Як бути впевненим, що ви знімаєте точні свідчення

Ви серйозно ставитеся до свого електровимірювального інструментарію. Ви купуєте прилади від провідних світових виробників і розраховуєте на те, що ці прилади працюватимуть надійно, надаючи точні дані вимірювань. Ви в курсі того, що деякі ваші колеги відправляють свої цифрові вимірювачі та тестери до метрологічних лабораторій на калібрування і дивуєтесь, навіщо вони це роблять? Зрештою, весь цей вимірювальний арсенал – електронний, тобто. апріорі відсутнє будь-яке переміщення або зрушення, що ведуть до внутрішнього розбалансування приладів. Постає питання: а чим ті хлопці з калібрувальних лабораторій займаються, просто змінюють акумуляторні батареї і все?

Звичайно, такого роду занепокоєння справедливі, особливо в ситуаціях, коли ви прямо зараз не можете користуватися своїм приладом за його відсутністю, оскільки він (прилад) проходить процедури калібрування. Але давайте поглянемо на ситуацію з іншого боку. Наприклад, а якщо мала місце якась подія, яка зробила ваш інструмент менш точним, а то й взагалі небезпечним? А що якщо ви працюєте з жорсткими припущеннями, коли високоточні вимірювання є ключем до належної експлуатації конкретного технологічного обладнання чи систем безпеки? А що якщо ви аналізуєте дані з метою вироблення програм техобслуговування пристроїв і механізмів, при цьому два однотипні прилади, що використовуються, генерують результати вимірювань, що значно різняться між собою?

Що таке калібрування?

Більшість фахівців грішать тим, що проводять порівняльні тести двох приладів, що називається «у полі» і вважають їх «відкаліброваними», якщо ці прилади видають однакові результати вимірювань. Насправді до самого калібрування це не має жодного стосунку. Це не більше, ніж порівняльне тестування на практиці своїх приладів. Такий підхід може вказати на те, чи взагалі є якась проблема, але вказати який саме вимірювальний прилад видає правильні показання, а який ні - неможливо. А якщо обидва прилади не відкалібровані на однакову величину і за єдиними стандартами, то взагалі нічого не побачите. Крім того, «порівняльні тести» не вкажуть вам і на негативні тенденції, тобто ви не дізнаєтеся, насправді ваш прилад має поломку або йому потрібне просте калібрування.

Для того, щоб калібрування було ефективним, стандарти калібрування повинні бути більш точними, ніж сам прилад, що тестується. Більшість із нас мають мікрохвильові печі або інші побутові прилади, на дисплеях яких відображається час у годинах та хвилинах. Більшість із нас живуть у місцях, коли нам доводиться міняти час на годиннику щонайменше двічі на рік, а також і у випадках з перебоями електрики. Так ось, коли ви по-новому встановлюєте час на побутових пристроях, то що ви використовуєте як еталонний показник часу? Чи використовуєте ви годинник, який показує секунди? Ймовірно, ви встановлюєте свій час за «встановлюючим» пристроєм, коли еталонний показник часу знаходиться «нагорі» хвилинного відліку (наприклад, нуль секунд). Метрологічні лабораторії слідують тій самій філософії. Вони спостерігають, наскільки точно ваш показник всіх минулих хвилин накладається на еталонний показник секунд. При цьому такі тести здійснюються на багатьох точках шкал вимірів.
Для калібрування потрібні стандарти щонайменше в 10 разів точніші, ніж сам тестований прилад. В іншому випадку ви здійснюєте калібрування в межах допусків, що перекриваються, при цьому допуски ваших стандартів генерують неадекватні результати «пройшов калібрування» або «не пройшов калібрування» або навпаки. Давайте подивимося на прикладі, про що йдеться.

Два прилади A і B вимірюють 100 V в межах 1 %. При 480 V обидва прилади перебувають у межах допуску. При вході 100 V пристрій A зчитує 99.1 V, а пристрій B зчитує 100.9 V. Але якщо ви приймете пристрій B за стандарт, то пристрій A виходить за рамки встановлених для нього допусків. Однак, якщо прилад має точність 0.1 %, то його показання при вимірюваннях 100 V стануть 100.1 V. Тепер якщо ви порівняєте прилади A і B, то прилад A буде вже знаходитися в рамках допуску. Також очевидно, що пристрій A знаходиться на нижньому переділі діапазону допустимих похибок. Регулюючи показання приладу A підвищення точності його зчитувань, імовірно утримає цей прилад від генерування неточних даних у періоди між калібруваннями, оскільки якщо й матиме місце зміщення його показань, то це буде в межах норми.

Саме собою калібрування як така, це процедура порівняння показань конкретного приладу із встановленими стандартами. Правильне калібрування передбачає використання NIST-відносного стандарту тобто такого стандарту, який затверджений офіційною документацією, тим самим, зчитувані показання приладу, що калібрується, порівнюються з цілим ланцюжком стандартів, висхідних до основного стандарту, що підтримується Національним Інститутом Стандартів і Технологій.

На практиці калібрування включає процедури коригування. Зазвичай, якщо ви відправляєте прилад на калібрування і тут виникла необхідність ремонту цього приладу, то калібрування після цього ремонту обов'язкове. Вам повинні видати звіт, що засвідчує, наскільки далеко від еталонних відстояли показання приладу до його ремонту і наскільки близько до еталонних ці показання знаходяться після ремонту. Вам стане відома величина коригованої помилки показань приладу, а також величина похибки, що залишилася після калібрування, але так, щоб ця похибка була в рамках допусків, тим самим приладом можна було б користуватися і поточна похибка не перевищувала б величину з моменту останнього калібрування.
Якщо в калібрувальному звіті наводяться грубі помилки в роботі приладу, тоді вам, ймовірно, потрібно повернутися до вимірювань, яку ви раніше проробляли з цим приладом і робити нові вимірювання для виявлення ділянок, де ці помилки мали місце. Вам буде необхідно проводити вимірювання послідовно від останніх, до ранніх. При роботах, пов'язаних з ядерною безпекою, вам потрібно буде переробити абсолютно всі вимірювання, здійснені з дати останнього калібрування приладу.

