po angielsku adjustment.
To rozróżnienie ma znaczenie praktyczne. Wzorcowanie mówi, jak naprawdę zachowuje się przyrząd w określonych punktach pomiarowych. Regulacja zmienia jego ustawienia. A sprawdzenie zgodności odpowiada jeszcze na inne pytanie: czy uzyskane wyniki mieszczą się w wymaganej tolerancji.
Wzorcowanie nie naprawia błędu – najpierw pokazuje, jaki ten błąd jest
Podczas wzorcowania przyrządu pomiarowego jego wskazania porównuje się z wartościami odniesienia zapewniającymi odpowiednią spójność pomiarową. Nie chodzi wyłącznie o wykonanie jednego pomiaru kontrolnego.
Przykładowo termometr może zostać sprawdzony w temperaturach 0°C, 50°C i 100°C. Jeżeli przy wartości odniesienia 50,00°C wskazuje 50,36°C, wynikiem wzorcowania nie jest automatyczne stwierdzenie „termometr jest dobry” albo „termometr jest zły”. Istotny jest wynik pomiaru, jego odchylenie oraz przypisana mu niepewność pomiaru.
Ta ostatnia kwestia jest często pomijana. Jeżeli wynik wynosi 50,36°C przy rozszerzonej niepewności 0,10°C, sytuacja jest inna niż przy takiej samej wartości wskazania i niepewności 0,50°C. Sama liczba pokazująca błąd wskazania nie wystarcza do świadomej decyzji o przydatności urządzenia.
W praktyce po wzorcowaniu otrzymuje się świadectwo wzorcowania. Powinno ono umożliwiać ocenę zachowania przyrządu w objętym usługą zakresie. W przypadku laboratorium akredytowanego zakres wykonywanego wzorcowania trzeba dodatkowo zestawić z zakresem jego akredytacji – sam fakt posiadania przez laboratorium certyfikatu nie oznacza, że każda wykonywana przez nie usługa znajduje się w zakresie akredytowanym.
Dobrze wykonane wzorcowanie daje przede wszystkim:
-
wyniki dla określonych punktów pomiarowych,
-
informację o błędzie lub odchyleniu wskazania,
-
określoną niepewność pomiaru,
-
dane o warunkach wykonania pomiarów, jeżeli mają znaczenie dla wyniku,
-
podstawę do zachowania spójności pomiarowej,
-
materiał do podjęcia decyzji, czy przyrząd nadaje się do konkretnego procesu.
I tu pojawia się ważne ograniczenie. Świadectwo wzorcowania nie musi automatycznie oznaczać, że urządzenie spełnia wymagania użytkownika. Przyrząd może zostać prawidłowo wzorcowany, a wyniki mogą jednocześnie pokazać, że jego błędy są zbyt duże dla konkretnego zastosowania.
Załóżmy, że suwmiarka jest używana do kontroli detalu z tolerancją ±0,05 mm. Sama informacja, że suwmiarka ma ważne świadectwo wzorcowania, nie rozwiązuje problemu. Trzeba jeszcze sprawdzić wyniki, niepewność oraz przyjęte w zakładzie kryterium przydatności wyposażenia. Przy ciasnych tolerancjach produkcyjnych przyrząd o zbyt dużej niepewności może być po prostu złym narzędziem, nawet jeżeli technicznie działa prawidłowo.
Regulacja to ingerencja w przyrząd – i po niej kontrolę trzeba wykonać ponownie
Najbardziej kłopotliwe jest używanie słowa kalibracja w znaczeniu „ustawienie urządzenia tak, żeby pokazywało dobrze”. W dokumentach metrologicznych taką operację należy odróżniać od wzorcowania. Jest to regulacja, czyli ingerencja zmieniająca charakterystykę wskazań przyrządu.
Może polegać między innymi na:
-
regulacji punktu zerowego,
-
korekcie przesunięcia wskazań,
-
zmianie współczynnika wzmocnienia,
-
mechanicznym dostrojeniu urządzenia,
-
zmianie współczynników korekcyjnych zapisanych w oprogramowaniu.
Przykład jest łatwy do pokazania na wadze. Jeżeli wzorzec masy 10,000 kg powoduje wskazanie 10,018 kg, wzorcowanie pozwala ten stan wykryć i udokumentować. Regulacja może zmienić parametry wagi tak, aby wskazanie znalazło się bliżej wartości odniesienia.
Nie powinno się jednak zakładać, że po regulacji sprawa jest zakończona. Zmiana ustawień powoduje zmianę charakterystyki przyrządu, dlatego po regulacji zazwyczaj wykonuje się ponowne wzorcowanie lub odpowiednie sprawdzenie, aby potwierdzić rezultat ingerencji.
