Калибровка

«Ноль» перенаправляет здесь. Для правительства США антидемпинговые обязанности см. Области (сделка) . Для других видов использования см. Облажение (неоднозначности) .

Эта статья посвящена оценке точности измерительного устройства, например, шкалы или линейки. Для статистической концепции см. Калибровка (статистика) . Для концепции геометрии см. Калиброванную геометрию .

В измерения технологии и метрологии предоставленных калибровка - это сравнение значений измерений, тестовым устройством с тестируемым устройством с значением калибровки стандарта известной точности. Таким стандартом может быть еще одно измерение из измерения известной точности, устройство, генерирующее количество, которое должно быть измерено, такое как напряжение , звуковой тон или физический артефакт, такой как измеритель .

Результат сравнения может привести к одному из следующих:

• На тестируемом устройстве нет существенной ошибки
• значительная ошибка отмечается, но не было сделано регулировки
• корректировка, сделанная для исправления ошибки до приемлемого уровня

Строго говоря, термин «калибровка» означает только акт сравнения и не включает никакой последующей корректировки.

Стандарт калибровки обычно отслеживается до национального или международного стандарта, который хранится в сфере метрологического органа.

Определение BIPM

Формальное определение калибровки Международным бюро весов и измерений (BIPM) - следующее: «Операция, которая при указанных условиях на первом этапе устанавливает соотношение между значениями количества с неопределенностью измерения, предоставленными стандартами измерения и соответствующими указаниями с связанными с ними неопределенности измерения (калиброванного прибора или вторичного стандарта) и, на втором этапе, использует эту информацию для установления отношения для получения результата измерения из указания ».

В этом определении говорится, что процесс калибровки является исключительно сравнением, но вводит концепцию неопределенности измерений в отношении отношения тестирования устройства и стандарта.

Современные процессы калибровки

Растущая потребность в известной точности и неопределенности, а также необходимости иметь последовательные и сопоставимые стандарты на международном уровне привели к созданию национальных лабораторий. Во многих странах будет существовать Национальный институт метрологии (NMI), который будет поддерживать первичные стандарты измерения (основные единицы Si плюс ряд производных единиц), которые будут использоваться для обеспечения отслеживания инструментов клиента по калибровке.

NMI поддерживает метрологическую инфраструктуру в этой стране (и часто других), устанавливая непрерывную цепь, от верхнего уровня стандартов до инструмента, используемого для измерения. Примерами национальных метрологических институтов являются NPL в Великобритании , NIST в Соединенных Штатах , PTB в Германии и многих других. Поскольку соглашение о взаимном признании было подписано, теперь легко получить отслеживаемость от любого участия NMI, и для компании больше не нужно получить отслеживание для измерений из NMI страны, в которой она находится, такой как Национальная физическая лаборатория в Великобритании.

Качество калибровки

Чтобы улучшить качество калибровки и получить результаты, принятые внешними организациями, желательно для калибровки и последующих измерений, которые будут «прослеживаемыми» для международно определяемых единиц измерения. Установление отслеживания осуществляется в формальном сравнении со стандартом , который прямо или косвенно связан с национальными стандартами (например, NIST в США), международными стандартами или сертифицированными справочными материалами . Это может быть сделано национальными лабораториями стандартов, управляемых правительством или частными фирмами, предлагающими междоологические услуги.

Системы управления качеством требуют эффективной метрологической системы, которая включает в себя формальную, периодическую и документированную калибровку всех измерительных инструментов. ISO 9000 и ISO 17025 Стандарты требуют, чтобы эти прослеживаемые действия достигли высокого уровня и излагали, как их можно количественно определить.

Для передачи качества калибровки калибровочная стоимость часто сопровождается прослеживаемым заявлением о неопределенности до указанного уровня доверия. Это оценивается с помощью тщательного анализа неопределенности. Иногда для управления оборудованием в ухудшенном состоянии требуется DFS (отъезд от Spec). Всякий раз, когда это происходит, это должно быть в письменной форме и авторизовано менеджером с технической помощью специалиста по калибровке.