Причини, що вимагають проведення калібрування

Що ж вибиває цифровий прилад за межі калібрувальних допусків? Перше, це те, що основні показники вимірювального інструментарію (наприклад, значення опорної напруги, дільники на вході, струмові шунти) можуть зміщуватися в часі. Це зміщення дуже незначне і зазвичай залишається непоміченим, якщо ви суворо дотримуєтеся графіка калібрування. Крім того, зміщення показників у часі – це саме те, що легко виявляється та коригується у процесі калібрування.

Але, припустимо, що ви упустили струмові кліщі з важким ударом. Як після такого переконатись, що кліщі продовжують генерувати точні дані? Ніяк. А прилад тепер видає результати з більшими похибками. Так само, якщо ви піддаєте цифровому мультиметру (DMM) перевантаженням, що може сильно вплинути на нього. Деякі фахівці вважають, що навантаження мають незначний вплив на прилад, оскільки на його входах стоять запобіжники. Але ці захисні пристрої не можуть спрацьовувати під час перехідних процесів. Так само як досить значне напруження цілком здатне «перескочити» через запобіжник на вході. Але такий варіант малоймовірний у випадках з високоякісними DMM, що є однією з причин їхньої вищої економічної ефективності в порівнянні з менш дорогими моделями.

Частота проведення калібрування

Питання не в тому, чи потрібно прилади калібрувати - ми бачимо, що відповідь на це питання вже дано. А питання у тому, коли проводити калібрування. На це питання немає універсальної відповіді. Нижче наведено рекомендації, коли дійсно необхідно віддавати прилади на калібрування:
• Рекомендований виробником інтервал калібрування. У специфікаціях виробників зазвичай вказується, як часто необхідно калібрувати їх прилади, але у випадках критичних вимірів можуть бути потрібні різні інтервали.
• Перед великим проектом, коли виробництво високоточних вимірів є критично важливим. Припустимо, ви збираєтеся провести тестування якогось агрегату або вузла за допомогою високоточних приладів. Визначте, якими саме інструментами ви збираєтесь здійснювати це тестування. Надішліть ці інструменти на калібрування, після чого «запріть їх на замок», щоб при тестах відкалібровані інструменти були «як новенькі».
• Після якихось критично важливих вимірів. Якщо ви заздалегідь резервували тестовий інструментарій, призначений для спеціальних процедур тестування, то після проведення тестів відправте ці прилади на калібрування. Після того, як результати калібрування будуть отримані, ви зможете з'ясувати, наскільки показання приладів були точними та надійними.
• Після якоїсь події. Якщо ваш інструмент зазнав якогось сильного негативного впливу — було якесь перевантаження або інший сильний вплив, то не вагаючись надсилайте прилад на калібрування, крім того, необхідно отримати сертифікати його цілісності та безпеки.
• Відповідно до вимог. Деякі процедури тестування вимагають наявності відкаліброваного та сертифікованого тестового інструментарію – незалежно від обсягу та якості майбутніх робіт. Зверніть увагу, що справжня вимога не обов'язково має бути спеціально обумовлена, вона може передбачатися «за умовчанням», тому перед початком тестування до-л обладнання прочитайте специфікації на нього.
• Щомісяця, поквартально або раз на півроку. Якщо ви часто проводите критично важливі виміри, то чим коротший інтервал між калібруванням, тим менше шансів отримати результати вимірів, здатні викликати питання.
• Щорічно. Якщо ви здійснюєте вимірювання, які за своїм статусом можна віднести як до критично важливих, так і не важливих, то щорічне калібрування стане тим балансом між адекватною передбачливістю і витратами.
• Двічі на рік. Якщо ви рідко здійснюєте важливі вимірювання, при цьому ваш прилад не піддавався жодним негативним для його роботи впливам, то регулярні, хай і тривалі періоди калібрування можуть бути виправдані.
• Ніколи. Якщо ваші вимірювання передбачають лише перевірки загального рівня напруги (наприклад, "Ого, вже 480V"), то калібрування вже буде надмірністю. Ну, а що якщо ваш прилад був схильний до негативної події? У цьому випадку калібрування дозволить вам користуватися цим приладом із впевненістю.

І на останок

Ця стаття писалася з акцентом на калібрування цифрових мультиметрів, проте слід враховувати, що вся вище наведена аргументація однаково відноситься і до іншого роду портативного інструментарію, включаючи калібратори технологічних процесів.
Калібрування не є процесом «точного налаштування» вашого тестового інструментарію. Швидше за все, калібрування призначене для того, щоб ви могли безпечно та впевнено користуватися своїми приладами для отримання точних результатів у рамках встановлених допусків. Калібрування – форма гарантії якості вимірювань, що проводяться. Ви усвідомлюєте важливість тестування електроустаткування, інакше б ви не набували вимірювальних приладів. Так само як електроустаткування необхідно регулярно тестувати, то й прилади не виняток.

Магазин Gtest® - авторизований постачальник осцилографів в Україну: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/ostcillografy

Магазин Gtest® - авторизований постачальник мультиметрів до України: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/multimetry

Магазин Gtest® - авторизований постачальник кабельних тестерів в Україну: https://gtest.com.ua/izmeritelnye-pribory/iskateli-skrytoi-provodki