Akademia automatyki: Sens wzorcowania i częstotliwość jego przeprowadzania


Wzorcowanie aparatury pomiarowej to dziś chleb powszedni. Wszyscy wiemy, że żadne urządzenie nie jest wystarczająco dokładne na wieki i dziś wiemy, że nawet nowy miernik musi być wzorcowany. Ale nie zawsze tak było i przez wiele lat w zakładach stosowane były przyrządy, których dokładności wskazań nikt nie sprawdzał. Przyjrzyjmy się zatem historii wzorcowania w Polsce, samej definicji oraz temu dlaczego i jak często wzorcować aparaturę pomiarową.

 

ZARYS HISTORYCZNY

W Polsce szczególny nacisk na sprawdzanie przyrządów pomiarowych zaczął pojawiać się wraz z wprowadzaniem Systemów Zapewnienia Jakości (np. ISO, HCCP). W celu kwalifikacji i oznaczania wyrobów znakami jakości i znakami bezpieczeństwa, utworzono Centralne Biuro Jakości Wyrobów (CBJW). System akredytacji istnieje od lat 90. Zarządzenie nr 45 Prezesa Polskiego Komitetu Normalizacji Miar i Jakości (PKNMiJ) utworzyło krajowy system akredytacji laboratoriów badawczych zgodny z wymaganiami norm serii EN 45000.
Pierwszy certyfikat akredytacji został przyznany laboratorium badawczemu w 1992 r., jednostce certyfikującej – w 1993 r., laboratorium pomiarowemu – w 1997 r., jednostce kontrolującej – w 2000 r., weryfikatorowi EMAS i weryfikatorowi GHG – w 2006 r., organizatorowi badań biegłości – w 2009 r. i laboratorium medycznemu
– w 2010 r.
W dniu 3 kwietnia 1993 r. Sejm Rzeczypospolitej Polskiej uchwalił ustawy: o badaniach i certyfikacji oraz prawo o miarach. W kolejnym roku, 1 stycznia 1994 r., weszła w życie Ustawa o badaniach i certyfikacji – powstało Polskie Centrum Badań i Certyfikacji (PCBC), które przejęło zadania CBJW.
Ostatecznie w dniu 01.01.2001 r. zostało utworzone Polskie Centrum Akredytacji. Jest to krajowa jednostka upoważnioną do akredytacji jednostek certyfikujących, kontrolujących, laboratoriów badawczych i wzorcujących oraz innych podmiotów prowadzących oceny zgodności i weryfikacje na podstawie ustawy z dnia 28.04.2000 r. o systemie oceny zgodności, akredytacji oraz zmianie niektórych ustaw. Polskie Centrum Akredytacji posiada status państwowej osoby prawnej i jest nadzorowane przez Ministerstwo Gospodarki. Od tego czasu PCA niezmiennie działa. Na początku stycznia 2022 r. udzieliło 201 akredytacji dla laboratoriów
wzorcujących. Laboratorium Pomiarowe firmy Introl Sp. z o.o. posiada akredytację od maja 2003 r. o numerze AP 053. Laboratorium wzorcuje przyrządy do pomiaru ciśnienia, temperatury i wilgotności w zakresie akredytacji.

 

CZYM JEST WZORCOWANIE?

Wzorcowanie jest to zbiór operacji ustalających, w określonych warunkach, relację między wartościami wielkości mierzonej wskazanymi przez przyrząd pomiarowy lub układ pomiarowy, albo wartościami reprezentowanymi przez wzorzec miary lub przez materiał odniesienia; a odpowiednimi wartościami realizowanymi przez
wzorce jednostek miary. Akredytacja laboratoriów wzorcujących (pomiarowych) ma za zadanie potwierdzić kompetencje laboratorium do wykonywanych konkretnych pomiarów, zarówno na wewnętrzne potrzeby kraju, jak również w celu swobodnego przepływu towarów w Unii Europejskiej i na całym świecie. Wzorcowanie, które przeprowadzone są w akredytowanym laboratorium uznawane są więc nie tylko w Polsce, ale również we wszystkich krajach UE oraz krajach, z którymi PCA podpisało porozumienie ILAC MRA.
Właśnie takie laboratoria stanowią punkt wyjścia do wzorcowania przyrządów przemysłowych. Wszystkie przyrządy, które używane są w przemyśle bezpośrednio lub jako wzorce do sprawdzania innych przyrządów, powinny podlegać wzorcowaniu w takich laboratoriach i powinny posiadać akredytowane Świadectwa Wzorcowania. Współczesne laboratoria, aby potwierdzić własne kompetencje techniczne, poddawane są corocznej ocenie przeprowadzanej przez PCA.
Cykl akredytacji trwa 4 lata i na ten okres nadawany jest Certyfikat Akredytacji. Podczas ocen przeprowadzanych przez PCA, audytor wiodący potwierdza funkcjonowanie systemu zarządzania oraz spełnienie wymagań normy odniesienia PN-EN ISO/IEC 17025 „Ogólne wymagania dotyczące kompetencji laboratoriów badawczych i wzorcujących”. Audytorzy techniczni potwierdzają natomiast kompetencje personelu w danej dziedzinie pomiarowej.

