Kalibrácia - definícia, návod a význam
Autor: Conrad tím, 3. čeven 2021
Pri ponukách digitálnych multimetrov, osciloskopov alebo tiež sieťových zdrojov, medzi ich vlastnosťami často čítame, že sú "kalibrované". Kalibrované prevedenia sú spravidla tiež o niečo drahšie ako rovnaké produkty bez kalibrácie.
Človek by si mohol myslieť, že kalibrované meracie prístroje za určitých okolností merajú lepšie a presnejšie než nekalibrované verzie. Nie je to ale pravda.
Čo presne znamená kalibrácia a prečo niektorí užívatelia nevyhnutne nutne potrebujú kalibrované prístroje, to vám podrobnejšie vysvetlíme nižšie.
Najprv si ale musíme povedať niečo o tolerancii merania. O čo ide a ako sa tolerancia merania zisťuje, to si ukážeme na jednom multifunkčnom meracom prístroji.
Multimeter VC 155 je v ponuke ako kalibrovaný aj ako nakalibrovaný.
Ako sú definované tolerancie merania?
Pri odchýlke 0,05 V by bola nameraná hodnota ešte v tolerancii.
Každý merací prístroj sa vyznačuje určitou toleranciou, ktorej sa nedá vyhnúť z dôvodu jeho konštrukcie, tolerancie súčiastok a okolitých podmienok. Nepresnosti merania nezávisia na meranej fyzikálnej veličine a vedú k viac či menej odlišným výsledkom merania.
Aké veľké môžu byť odchýlky v každom rozsahu merania, to uvádzajú výrobcovia medzi technickými parametrami ako toleranciu - napr. ± 0,9 %. Pri napätí 10,00V by odchýlka ± 0,9 % predstavovala maximálne ± 0,09 V. Výsledok merania by sa v dôsledku toho musel pohybovať medzi 9,91 a 10,09 V.
K východiskovej presnosti sa potom pripočítajú ešte chyby zobrazenia ukazovateľa. Tie výrobca takisto uvádza. Chyby zobrazenia závisia od rozsahu merania a na maximálnom ukazovateli meracieho prístroja.
Príklad:
Merací prístroj s 2000 dielikmi stupnice môže zobraziť rozsah od 0 do 1999. Desatinná čiarka, resp. bodka je pritom variabilná. Napätie je tak možné zobraziť do 1,999 V s tromi desatinnými miestami. Napätie do 19,99 V sa zobrazuje s 2 desatinnými miestami. V rozsahu do 199,9 V sa zobrazuje ešte jedno desatinné miesto a pri napätiach od 200 V už nie sú na displeji viditeľné žiadne desatinné miesta. Rozlíšenie, teda najmenšia zmena napätia, ktorú je možné zobraziť, je definované počtom desatinných miest.
V rozsahu merania do 20 V napríklad činí rozlíšenie 10 mV na dielik stupnice (20 V: 2000 dielikov = 0,01 V/dielik).
Ak sa u meracieho prístroja s 2000 dielikmi stupnice v rozsahu do 20 V uvádza presnosť ± (0,9 % + 4 dieliky), môže sa výsledok merania napätia 10,00 V odchyľovať maximálne o ± 0,13 V (0,09 V + 4x 0,01 V). Zobrazená hodnota sa z tohto dôvodu bude pohybovať medzi 9,87 V a 10,13 V.
Čo znamená kalibrácia?
Kalibrátor udáva merané napätie, merací prístroj ho ukazuje.
Pri kalibrácii dochádza k porovnaniu s presne definovanou vstupnou veličinou, ktorá sa označuje ako normál, s ktorým sa porovnáva výsledok merania skúšaného meracieho systému. Normál pritom musí vykazovať najmenej päťkrát vyššiu presnosť než skúšaný merací prístroj.
S ohľadom na vyššie uvedený príklad merania udáva kalibrátor merané napätie napr. 10,00000 V a skúša sa, či merací prístroj zobrazuje výsledok v medziach presnosti.
Následne sú vykonané ďalšie merania v rovnakom rozsahu napätia, resp. s inou meranou veličinou.Odchylky výsledkov merania sú zachytené v protokole o meraní. Tento protokol je neskôr priložený k meraciemu prístroju.
Dôležité: Pri kalibrácii sú presne zaprotokolované iba odchýlky výsledkov merania. Zásahy do meracieho prístroja, napríklad za účelom minimalizácie odchýlok, sa pri kalibrácii nevykonávajú.
Kto potrebuje kalibrované meracie prístroje?
Vysoké požiadavky na kvalitu vyžadujú kalibrované meracie prostriedky.
Domáci majstri, ktorí vo svojom voľnom čase zostavujú elektronické obvody a riadiace jednotky, potrebujú síce kvalitné, ale určite nie kalibrované meracie prístroje.
Rovnako tak multimeter v kufríku s náradím automechanika alebo kúrenárov nemusí byť za každú cenu kalibrovaný.
