Войти
 | Найдите калибровка в Wiktionary, бесплатном словаре. |
В измерительной технике и метрология, калибровка - это сравнение значений измерения, выдаваемых тестируемым устройством со значениями калибровочного стандарта известной точности. Таким эталоном может быть другое измерительное устройство с известной точностью, устройство, генерирующее измеряемую величину, такую как напряжение, звук тон или физический артефакт, такой как метр линейка.
Результат сравнения может привести к одному из следующих результатов:
Строго говоря, термин «калибровка» означает просто акт сравнения и не включает в себя никаких последующих корректировок.
Стандарт калибровки обычно соответствует национальному / международному стандарту, установленному национальным метрологическим органом.
Формальное определение калибровки, данное Международным бюро весов и Меры (BIPM) - это следующее: «Операция, которая при определенных условиях, на первом этапе, устанавливает связь между величинами величин с погрешностями измерения, предусмотренными стандартами измерений, и соответствующими показаниями со связанными погрешностями измерения (откалиброванных инструмент или вторичный эталон), а в на втором этапе эта информация используется для установления связи для получения результата измерения от показания. "
Это определение утверждает, что процесс калибровки является чисто сравнением, но вводит понятие неопределенности измерения в отношении точности тестируемого устройства и стандарта.
Возрастающая потребность в известной точности и неопределенности, а также потребность в согласованных и сопоставимых международных стандартах привели к созданию национальных лабораторий. Во многих странах будет существовать Национальный метрологический институт (НМИ), который будет поддерживать первичные эталоны измерений (основные единицы СИ плюс ряд производных единиц), которые будут использоваться для обеспечения прослеживаемости на приборы заказчика путем калибровки.
НМИ поддерживает метрологическую инфраструктуру в этой стране (и часто в других), создавая непрерывную цепочку от стандартов высшего уровня до приборов, используемых для измерения. Примеры национальных метрологических институтов: NPL в UK, NIST в США, PTB в Германии и многие другие. другие. С момента подписания Соглашения о взаимном признании теперь просто получить возможность прослеживаемости от любого участвующего НМИ, и компании больше не нужно получать прослеживаемость для измерений от НМИ страны, в которой она расположена, например, Национальная физическая лаборатория в Великобритании.
Для повышения качества калибровки и принятия результатов сторонними организациями желательно, чтобы калибровка и последующие измерения были "прослеживаемыми" до международно определенных единиц измерения. Установление прослеживаемости осуществляется путем формального сравнения с стандартом, который прямо или косвенно связан с национальными стандартами (такими как NIST в США), международными стандартами, или сертифицированные справочные материалы. Это может быть сделано национальными лабораториями эталонов, управляемыми государством, или частными фирмами, предлагающими метрологические услуги.
Системы менеджмента качества требуют эффективной метрологической системы, которая включает формальную, периодическую и документированную калибровку всех средств измерений. Стандарты ISO 9000 и ISO 17025 требуют, чтобы эти отслеживаемые действия были на высоком уровне и определяли, как их можно количественно оценить.
Чтобы сообщить о качестве калибровки, калибровочное значение часто сопровождается прослеживаемым заявлением о погрешности до установленного уровня достоверности. Это оценивается путем тщательного анализа неопределенности. Иногда требуется DFS (Departure From Spec) для работы оборудования в деградированном состоянии. Когда это происходит, это должно быть сделано в письменной форме и разрешено менеджером при технической поддержке специалиста по калибровке.
Измерительные приборы и инструменты подразделяются на категории в соответствии с физическими величинами, для измерения которых они предназначены. Они различаются в разных странах, например, NIST 150-2G в США и -141 в Индии. Вместе эти стандарты охватывают приборы, которые измеряют различные физические величины, такие как электромагнитное излучение (радиочастотные датчики ), звук (измеритель уровня звука или дозиметр шума ), время и частота (интервалометр ), ионизирующее излучение (счетчик Гейгера ), свет (люксметр ), механические параметры (концевой выключатель, манометр, датчик давления ), а также термодинамические или термические свойства (термометр, регулятор температуры ). Стандартный прибор для каждого испытательного устройства различается соответственно, например, грузомер для калибровки манометра и измеритель температуры сухого блока для калибровки датчика температуры.
