Etalonarea instrumentelor de măsurare

Toţi depindem de instrumentele folosite în viaţa de zi cu zi - de la folosirea unui ceas bine potrivit, umplerea rezervorului de benzină cu cantitatea dorită, la cuantificarea consumului de apă din propriile noastre apartamente. Pentru a duce toate acestea la bun sfârşit, depindem de o bună etalonare a acestor instrumente şi de trasabilitatea acestei etalonări la standardele internaţionale. Etalonarea, simplist definită, reprezintă compararea unui instrument cu un etalon, trasabil la SI, ce are o valoare cunoscută.

De ce să etalonăm instrumentul de măsurare?

Răspunsurile sunt multiple:

• Pentru a nu lăsa să fie livrat un produs neconform. În momentul în care se verifică o piesă din linia de producţie cu un instrument care nu este etalonat, există pericolul ca un produs neconform să treacă cu succes de verificare şi să ajungă să fie respins de către beneficiar.
• Pentru a avea măsurări corecte în departamentul de cercetare. Încă din fazele de cercetare şi de proiectare a unui produs, măsurările trebuie efectuate corect pentru a nu valida un produs neconform.
• Pentru a respecta anumite prevederi contractuale şi standarde de calitate. Etalonarea instrumentelor la un interval stabilit de timp este o cerinţă obligatorie a grupurilor internaţionale sau a standardelor de management al calităţii.
• Pentru a detecta o neconformitate din timp. Etalonarea la timp poate detecta o neconformitate, neidentificarea acesteia din urmă poate duce la pierderi considerabile de timp şi la costuri ridicate de remediere a neconformităţii.

Figura 1. Etalonarea calibrelor filetate folosind o maşină de măsurat lungimi

Stabilirea intervalelor de etalonare

Un program sistematic de etalonare ajută la păstrarea în condiţii optime a instrumentului, la obţinerea de rezultate fiabile în proiectare, în producţie şi la controlul calităţii. După cum am văzut, sunt numeroase motive pentru a etalona un instrument, dar cum se stabileşte intervalul dintre două etalonări succesive?

Alegerea frecvenţei de etalonare se bazează pe următoarele criterii:

• În funcţie de intervalul de etalonare recomandat de producător. În general, un producător recomandă intervalul de etalonare a instrumentelor sale. De exemplu, recomandarea unui producător cu privire la perioada de etalonare pentru instrumente de tip master este de până la 3 ani, însă poate varia de la utilizator la utilizator, în funcţie de frecvenţa utilizării, de mediul de lucru etc.
• Dacă se iniţiază un nou proiect de măsurare cu acel instrument. Orice proiect nou trebuie să plece de la premize sigure.
• Întotdeauna după un incident. Se etalonează instrumentul imediat după ce se întâmplă să fie lovit, să fie conectat la o alimentare cu fluctuaţii de tensiune, după o reparaţie sau după orice eveniment care poate duce la deteriorarea acestuia.
• În funcţie de cerinţe. Sunt numeroase companiile care acceptă rapoarte de măsurare ale pieselor doar cu instrumente etalonate.
• Lunar, semestrial, anual, bianual. În funcţie de gradul de importanţă al piesei măsurate, al frecvenţei de utilizare a instrumentului, al mediului de lucru, al pagubelor materiale ce pot fi induse de măsurarea greşită a pieselor etc.
• Niciodată. Dacă măsurările se folosesc pentru inspecţia grosieră a unei valori. Dar dacă acest instrument este lovit sau deteriorat?  Mai puteţi avea încredere în măsurarea făcută?
• Intervalul de etalonare se stabileşte de către utilizator prin procedurile interne de management al calităţii. Un document de referinţă util pentru stabilirea intervalului de etalonare este ghidul ILAC G-24 „Linii directoare pentru determinarea intervalelor de etalonare a aparatelor de măsurare”.

Incertitudinea etalonării

Incertitudinea este prezentă ori de câte ori încercăm să estimăm măsura unui obiect sau a unui parametru. Aceasta este cu atât mai importantă în cadrul unei etalonări şi trebuie să fie inclusă în certificatul de etalonare.

Pentru evaluarea incertitudinii să luăm ca exemplu întrebarea: ce temperatură se înregistrează într-un laborator de metrologie?

Răspuns 1: aproximativ 20^ºC. Cuvântul „apro­ximativ” implică faptul că acest răspuns este o estimare (nu suntem siguri de temperatura  exactă).

