Publikacje z Metrologii

Po co komu wzorcowanie przyrządów pomiarowych?

Na tak postawione pytanie najlepiej odpowiedzieć kolejnym pytaniem. A mianowicie, w jaki sposób upewnić się, że dany przyrząd w trakcie pomiarów „dobrze” wskazuje? Czy 12,25 V odczytane z jego wyświetlacza jest tak naprawdę tymi 12,25 V? Czy zmierzona mikrometrem grubość podkładki dająca wynik o wartości 5,002 mm jest faktycznie tak gruba?
Jedynym sposobem, umożliwiającym przekonanie się co da wiarygodności działania przyrządu pomiarowego jest wzorcowanie (inaczej kalibracja), czyli porównanie jego wskazań z innym tego typu przyrządem. Nie ma niestety innego sposobu potwierdzenia charakterystyk metrologicznych przyrządu i oceny jego parametrów.
I tu nasuwa się kolejne pytanie, z jakim przyrządem przeprowadzić te porównania? Przyrząd lub wzorzec, za pośrednictwem którego chcemy sprawdzić charakterystyki metrologiczne innego przyrządu, powinien spełniać następujące warunki: musi mieć lepsze możliwości pomiarowe tj. powinien być „dokładniejszy” oraz powinien posiadać powiązanie z innymi wzorcami, czyli powinien mieć określone swoje charakterystyki w odniesieniu do innego „lepszego” przyrządu. Oczywiście obydwa porównywane przyrządy powinny służyć do pomiarów tej samej wielkości fizycznej (np. długości) wyrażonej w tych samych jednostkach miar (np. metrach).
Tak na marginesie, porównywanie wartości danej wielkości z jednostką miary tej wielkości to nic innego, jak tylko wykonywanie pomiaru.
Reasumując, kalibracja sprowadza się do porównania wskazań przyrządów, przy spełnieniu określonych warunków tego procesu. Jego ostatecznym celem jest zawsze określenie „kondycji” i „jakości” metrologicznej wzorcowanego przyrządu, mówiące o jego przydatność do wykonywania pomiarów, w tym również przekazywania jednostki miary. Wynikiem kalibracji może też być ocena zgodności lub oświadczenie, że wzorcowany przyrząd spełnia określone w dokumentach normatywnych lub normach wymagania metrologiczne.
Teraz przejdźmy do bardziej formalnych dywagacji. Według definicji, wzorcowanie to zespół czynności wykonywanych w określonych warunkach, mających na celu ustalenie zależność między wartościami wielkości mierzonej wskazanymi przez przyrząd pomiarowy lub układ pomiarowy, a odpowiednimi wartościami wielkości fizycznych, realizowanymi przez wzorzec jednostki miary. Powyższa zależność najczęściej zostaje określona i przedstawiona w Świadectwie Wzorcowania w postać wyniku, który może przyjmować postać błędu wskazań, odchyłki lub też postać samej wartości wielkości zmierzonej. Należy pamiętać, że wynik pomiaru, to według definicji, wartość przypisana wielkości mierzonej uzyskana drogą pomiaru. W rzeczywistości, wynik pomiaru jest tylko i wyłącznie pewnym przybliżeniem wartości mierzonej.
Dlatego też, jego nierozłączną częścią jest niepewność pomiaru, która to określa z jaką „dokładnością” laboratorium wzorcujące wykonało pomiary i związku z tym jakiej „jakości” uzyskało wyniki. Rozszerzenie wyniku „y” o wartość niepewności ±U daje przedział ((y-U)÷(y+U)), wewnątrz którego można z zadowalającym prawdopodobieństwem znaleźć wartość poprawną wielkości mierzonej. Zasady szacowania niepewności pomiarów przedstawione są w dokumencie EA-4/02 „Wyrażanie niepewności pomiaru przy wzorcowaniu”.
W procesie wzorcowania powinien być spełniony jeszcze jeden kluczowy warunek, a mianowicie musi być zapewnienia spójność pomiarowa, która pozwala powiązać przyrząd stosowany przez laboratorium do wzorcowania, z określonymi wzorcami odniesienia, zazwyczaj państwowymi lub międzynarodowymi jednostkami miary. To powiązanie jest realizowane za pośrednictwem nieprzerwanego łańcucha porównań, z których wszystkie mają określone niepewności. W wielkim skrócie, polega to na tym, iż każdy wzorzec który uczestniczy w procesie wzorcowania, powinien znajdować się gdzieś w nieprzerwanym łańcuchu odniesień, na szczycie którego znajduje się etalon. Oczywiście, czym wyżej w tej hierarchii znajduje się wzorzec laboratorium, tym lepiej – ponieważ wyznaczenie jego charakterystyk metrologicznych obarczone jest mniejszą niepewnością, czyli większą dokładnością.
Należy pamiętać, że wzorcowanie to nie tylko pomiary, to cały złożony proces, który zaczyna się od przygotowania przyrządu i zapewnienia mu odpowiednich warunków środowiskowych w trakcie pomiaru, poprzez wybór właściwej metody i wzorców, skończywszy na wykonaniu pomiarów i statystycznym ujęciu ich wyników, które w efekcie końcowym dają wynik wraz z oszacowaną niepewnością pomiaru.
Jest bardzo istotne, żeby na każdym etapie tego procesu mieć pełną świadomość wykonywanych operacji oraz umiejętność interpretowania uzyskiwanych rezultatów, bo właśnie na tej świadomości buduje się dobrą praktykę laboratoryjną.

start