Измерительные устройства и инструменты классифицируются в соответствии с физическими количествами, которые они предназначены для измерения. Они различаются на международном уровне, например, NIST 150-2G в США и Nabl -141 в Индии. Вместе эти стандарты охватывают инструменты, которые измеряют различные физические величины, такие как электромагнитное излучение ( RF -датчики ), звук ( измеритель уровня звука или дозиметр шума ), время и частота ( интервалайметр ), ионизирующее излучение ( счетчик Geiger ), светлый измеритель ), Механические величины ( предельный переключатель , датчик давления , переключатель давления ) и термодинамические или термо свойства ( термометр , контроллер температуры ). Стандартный прибор для каждого испытательного устройства соответственно варьируется, например, тестировщик мертвого веса для калибровки датчика давления и тестировщик температуры сухого блока для калибровки датчика температуры.

Подсказки калибровки прибора

Калибровка может потребоваться по следующим причинам:

• новый инструмент
• После ремонта или модифицированного инструмента
• Переезд из одного места в другое место
• Когда прошел указанный период времени
• Когда указанное использование (рабочие часы) прошло
• до и/или после критического измерения
• Например, после события
  • После того, как инструмент подвергся воздействию шока, вибрации или физического повреждения, который потенциально может поставить под угрозу целостность его калибровки
  • внезапные изменения в погоде
• Всякий раз, когда наблюдения кажутся сомнительными, или индикации прибора не соответствуют выводу суррогатных инструментов
• Как указано в требовании, например, спецификация клиента, рекомендация производителя приборов.

В общем использовании калибровка часто рассматривается как включающая в себя процесс регулировки вывода или индикации на инструменте измерения, чтобы согласиться со значением приложенного стандарта в пределах указанной точности. Например, термометр может быть откалиброван, чтобы определить ошибку индикации или коррекции и скорректирована (например, через калибровочные константы), чтобы показать истинную температуру в Цельсия в определенных точках по шкале. Это восприятие конечного пользователя инструмента. Тем не менее, очень мало инструментов могут быть скорректированы так, чтобы точно соответствовать стандартам, с которыми они сравниваются. Для подавляющего большинства калибровки процесс калибровки на самом деле является сравнением неизвестного с известными и регистрационными результатами.

Базовый процесс калибровки

Цель и масштаб

Процесс калибровки начинается с конструкции измерительного прибора, который необходимо откалибровать. Конструкция должна быть в состоянии «удерживать калибровку» через интервал калибровки. Другими словами, дизайн должен быть способен проводить измерения, которые «находятся в рамках технической толерантности » при использовании в условиях заявленных средств окружающей среды в течение некоторого разумного периода времени. Наличие дизайна с этими характеристиками увеличивает вероятность того, что фактические измерительные приборы работают, как и ожидалось. По сути, цель калибровки заключается в поддержании качества измерения, а также для обеспечения надлежащей работы конкретного инструмента.

Частота

Точный механизм назначения значений толерантности варьируется в зависимости от страны и в соответствии с типом отрасли. Измерение оборудования является производителем, как правило, присваивает толерантность к измерению, предполагает интервал калибровки (CI) и указывает экологический диапазон использования и хранения. Использование организации обычно назначает фактический интервал калибровки, который зависит от вероятного вероятного уровня использования этого конкретного измерительного оборудования. Назначение интервалов калибровки может быть формальным процессом, основанным на результатах предыдущих калибровки. Сами стандарты не ясны по рекомендуемым значениям CI:

ISO 17025

«Сертификат калибровки (или калибровочная метка) не содержит никаких рекомендаций по интервалу калибровки, за исключением случаев, когда это было согласовано с клиентом. Это требование может быть заменено юридическими правилами».

ANSI/NCSL Z540

«... должен быть откалиброван или проверен через периодические интервалы, установленные и поддерживаемые для обеспечения приемлемой надежности ...»

ISO-9001

«При необходимости для обеспечения действительных результатов измерение оборудования должно ... быть откалибровано или проверено через указанные интервалы или перед использованием ...»