Калибровка может потребоваться по следующим причинам:
В общем случае калибровка часто рассматривается как включающая процесс настройки выхода или индикации на измерительных входах. согласование со значением применяемого стандарта, в пределах заданной точности. Например, термометр можно откалибровать, чтобы определить погрешность показания или поправку и отрегулировать (например, с помощью констант калибровки ), чтобы он показывал истинную температуру в Цельсия в определенных точках шкалы. Это восприятие конечного пользователя прибора. Однако очень немногие инструменты можно отрегулировать для точного соответствия стандартам, с которыми они сравниваются. Для подавляющего большинства калибровок процесс калибровки фактически представляет собой сравнение неизвестного с известным и запись результатов.
Процесс калибровки начинается с разработки измерительного прибора, который необходимо калибровать. Конструкция должна иметь возможность «проводить калибровку» в течение своего интервала калибровки. Другими словами, конструкция должна обеспечивать измерения, которые находятся «в пределах инженерного допуска » при использовании в указанных условиях окружающей среды в течение некоторого разумного периода времени. Наличие конструкции с этими характеристиками увеличивает вероятность того, что реальные измерительные приборы будут работать так, как ожидалось. В основном цель калибровки - поддержание качества измерения, а также обеспечение правильной работы конкретного прибора.
Точный механизм назначения значений допуска зависит от страны и отрасли. При измерении оборудования производитель обычно назначает допуск измерения, предлагает интервал калибровки (CI) и указывает диапазон окружающей среды для использования и хранения. Использующая организация обычно назначает фактический интервал калибровки, который зависит от вероятного уровня использования этого конкретного измерительного оборудования. Назначение интервалов калибровки может быть формальным процессом, основанным на результатах предыдущих калибровок. Сами стандарты не содержат четких указаний по рекомендуемым значениям CI:
Следующим шагом является определение процесса калибровки. Выбор стандарта или стандартов - наиболее заметная часть процесса калибровки. В идеале эталон имеет менее 1/4 неопределенности измерения калибруемого устройства. Когда эта цель достигнута, совокупная неопределенность измерений всех задействованных стандартов считается незначительной, если окончательное измерение также выполняется с соотношением 4: 1. Это соотношение, вероятно, было впервые формализовано в Руководстве 52, которое сопровождало MIL-STD-45662A, раннюю спецификацию метрологической программы Министерства обороны США. Оно составляло 10: 1 с момента его создания в 1950-х до 1970-х, когда развитие технологий сделало невозможным 10: 1 для большинства электронных измерений.
Поддерживать коэффициент точности 4: 1 с помощью современного оборудования сложно. Калибруемое испытательное оборудование может быть таким же точным, как и рабочий эталон. Если коэффициент точности меньше 4: 1, то допуск калибровки может быть уменьшен для компенсации. Когда достигается соотношение 1: 1, только точное соответствие между стандартом и калибруемым устройством является полностью правильной калибровкой. Другой распространенный метод устранения этого несоответствия возможностей - снижение точности калибруемого устройства.
Например, датчик с точностью 3%, заявленной производителем, можно изменить на 4%, чтобы можно было использовать стандарт точности 1% при 4: 1. Если датчик используется в приложении, требующем точности 16%, снижение точности датчика до 4% не повлияет на точность окончательных измерений. Это называется ограниченной калибровкой. Но если окончательное измерение требует точности 10%, то значение 3% никогда не будет лучше, чем 3,3: 1. Тогда, возможно, лучшим решением будет регулировка допуска калибровки для манометра. Если калибровка выполняется на 100 единицах, стандарт 1% фактически будет где-то между 99 и 101 единицей. Приемлемые значения калибровок при соотношении испытательного оборудования 4: 1 должны составлять от 96 до 104 единиц включительно. Изменение допустимого диапазона с 97 до 103 единиц устранит потенциальный вклад всех стандартов и сохранит соотношение 3,3: 1. Продолжая, дальнейшее изменение допустимого диапазона от 98 до 102 восстанавливает окончательное соотношение более 4: 1.
Это упрощенный пример. Математика примера может быть оспорена. Важно, чтобы все мысли, которыми руководствовался этот процесс при реальной калибровке, были записаны и доступны. Неформальность способствует возникновению пакетов допусков и другим сложным для диагностики проблемам после калибровки.