W praktyce rozsądna kolejność wygląda więc tak:
-
sprawdzenie stanu urządzenia,
-
wzorcowanie i ustalenie rzeczywistych odchyleń,
-
ocena wyniku względem wymagań procesu,
-
regulacja, jeśli jest potrzebna i technicznie możliwa,
-
ponowne wzorcowanie lub kontrola po regulacji.
Nie każde urządzenie warto regulować. Jeżeli błąd jest stabilny, dobrze znany i można uwzględniać poprawkę wynikającą ze wzorcowania, ingerencja może być zbędna. Z kolei w produkcji seryjnej ręczne uwzględnianie poprawki przez operatora zwykle jest rozwiązaniem gorszym: zwiększa ryzyko pomyłki i komplikuje procedurę.
Jeszcze inna sytuacja występuje, gdy przyrząd jest uszkodzony albo jego wskazania są niestabilne. Regulowanie urządzenia, które raz zawyża wynik o 0,1 jednostki, a godzinę później o 0,5 jednostki, niewiele daje. Najpierw trzeba znaleźć przyczynę niestabilności – zużycie czujnika, uszkodzenie mechaniczne, wpływ temperatury, zasilanie albo problem z elektroniką.
Trzeba też oddzielić wzorcowanie od legalizacji. Legalizacja jest procedurą metrologii prawnej dotyczącą określonych prawem rodzajów przyrządów. Obejmuje sprawdzenie, stwierdzenie i urzędowe poświadczenie spełnienia wymagań. Nie można więc traktować świadectwa wzorcowania jako automatycznego zamiennika legalizacji tam, gdzie przepisy wymagają tej drugiej.
Jak ustalić częstotliwość wzorcowania i nie przepłacać za zbyt sztywny harmonogram
Popularna zasada „każdy miernik wzorcuje się raz w roku” jest wygodna administracyjnie, ale metrologicznie zbyt uproszczona. Nie istnieje jeden uniwersalny okres wzorcowania odpowiedni dla wszystkich przyrządów.
Odstęp trzeba ustalić na podstawie ryzyka oraz historii konkretnego wyposażenia. Wytyczne stosowane w laboratoriach wskazują na potrzebę przeglądania okresów między wzorcowaniami, zamiast bezrefleksyjnego utrzymywania jednej wartości przez cały okres eksploatacji.
Największe znaczenie mają:
-
wymagana dokładność pomiaru,
-
stabilność urządzenia potwierdzona wcześniejszymi wzorcowaniami,
-
intensywność użytkowania,
-
warunki środowiskowe,
-
częstotliwość transportowania urządzenia,
-
możliwość uszkodzenia lub przeciążenia,
-
zalecenia producenta,
-
znaczenie wyniku pomiaru dla bezpieczeństwa i jakości produktu,
-
możliwość wykonywania kontroli pośrednich między wzorcowaniami.
Mikrometr używany kilka razy w miesiącu w stabilnym laboratorium ma inną historię niż identyczny model pracujący codziennie na hali produkcyjnej, gdzie występują chłodziwa, pył, duże zmiany temperatury i ryzyko upadku. Ustawienie obu urządzeniom automatycznie tego samego interwału nie jest szczególnie rozsądne.
Dobrym punktem startowym dla nowego wyposażenia może być okres 12 miesięcy, jeżeli producent albo wymagania branżowe nie wskazują inaczej. Nie jest to jednak metrologiczne prawo. Po dwóch lub trzech kolejnych wzorcowaniach można sprawdzić trend wyników. Jeżeli urządzenie pozostaje stabilne i ryzyko procesu jest małe, okres można rozważyć do wydłużenia. Jeżeli odchylenia rosną, urządzenie jest intensywnie wykorzystywane albo pracuje blisko granicy dopuszczalnego błędu, interwał powinien być krótszy.
Nie należy też czekać na planowany termin po zdarzeniu, które mogło zmienić właściwości metrologiczne przyrządu. Dodatkowe sprawdzenie lub wzorcowanie ma sens między innymi:
-
po naprawie,
-
po regulacji,
-
po upadku lub przeciążeniu,
-
po transporcie szczególnie wrażliwej aparatury,
-
po pracy poza dopuszczalnymi warunkami środowiskowymi,
-
gdy wyniki kontroli pośredniej zaczynają odbiegać od wcześniejszych,
-
po uzyskaniu nietypowych albo niewytłumaczalnych wyników procesu.
Nie oznacza to, że każde wyposażenie trzeba wysyłać do laboratorium po najmniejszym incydencie. Dla wielu urządzeń sensowne są sprawdzenia pośrednie wykonywane we własnym zakładzie. Waga może być okresowo kontrolowana odpowiednim wzorcem masy, termometr – w ustalonym punkcie odniesienia, a przyrząd do pomiaru długości – za pomocą właściwego wzorca roboczego. Taka kontrola nie zastępuje wzorcowania, ale potrafi szybko wykryć nagły dryft.