MIL-STD-45662A

«... должен быть откалиброван с периодическими интервалами, установленными и поддерживаемыми для обеспечения приемлемой точности и надежности ... Интервалы должны быть сокращены или могут быть удлинены подрядчиком, когда результаты предыдущих калибровки указывают на то, что такое действие подходит для поддержания приемлемого надежность. "

Требуются стандарты и точность

Следующим шагом является определение процесса калибровки. Выбор стандарта или стандартов является наиболее заметной частью процесса калибровки. В идеале, стандарт имеет менее 1/4 из -за неопределенности измерения калиброванного устройства. Когда эта цель достигается, накопленная неопределенность измерения всех задействованных стандартов считается незначительной, когда окончательное измерение также сделано с соотношением 4: 1. Это соотношение, вероятно, было сначала формализовано в Справочнике 52, которое сопровождало спецификацию программы MIL-STD-45662A, ранней спецификации Министерства обороны Министерства обороны. Это было 10: 1 с самого начала в 1950 -х годах до 1970 -х годов, когда развитие технологий сделало 10: 1 невозможным для большинства электронных измерений.

Поддерживать коэффициент точности 4: 1 с современным оборудованием сложно. Тестовое оборудование, откалиброванное, может быть таким же точным, как и рабочий стандарт. Если коэффициент точности составляет меньше 4: 1, то калибровочная допуска может быть снижена до компенсации. Когда 1: 1 достигается, только точное соответствие между стандартом и калиброванным устройством является совершенно правильной калибровкой. Другим распространенным методом борьбы с этим несоответствием возможностей является снижение точности калибровки устройства.

Например, датчик с 3% точностью, предоставленной производителем, может быть изменен на 4%, так что стандарт точности 1% можно использовать при 4: 1. Если датчик используется в приложении, требующем точностью 16%, точность манометра, сниженная до 4%, не повлияет на точность окончательных измерений. Это называется ограниченной калибровкой. Но если окончательное измерение требует 10% точности, то калибр 3% никогда не может быть лучше, чем 3,3: 1. Тогда, возможно, настройка толерантности к калибровке для датчика была бы лучшим решением. Если калибровка выполняется в 100 единиц, стандарт 1% фактически будет составлять где -то от 99 до 101 единиц. Приемлемые значения калибровки, в которых испытательное оборудование находится в соотношении 4: 1, составит от 96 до 104 единиц, включительно. Изменение приемлемого диапазона до 97–103 единиц удалило бы потенциальный вклад всех стандартов и сохранит соотношение 3,3: 1. Продолжая, дальнейшее изменение до приемлемого диапазона до 98-102 восстанавливает более 4: 1 окончательное соотношение.

Это упрощенный пример. Математика примера может быть оспорена. Важно, чтобы все мышление руководствовалось этим процессом в реальной калибровке, была записана и доступна. Неформальность вносит свой вклад в стеки толерантности и другие трудности с диагнозом после калибровки.

Также в приведенном выше примере в идеале калибровочное значение 100 единиц было бы лучшей точкой в ​​диапазоне датчика для выполнения одноточечной калибровки. Это может быть рекомендация производителя, или это может быть способ, которым аналогичные устройства уже откалибруются. Многочисленные точечные калибровки также используются. В зависимости от устройства, нулевое состояние единицы, отсутствие измеренного явления также может быть точкой калибровки. Или ноль может быть переселенным пользователем-есть несколько вариантов. Опять же, точки для использования во время калибровки должны быть записаны.

Между стандартом и калиброванным устройством могут быть конкретные методы соединения, которые могут влиять на калибровку. Например, в электронных калибровках, включающих аналоговые явления, импеданс подключений кабеля может напрямую влиять на результат.

Ручные и автоматические калибровки

Методы калибровки для современных устройств могут быть ручными или автоматическими.

Ручная калибровка - американский искатель калибровал датчик давления. Тестируемое устройство слева и стандарт испытаний справа.

В качестве примера, ручной процесс может использоваться для калибровки датчика давления. Процедура требует нескольких шагов, Чтобы подключить датчик под тестированием к эталонному мастер -дайругу и регулируемому источнику давления, применить давление жидкости как к эталонным, так и к тестовым датчикам в определенных точках над пролетом датчика и сравнить показания двух. Проверка датчика может быть скорректирована, чтобы обеспечить его нулевую точку и реакцию на давление как можно ближе к предполагаемой точности. Каждый шаг процесса требует ручного ведения записей.