Также в приведенном выше примере в идеале значение калибровки в 100 единиц было бы лучшей точкой в диапазоне датчика для выполнения одноточечной калибровки. Это может быть рекомендация производителя или способ, которым подобные устройства уже калибруются. Также используются многоточечные калибровки. В зависимости от устройства, состояние нулевой единицы, отсутствие измеряемого явления также может быть точкой калибровки. Или ноль может быть сброшен пользователем - возможны несколько вариантов. Опять же, точки для использования во время калибровки должны быть записаны.
Между эталоном и калибруемым устройством могут быть особые методы соединения, которые могут повлиять на калибровку. Например, при электронной калибровке, связанной с аналоговыми явлениями, сопротивление кабельных соединений может напрямую влиять на результат.
Методы калибровки для современных устройств могут быть ручными или автоматическими.
Ручная калибровка - американский военнослужащий калибрует манометр. Испытуемое устройство находится слева от него, а эталон для испытаний - справа. В качестве примера можно использовать ручной процесс для калибровки манометра. Процедура требует выполнения нескольких шагов, чтобы подключить тестируемый манометр к эталонному эталонному манометру и регулируемому источнику давления, подать давление жидкости как на эталонный, так и на испытательный манометры в определенных точках на всем диапазоне манометра и сравнить показания два. Тестируемый манометр может быть отрегулирован так, чтобы его нулевая точка и реакция на давление максимально соответствовали заданной точности. Каждый этап процесса требует ручного ведения записей.
Автоматическая калибровка - военнослужащий из США использует автоматический калибратор давления 3666C Автоматический калибратор давления - это устройство, объединяющее в себе электронный блок управления, усилитель давления, используемый для сжатия газа, такого как Азот, датчик давления, используемый для определения желаемых уровней в гидроаккумуляторе, и аксессуары, такие как ловушки для жидкости и манометрические фитинги. Автоматическая система может также включать средства сбора данных для автоматизации сбора данных для ведения учета.
Вся указанная выше информация собирается в процедуре калибровки, которая представляет собой особый метод испытаний. Эти процедуры охватывают все шаги, необходимые для успешной калибровки. Производитель может предоставить один или организация может подготовить такой, который также охватывает все другие требования организации. Для процедур калибровки существуют информационные центры, такие как Программа обмена данными между правительством и промышленностью (GIDEP) в США.
Этот точный процесс повторяется для каждого из используемых стандартов до тех пор, пока не будут достигнуты стандарты переноса, сертифицированные стандартные образцы и / или естественные физические константы, эталоны с наименьшей погрешностью в лаборатории.. Это устанавливает прослеживаемость калибровки.
См. Метрология для получения информации о других факторах, которые учитываются при разработке процесса калибровки.
После всего этого можно, наконец, откалибровать отдельные инструменты указанного выше типа. Обычно процесс начинается с базовой проверки повреждений. Некоторые организации, такие как атомные электростанции, собирают данные калибровки «как было найдено» перед выполнением текущего обслуживания. После того, как текущее обслуживание и недостатки, обнаруженные во время калибровки, устранены, выполняется калибровка «как осталось».
Чаще всего, специалисту по калибровке доверяют весь процесс и подписывают сертификат калибровки, который документирует завершение успешной калибровки. Описанный выше основной процесс - сложная и дорогостоящая задача. Стоимость поддержки обычного оборудования обычно составляет около 10% от первоначальной закупочной цены в год в соответствии с общепринятым практическим правилом. Экзотические устройства, такие как сканирующие электронные микроскопы, системы газового хроматографа и лазерные устройства с интерферометром, могут быть еще более дорогостоящими в обслуживании.
Устройство «однократного измерения», используемое в описании базового процесса калибровки выше, действительно существует. Но, в зависимости от организации, большинство устройств, нуждающихся в калибровке, могут иметь несколько диапазонов и множество функций в одном приборе. Хороший пример - распространенный современный осциллограф . Легко может быть 200 000 комбинаций настроек для полной калибровки и ограничения на то, какая часть комплексной калибровки может быть автоматизирована.