Inak je tomu vo firmách, v zariadeniach, úradoch a priemyselných prevádzkach, ktoré sú certifikované podľa ISO 9001 a pod.
Na základe platných predpisov a v rámci požadovaného zabezpečenia kvality, musia tieto zariadenia zistené výsledky merania, rovnako ako vykonanú kalibráciu meracích prostriedkov, nepretržite dokumentovať.
Kto môže kalibráciu vykonávať?
Na základe tejto certifikácie smieme kalibrovať meracie prístroje.
Či je meracie laboratórium schopné pomocou vhodných skúšobných prostriedkov správne a kompetentne vykonávať kalibráciu, to pravidelne kontroluje a osvedčuje akreditačný orgán.
Aj spoločnosť Conrad Electronic vlastní certifikované kalibračné laboratórium, a je teda schopné kalibrovať meracie prístroje vo vlastnej réžii. Kalibrované sú v prvom rade digitálne multimetre VOLTCRAFT a prúdové kliešte na meranie prúdu, napätia a odporu.
Meracie prístroje, ktoré nemôžeme kalibrovať sami, odovzdávame nášmu partnerovi, spoločnosti Testo.
Ako sa kalibrácia vykonáva?
Záznamník dokumentuje teplotu a vlhkost vzduchu.
Namerané hodnoty sa odpočítajú a zadajú do kalibračného programu.
Predtým, než môže byť merací prístroj kalibrovaný, potrebuje dostatok času, aby sa mohol aklimatizovať. Kalibrácia sa vykonáva pri teplote 22 °C (± 1,5 °C) a relatívnej vlhkosti vzduchu 50 % (± 10 %). Preto sa prístroje na kalibráciu skladujú v kalibračnej miestnosti najmenej 12 hodín.
Kalibrácia sa vykonáva pomocou kalibrátora. Tento kalibrátor je schopný generovať vysoko presné napätia, prúdy alebo odpory. Z dôvodu jednoduchého vykonávania a zamedzenia chybám pri nastavení je kalibrátor automaticky riadený počítačovým programom.
Po zadaní typu meracieho prístroja, kalibračný program vie, ktoré rozsahy merania sú skúšané a aká veľká môže byť maximálna prípustná odchýlka merania.
Navyše sú pre protokol o kalibrácii zaznamenané ďalšie údaje ako názov firmy, číslo zákazníka, sériové číslo alebo inventárne číslo. Potom počítačový program určí, na ktorý rozsah merania sa musí merací prístroj prepnúť. Keď je nastavenie vykonané a potvrdené kliknutím myši, kalibrátor vydá prvú nameranú hodnotu.
Hodnota odčítaná na displeji meracieho prístroja je tak zadaná do počítača.
Kalibračný program potom vypočíta skutočnú odchýlku nameranej hodnoty a rozhodne, či sa nameraná hodnota nachádza ešte v medziach tolerancie.
Následne je kalibrátorom vydaná ďalšia nameraná hodnota.
Taktiež túto hodnotu musí pracovník vykonávajúci kalibráciu odpočítať a zadať.
Na každý rozsah merania sa skúša viac nameraných hodnôt (napr. pri asi 10 % a 90 % rozsahu merania).
Krok za krokom musia byť teraz vykonané všetky potrebné merania a namerané hodnoty musia byť zaprotokolované. Ak sa všetky výsledky merania pohybujú v rámci tolerancie, je merací prístroj opatrený pečaťou a odoslaný späť zákazníkovi spoločne s protokolom o kalibrácii.
Nové meracie prístroje, určené na predaj, sú po kalibrácii uložené do skladu. Aby naši zákazníci vždy dostali čerstvo kalibrované meracie prístroje, neustále sledujeme aktuálny stav skladových zásob a obrat tovaru.
Postup v prípade chyby
Hodnoty mimo toleranciu sú označené červenou.
Pokiaľ sa jedna alebo viac nameraných hodnôt pohybuje mimo toleranciu, kalibrácia napriek tomu prebehne až do konca. Vykonaná kalibrácia neskôr slúži na doloženie chyby.
Následne je merací prístroj znovu nastavený. Pri nastavení, ktoré prebieha buď pomocou trimovacieho potenciometra v prístroji alebo pomocou softvéru prístroja, je zobrazená hodnota zmenená tak, aby znovu ležala v prípustných medziach.
Nasleduje druhá kalibrácia, ktorá zdokumentuje úspešné opätovné nastavenie.
Meracie prístroje, ktoré nie je možné dodatočne nastaviť a s hodnotami mimo hranicu tolerancie, by sa v podnikoch certifikovaných podľa ISO 9001 už nemali ďalej používať.
Ako dlho je kalibrácia platná?
Naše odporúčanie je na prístroj pripevnené formou nálepky.