Автоматическая калибровка - военнослужащий США с использованием калибратора автоматического давления 3666C

Калибратор автоматического давления это устройство, которое объединяет электронную единицу управления, усилитель давления, используемый для сжатия газа, такого как азот , датчик давления, используемый для обнаружения желаемых уровней в гидравлическом аккумуляторе , и аксессуаров, таких как ловушки жидкости и маномерные фитинги . Автоматическая система может также включать средства сбора данных для автоматизации сбора данных для ведения записей.

Описание процесса и документация

Вся приведенная выше информация собирается в процедуре калибровки, которая является конкретным методом испытаний . Эти процедуры отражают все шаги, необходимые для выполнения успешной калибровки. Производитель может предоставить одну, или организация может подготовить тот, который также захватывает все другие требования организации. Существуют клиринговые дома для калибровочных процедур, таких как Правительственная программа обмена данными (GIDEP) в Соединенных Штатах.

Этот точный процесс повторяется для каждого из стандартов, используемых до стандартов передачи, сертифицированных справочных материалов и/или естественных физических констант, достигаются стандарты измерения с наименьшей неопределенностью в лаборатории. Это устанавливает прослеживаемость калибровки.

См. Метрология для других факторов, которые рассматриваются во время разработки процесса калибровки.

После всего этого, отдельные инструменты конкретного типа, обсуждаемого выше, могут быть наконец откалиброваны. Процесс обычно начинается с базовой проверки урона. Некоторые организации, такие как атомные электростанции, собирают данные калибровки «устроенные» до того, как будет выполнено какое-либо обычное обслуживание . После учета обычного обслуживания и недостатков, обнаруженных во время калибровки, выполняется «левая» калибровка.

Чаще всего технику по калибровке доверяют весь процесс и подписывает сертификат калибровки, который документирует завершение успешной калибровки. Основной процесс, описанный выше, является сложной и дорогой проблемой. Стоимость поддержки обычного оборудования, как правило, составляет около 10% от первоначальной покупной цены на ежегодной основе, как общепринятое правило . Экзотические устройства, такие как сканирующие электронные микроскопы , газовые хроматографские системы и устройства лазерного интерферометра , могут быть еще дороже.

Устройство «единственное измерение», используемое в описании основного процесса калибровки, существует выше. Но, в зависимости от организации, большинство устройств, которые нуждаются в калибровке, могут иметь несколько диапазонов и множество функциональных возможностей в одном инструменте. Хорошим примером является обычный современный осциллограф . Легко может быть 200 000 комбинаций настроек для полной калибровки и ограничений на то, сколько калибровки все включено может быть автоматизировано.

Стойка для приборов с индикационными уплотнениями

Чтобы предотвратить несанкционированный доступ к прибору, защищенные от прибора, обычно применяются после калибровки. Изображение стойки осциллографа показывает их, и доказывает, что инструмент не был удален, так как он был в последний раз откалиброван, поскольку они будут возможны неавторизованными в корректирующие элементы инструмента. Также есть метки, показывающие дату последней калибровки, и когда калибровочный интервал диктует, когда необходим следующий. Некоторые организации также назначают уникальную идентификацию каждому инструменту для стандартизации ведения записей и отслеживания аксессуаров, которые являются неотъемлемой частью определенного условия калибровки.

Когда калибровки инструментов интегрированы с компьютерами, интегрированные компьютерные программы и любые коррекции калибровки также находятся под контролем.

Историческое развитие

Основная статья: История измерения

Происхождение

Слова «калибровать» и «калибровка» вошли в английский язык совсем недавно в американской гражданской войне , В описаниях артиллерии считается, что он получен из измерения калибра оружия.