Koszt wzorcowania zależy przede wszystkim od rodzaju przyrządu, zakresu oraz liczby punktów pomiarowych. Publiczny cennik Głównego Urzędu Miar dobrze pokazuje skalę różnic: wzorcowanie może być rozliczane za pojedynczy punkt pomiarowy, za zakres albo według liczby roboczogodzin. Dla przykładu w usługach GUM pojedynczy punkt dla wybranych pomiarów multimetru jest wyceniany na kilkadziesiąt złotych, podczas gdy bardziej złożone wzorcowania kosztują kilkaset złotych lub są kalkulowane indywidualnie. Dlatego przy zamówieniu trzeba pytać nie tylko o cenę „wzorcowania urządzenia”, lecz także o liczbę punktów, zakres pomiarowy, niepewność oraz zakres akredytacji laboratorium.
Najtańsza oferta jest bezużyteczna, jeżeli obejmuje punkty, których później nie wykorzystujesz. Termometr pracujący wyłącznie w procesie 2–8°C nie potrzebuje automatycznie rozbudowanego wzorcowania w całym zakresie od -50°C do +150°C. Znacznie ważniejsze jest odpowiednie zagęszczenie punktów w zakresie rzeczywistego zastosowania.
FAQ
Czy wzorcowanie i kalibracja to dokładnie to samo?
W polskiej oficjalnej terminologii metrologicznej wzorcowanie jest odpowiednikiem angielskiego calibration. GUM używa również zapisu „wzorcowanie (kalibracja)”. Nie należy natomiast utożsamiać kalibracji z regulacją urządzenia.
Czy podczas wzorcowania laboratorium ustawia urządzenie?
Nie jest to istotą wzorcowania. Wzorcowanie ustala relację między wskazaniami przyrządu a wartościami odniesienia. Jeżeli potrzebna jest ingerencja w ustawienia urządzenia, mamy do czynienia z regulacją. Po niej należy potwierdzić jego zachowanie pomiarowe.
Czy świadectwo wzorcowania oznacza, że miernik jest sprawny?
Nie automatycznie. Świadectwo przedstawia wyniki wzorcowania. To użytkownik musi porównać je z kryteriami obowiązującymi w swoim procesie, chyba że zlecono laboratorium również ocenę zgodności według jednoznacznie określonego kryterium.
Czy urządzenie trzeba wzorcować co 12 miesięcy?
Nie ma jednej częstotliwości dla całego wyposażenia pomiarowego. Rok jest często stosowanym okresem początkowym, ale dalszy interwał powinien wynikać z ryzyka, stabilności przyrządu, historii wcześniejszych wyników, intensywności eksploatacji, warunków pracy oraz zaleceń producenta.
Kiedy nie należy czekać do kolejnego planowego wzorcowania?
Po naprawie, regulacji, poważnym uderzeniu, przeciążeniu, pracy w niedopuszczalnych warunkach albo pojawieniu się niewytłumaczalnych wyników. W takich przypadkach termin zapisany w harmonogramie przestaje być najważniejszy.
Czy każde wzorcowanie musi być akredytowane?
Nie w każdym zastosowaniu. Trzeba jednak sprawdzić wymagania klienta, normy, procedury jakościowe i potrzebę wykazania spójności pomiarowej. Jeżeli wymagane jest wzorcowanie akredytowane, należy sprawdzić nie tylko samo laboratorium, lecz także to, czy konkretny rodzaj pomiaru i zakres znajdują się w jego aktualnym zakresie akredytacji.
Czym wzorcowanie różni się od legalizacji?
Wzorcowanie określa właściwości metrologiczne przyrządu przez odniesienie jego wskazań do odpowiednich wartości odniesienia. Legalizacja jest formalną procedurą przewidzianą przepisami dla określonych przyrządów pomiarowych i potwierdza spełnienie wymagań metrologii prawnej.
Pierwszy błąd do usunięcia jest więc prosty: nie wpisuj w procedurze „kalibracja = regulacja”. Najpierw ustal, czego naprawdę potrzebujesz – wzorcowania, oceny zgodności, regulacji czy legalizacji. Następnie sprawdź zakres pomiarowy używany w procesie, dopuszczalny błąd i wymaganą niepewność. Dopiero na tej podstawie wybieraj laboratorium, punkty wzorcowania i termin następnej kontroli. Harmonogram „raz na rok dla wszystkiego” powinien być rozwiązaniem tymczasowym, a nie zasadą zarządzania wyposażeniem pomiarowym.
Dodatkowe informacje na: https://www.merserwis.pl.