Kalibrácia meracieho prístroja je vždy iba záležitosťou daného okamihu. To znamená, že v okamihu kalibrácie merací prístroj dodržal svoje špecifikácie a zobrazil správnu hodnotu.
Technické komponenty však podliehajú starnutiu a opotrebovaniu. Preto je možné predpokladať, že so zvyšujúcim sa vekom a pri častejšom používaní prístroja sa zväčšujú tiež odchýlky merania.
Preto je potrebné vykonávať pravidelné kalibrácie. Odporúčame vám, aby ste kalibráciu obnovovali každých 12 mesiacov.
Pokiaľ ale boli na prístroji vykonané nejaké zásahy za účelom opravy, je potrebné vykonať kalibráciu neodkladne.
Kalibrované kalibračné prístroje
Pravidelnej kalibrácii pochopiteľne nepodliehajú len skúšobné prostriedky našich zákazníkov. Tiež nami používané kalibrátory sú v pravidelných intervaloch skúšané a kalibrované. Meracie prostriedky, ktorými sú naše kalibrátory skúšané, musia byť štyrikrát presnejšie ako aj beztak veľmi presné kalibrátory. Iba tak je možné udržať kvalitu v celom reťazci a preukázateľne ju zdokladovať.
Často kladené otázky ku kalibrácii
Aký je rozdiel medzi certifikátom DakkS a certifikátom ISO?
Aby sa zabezpečila kvalita a spoľahlivosť v priemyselnom meraní, pracujú akreditované laboratóriá pod dohľadom Nemeckej akreditačný kancelárie (DakkS). Vďaka akreditácii DakkS sú vystavené certifikáty medzinárodne platné a ich metrologická spätná sledovateľnosť je zárukou najvyššej možnej presnosti.
Kalibrácia podľa ISO (International Organization for Standardization = Medzinárodná organizácia pre normalizáciu) je cenovo výhodnejšou alternatívou k certifikácii DakkS. Napriek tomu sú pri kalibrácii podľa ISO zohľadnené všetky zákony, normy a smernice, špecifické pre daný odbor.
Okrem toho vykonávajú mnohí výrobcovia pri výrobe meracích prístrojov tiež porovnanie s podnikovou normou. Tým má byť zabezpečená kvalita produktov a dodržiavanie hraníc tolerancie. Písomný doklad alebo certifikát sa pri porovnaní s podnikovou normou nevystavuje.
Čo znamená metrológia?
Metrológia je náuka o merných jednotkách a o meraní. Najvyššou národnou autoritou v otázkach týkajúcich sa techniky merania je Spolkový fyzikálno-technický ústav v Braunschweigu.
Aký je rozdiel medzi kalibráciou a ciachovaním?
Pri kalibrácii sa porovnáva presná vstupná hodnota s výstupnou hodnotou meracieho zariadenia a zaznamená sa odchýlka. Vstupné hodnoty môžu popisovať ako fyzikálne, tak i elektrické veličiny. Výstupnými hodnotami môžu byť elektrické signály, ale tiež len odpočítané hodnoty. Kalibráciu vykonávajú certifikované miesta.
Ciachovanie je kontrola kvality a označenie v súlade s predpismi o ciachovaní spadá preto tiež do oblasti zákonných nariadení. Je predpísané u meracích prostriedkov, ktoré slúžia na stanovenie ceny. Sem patria napr. váhy u mäsiara alebo tankovacie stojany. Ciachovanie vykonávajú pracovníci ciachovacieho úradu.
Aký je rozdiel medzi kalibráciou a nastavením (justážou)?
Pri kalibrácii sa iba zisťujú a zaznamenávajú odchýlky medzi požadovanou a skutočnou hodnotou. Zásah do skúšaného zariadenia sa nevykonáva.
Pri nastavení (justáži) sú zobrazené hodnoty zmenené tak, aby ukazovali správny výsledok. V závislosti od druhu a prevedenia meracieho prostriedku, ktorý má byť nastavený, je nastavenie možné vykonávať mechanicky alebo elektronicky.
Ako často treba multimetre kalibrovať?
V tomto ohľade žiadne zákonné predpisy neexistujú. Výrobcovia prístrojov vydávajú odporúčania, po akej dobe má byť prístroj znova kalibrovaný. Toto obdobie trvá spravidla jeden rok. Na želanie je ale možné skalibrovať meracie prístroje i po kratšej dobe.
Musí byť protokol o kalibrácii vždy priložený k meraciemu prístroju?
Protokol o kalibrácii musí byť v prípade kontroly rýchlo po ruke. Preto dáva zmysel, aby bol certifikát k meraciemu prístroju priložený. Ak sú meracie prístroje používané za nepriaznivých podmienok a hrozí nebezpečenstvo, že by sa dokumenty mohli poškodiť, je vhodnejšie ich uložiť centrálne, v kancelárii. V každom prípade musia byť podklady okamžite k dispozícii v prípade auditu.