Răspuns 2: 20^ºC, plus sau minus câteva grade. Prin indicaţia „plus sau minus” exprimăm, din nou, o estimare, precum şi limitele pe care le asociem cu aceasta. Cu cât aceste limite sunt mai mari, cu atât suntem mai încrezători în estimarea noastră. Astfel, pentru o situaţie dată, incertitudinea este legată de un nivel de încredere.

Va exista, în continuare, o nesiguranţă, sau incertitudine, chiar şi în cazul în care pentru această estimare a fost folosit un instrument de măsurare (de exemplu un termometru). Întrebările pe care le putem pune sunt:  Care este precizia termometrului? Cât de exact poate fi citit termometrul? Indicaţia termometrului este constantă? Prin ţinerea termometrului în mână temperatura acestuia creşte? Umiditatea laboratorului afectează rezultatele?  Toţi aceşti factori contribuie la incertitudinea măsurării noastre.

Primul pas pentru a calcula incertitudinea unei măsurări este identificarea factorilor (surselor) care generează incertitudinea. În continuare, se estimează valoarea incertitudinii generată de  fiecare sursă şi, în cele din urmă, prin combinarea incertitudinilor individuale se va calcula incertitudinea globală.

Conformitatea cu o specificaţie

Incertitudinea măsurării va fi luată în calcul pentru declararea conformităţii cu o specificaţie, în scopul stabilirii îndeplinirii cerinţelor dintr-un referenţial dat (standard internaţional, ghid, recomandare etc). O precizare a conformităţii cu specificaţia trebuie să fie făcută numai dacă raportul incertitudinii de măsurare la toleranţele specificate este rezonabil de mic.

Figura 2. Conformitatea cu o specificaţie

Un rezultat înregistrat în zona de incertitudine nu poate fi considerat conform sau neconform. Astfel, nu se poate trage nicio concluzie fermă privind rezultatul. Dacă diferenţa sau suma dintre valorile măsurate şi incertitudinea extinsă de măsurare se află în afara toleranţelor specificate,  în timp ce însăşi valorile măsurării se încadrează în toleranţe, nici conformitatea şi nici neconformitatea nu pot fi dovedite. Numai rezultatele măsurării şi incertitudinea asociată pot fi atunci  menţionate în certificatul de etalonare, fără nicio precizare privind conformitatea.

În certificatul de etalonare pot fi prezente numai rezultatele măsurării şi incertitudinea asociată, fără nicio precizare privind conformitatea. Atunci când un mijloc de măsurare nu corespunde niciunui punct din referenţialul dat, nu se eliberează certificat de etalonare, beneficiarului întocmindu-i-se un răspuns prin care i se comunică rezultatele.

Se recomandă întocmirea unei proceduri interne în care sunt specificate cerinţele tehnice de acceptare, ori în care conformitatea sau neconformitatea se acordă pe baza rezultatelor din certificatul de etalonare.

Laboratoare de etalonare

Practica cea mai frecventă pentru etalonarea instrumentelor de măsurare este de a apela la laboratoare de etalonare. Dar cum alegem un astfel de laborator? Câteva elemente importante ar fi:

• Laboratorul să fie acreditat ISO 17025 de către o organizaţie recunoscută de ILAC şi semnatară a pactului MRA.
• Domeniile acreditate ale laboratorului trebuie să fie prevăzute în certificatul de acreditare.
• Cea mai mică incertitudine cu care poate fi efectuată etalonarea CMC - Calibration and Measurement Capability (Capabilitatea de Etalonare şi de Măsurare).
• Laboratorul să deţină echipamentele necesare şi adecvate efectuării etalonărilor.
• Experienţa laboratorului în respectivul domeniu de etalonare.
• Eliberarea unui certificat de etalonare conform ISO 17025.

Astfel, un instrument etalonat de către un laborator acreditat păstrează calitatea şi fiabilitatea produsului,  protejând investiţia făcută la achiziţionarea acestuia şi asigurând trasabilitatea măsurărilor efectuate.(Referinţe: Curs Metrologie Aplicată – Micro-Top)

English summary

What is the calibration of measuring instruments? What are the reasons and needs of calibrating measuring apparatus? When and how frequently does calibration need to be performed? What is the measurement uncertainty and how does it affect the measuring results and product quality compliance?  Why is a calibration certificate needed and how is a calibration lab selected? These are the topics of the article at hand.

Gabriela GEORGESCU  MICRO-TOP Consulting, Engineering & Service SRL