Некоторые из самых ранних известных систем измерения и калибровки, по -видимому, были созданы между древними цивилизациями Египта , Месопотамией и долиной Инда , при этом раскопки, выявляющие использование угловых градаций для строительства. Термин «калибровка», вероятно, был сначала связан с точным делением линейного расстояния и углов с использованием делящего двигателя и измерения гравитационной массы с использованием взвешивания . Эти две формы измерения и их прямые производные поддерживали почти все торговые и технологические разработки от самых ранних цивилизаций до 1800 г. н.э.

Калибровка весов и расстояний ( ок. 1100 г. н.э. )

См. Также: Закон

Пример взвешивания с Ошибка калибровки калибровки 1 унции 1 унции при нуле. Это «ошибка нуля», которая по своей природе указана и обычно может регулироваться пользователем, но в этом случае может быть связано со строкой и резиновой полосой

Ранние устройства измерения были прямыми , то есть у них были те же единицы, что и измеряемое количество. Примеры включают длину, используя критерий и массу, используя весовой шкалу. В начале двенадцатого века, во время правления Генриха I (1100-1135), было решено, что двор будет «расстоянием от кончика носа короля до конца своего вытянутого большого пальца». Однако только в правлении Ричарда I (1197) мы находим документированные доказательства.

Ассиз мер

«На протяжении всего царства будет тот же двор того же размера, и он должен быть железом».

Последовали другие попытки стандартизации, такие как магнитная хартика (1225) для жидких мер, до тех пор, пока архивы из Франции и установление метрической системы .

Ранняя калибровка инструментов давления

Дизайн прямого чтения манометра U-Tube

Одним из самых ранних устройств измерения давления был ртутный барометр, зачисленный Торриселли (1643), который читает атмосферное давление с использованием ртути . наполненные водой манометры Вскоре после этого были разработаны . Все это будет иметь линейные калибровки с использованием гравиметрических принципов, где разница в уровнях была пропорциональна давлению. Нормальные единицы измерения будут удобными дюймами ртути или воды.

В конструкции гидростатического манометра прямого считывания справа приложенное давление P _A толкает жидкость вниз по правой стороне манометра U-образной трубки, в то время как шкала длины рядом с трубкой измеряет разницу уровней. Полученная разница в высотах «H» является прямым измерением давления или вакуума относительно атмосферного давления . При отсутствии дифференциального давления оба уровня будут равны, и это будет использоваться в качестве нулевой точки.

Промышленная революция видела принятие «косвенных» устройств измерения давления, которые были более практичными, чем манометр. Примером приведены паровые двигатели с высоким давлением (до 50 фунтов на квадратный дюйм), где ртуть использовалась для уменьшения длины шкалы до примерно 60 дюймов, но такой манометр был дорогим и подверженным повреждениям. Это стимулировало разработку косвенных инструментов для чтения, примером, трубкой Бурдона, изобретенной Юженцем Бурдоном изобретенной .

Косвенная конструкция чтения, показывающая трубку Бурдона спереди (слева) и задней (справа).

В передней и задней части вида на датчик Бурдона справа приложенное давление на нижней фитингах уменьшает сгибание на уплотненной трубе пропорционально давлению. Это перемещает свободный конец трубки, которая связана с указателем. Инструмент будет откалиброван по манометру, который будет стандартом калибровки. Для измерения косвенного количества давления на единицу площади неопределенность калибровки будет зависеть от плотности жидкости манометра и средних значений разности высот. Из этих других подразделений, таких как фунты на квадратный дюйм, могут быть выведены и отмечены по шкале.

Смотрите также

• Калибровочная кривая
• Калиброванная геометрия
• Калибровка (статистика)
• Калибровка цвета - используется для калибровки монитора компьютера или отображения.
• Тестер с темным весом
• Европейская ассоциация европейской NMIS
• Калибровка измерения микрофона
• Измерение неопределенности
• Музыкальная настройка - настройка, в музыке, означает калибровку музыкальных инструментов, чтобы играть на правильном поле.
• Лаборатория измерения точного измерения
• CAR Scale Test Car - устройство, используемое для калибровки весов , которые взвешивают железнодорожные автомобили .
• Системы измерения

Источники

• Crouch, Stanley & Skoog, Douglas A. (2007). Принципы инструментального анализа . Тихоокеанская роща: Брукс Коул. ISBN   0-495-01201-7 .