Стойка для инструментов с пломбами, указывающими на вскрытие. Для предотвращения несанкционированного доступа к прибору после калибровки обычно устанавливаются пломбы, защищающие от взлома. На изображении стойки осциллографа они показаны и подтверждают, что прибор не снимался с момента последней калибровки, так как они могут быть несанкционированы к регулировочным элементам прибора. Также есть метки, показывающие дату последней калибровки и то, когда интервал калибровки указывает, когда потребуется следующая. Некоторые организации также присваивают каждому прибору уникальную идентификацию для стандартизации ведения документации и отслеживания принадлежностей, которые являются неотъемлемой частью определенного условия калибровки.
Когда калибруемые инструменты интегрированы с компьютерами, интегрированные компьютерные программы и любые корректировки калибровки также находятся под контролем.
Слова «калибровка» и «калибровка» вошли в английский язык совсем недавно, во время Гражданской войны в США. в описании артиллерии считается производным от калибра орудия.
Некоторые из самых ранних известных систем измерения и калибровки, похоже, были созданы между древними цивилизациями Египта, Месопотамии и Долина Инда, раскопки показали, что при строительстве использовались угловые градации. Термин «калибровка», вероятно, впервые был связан с точным разделением линейного расстояния и углов с использованием разделяющего двигателя и измерения гравитационной массы с использованием весов. Эти две формы измерения сами по себе и их прямые производные поддерживали почти всю торговлю и развитие технологий с древнейших цивилизаций примерно до 1800 г. нашей эры.
Пример весы с ошибкой калибровки ½ унции на нуле. Это "ошибка обнуления", которая указывается по сути и может быть скорректирована пользователем, но в данном случае это может быть связано с веревкой и резинкой. Ранние измерительные устройства были прямыми, т. Е. Имели те же единицы измерения, что и измеряемая величина. Примеры включают длину с использованием мерки и массу с использованием весов. В начале двенадцатого века, во время правления Генриха I (1100–1135), было объявлено, что ярд - это «расстояние от кончика носа короля до кончика его вытянутого большого пальца». Однако только во времена правления Ричарда I (1197 г.) мы находим документальные свидетельства.
Последовали другие попытки стандартизации, такие как Великая хартия вольностей (1225) для жидких мер, до Mètre des Archives из Франции и создания Метрическая система.
Конструкция U-образного манометра с прямым считыванием Одним из первых устройств для измерения давления был барометр Mercury, созданный Торричелли ( 1643), в котором атмосферное давление обозначается как Меркурий. Вскоре были разработаны водонаполненные манометры. Все они должны иметь линейную калибровку с использованием гравиметрических принципов, где разница в уровнях пропорциональна давлению. Обычными единицами измерения были бы удобные дюймы ртутного столба или воды.
В конструкции гидростатического манометра с прямым считыванием справа, приложенное давление P a толкает жидкость вниз по правой стороне U-образной трубки манометра, а шкала длины рядом с трубкой измеряет разница уровней. Результирующая разность высот «H» является прямым измерением давления или вакуума по отношению к атмосферному давлению. В отсутствие перепада давления оба уровня будут равны, и это будет использоваться в качестве нулевой точки.
Промышленная революция привела к появлению «косвенных» устройств измерения давления, которые были более практичными, чем манометр. Примером могут служить паровые двигатели высокого давления (до 50 фунтов на квадратный дюйм), где ртуть использовалась для уменьшения длины шкалы примерно до 60 дюймов, но такой манометр был дорогим и мог повредиться. Это стимулировало развитие инструментов для косвенного считывания, ярким примером которых является трубка Бурдона, изобретенная Эженом Бурдоном.
Конструкция с косвенным считыванием показаний трубки Бурдона спереди (слева) и сзади (справа). На виде спереди и сзади манометра Бурдона справа приложенное давление на нижнем фитинге уменьшает скручивание на сплющенная труба пропорционально давлению. Это перемещает свободный конец трубки, которая связана с указателем. Инструмент будет откалиброван по манометру, который будет эталоном калибровки. Для измерения косвенных величин давления на единицу площади неопределенность калибровки будет зависеть от плотности жидкости манометра и способов измерения разницы высот. Из этого можно вывести другие единицы, такие как фунты на квадратный дюйм, и отметить их на шкале.
Крауч, Стэнли и Скуг, Дуглас А. (2007). Принципы инструментального анализа. Пасифик Гроув: Брукс Коул. ISBN 0-495-01201-7.
IS: ISO: ISI: 17025: 2005