Certyfikat akredytacji

Rysunek 1. Certyfikat akredytacji

 

CO I PO CO WZORCOWAĆ?

Laboratoria, które istniały kiedyś nie podlegały żadnym kontrolom – nie było więc wiadomo, czy wzorcowanie przyrządów, które wykonują, jest przeprowadzone poprawnie czy też nie. Nikt nie miał więc pewności czy wykorzystywane przyrządy wskazywały poprawne wyniki. Nowe przyrządy najczęściej (choć nie zawsze) wskazywały poprawnie, ale z czasem też pojawiały się błędy. Dzisiaj wiemy, że nawet nowe przyrządy mogą błędnie działać i je również należy wzorcować przed użyciem.

W przypadkach krytycznych, koszt przekroczenia dopuszczalnych błędów pomiarowych może być niezmiernie wysoki, dlatego też bezpieczniej jest częściej wzorcować sprzęt.


Wzorcowaniu podlegają praktycznie wszystkie przyrządy za wyjątkiem wskaźników oraz takich urządzeń, które służą do rozliczeń finansowych (wówczas podlegają legalizacji). Wskaźniki są używane w sytuacjach gdy wartości, którą one wskazują mają mniejsze znaczenie, a sam wskaźnik ma zadanie bardziej informować czy zachodzi jakiś proces czy nie. Legalizacji natomiast podlegają takie urządzenia jak tachografy, wodomierze, ciepłomierze itp. Pełny wykaz przyrządów podlegających legalizacji można znaleźć na stronie Głównego Urzędu Miar www.gum.gov.pl.
Aby więc mieć pewność, że przyrządy działają sprawnie, należy oddać je okresowo do wzorcowania do akredytowanego laboratorium wzorcującego. W laboratoriach tych, to co jest bardzo istotne, zachowywana jest spójność pomiarowa. Oznacza ona, że wyniki wzorcowania odniesione są do wzorców wyższego rzędu, które z kolei również są wzorcowane przez jeszcze dokładniejsze przyrządy, aż dochodzimy do porównań międzynarodowych.

 

NIEPEWNOŚĆ

Wszystkie wzorcowania obarczone są zawsze jakimś błędem, który nazwany jest niepewnością wzorcowania. Parametr ten podawany jest na Świadectwach Wzorcowania. Istotne jest również to, aby niepewność była jak najmniejsza, gdyż w przeciwnym razie przedział poprawności wskazań przyrządu będzie coraz większy. Należy stale dążyć do zmniejszania wartości niepewności lub przynajmniej utrzymywania jej na podobnym poziomie. Na niepewność pomiarów składa się wiele czynników np. przy wzorcowaniu prostych ciśnieniomierzy wskazówkowych, uwzględnia się niepewność wzorca, niepewność związana z rozrzutem wskazań podczas pomiarów oraz niepewność związana z dokładnością odczytu na ciśnieniomierzu wzorcowanym. Jednak przy bardziej skomplikowanych pomiarach, składowych mających wpływ na niepewność końcową może być znacznie więcej, nawet do kilkunastu. Więcej informacji dotyczących niepewności można znaleźć
w dokumencie EA-4/02 „Wyrażanie niepewności pomiaru przy wzorcowaniu”.
Każde wzorcowanie przeprowadzone przez osobę posiadającą odpowiednie kwalifikacje powinno być zakończone wystawieniem świadectwa wzorcowania. Na świadectwie, oprócz wyników, istotne jest aby wyliczyć niepewność. Należy zadbać również o zachowanie spójności przy wzorcowaniu.

 

JAK CZĘSTO WZORCOWAĆ?

Mając już świadomość tego, jak istotny jest sam fakt wzorcowania, kolejnym najczęściej pojawiającym się zagadnieniem jest częstotliwość przeprowadzania wzorcowania. Nie ma żadnych przepisów, które podawałyby jak często należy przeprowadzać wzorcowanie. Należy jednakże uwzględnić kilka parametrów, które pozwolą ustalić częstotliwość wzorcowania. Punktem wyjścia są wytyczne producenta, bowiem to on zna przyrząd i wie jaką ma on stabilność. Nie zaleca się jednak, aby ponowne wzorcowanie przeprowadzić później niż 1 rok od zakupu przyrządu. Mając już dwa Świadectwa Wzorcowania tzn. po zakupie przyrządu oraz po roku użytkowania, należy przeanalizować historię stabilności. Jeśli wskazania na świadectwach się nie zmieniły, wówczas można zastanowić się nad wydłużeniem okresu wzorcowania co 1,5 roku lub nawet co 2 lata. Można z takimi decyzjami się wstrzymać mając większą ilość świadectw np. 3 lub 4 i dopiero wówczas przeprowadzić analizę stabilności i podjąć decyzję o okresie częstotliwości wzorcowania.
Przy ustaleniu częstotliwości wzorcowania bierze się pod uwagę również koszt ponownego wzorcowania oraz konsekwencję przekroczenia dopuszczalnych błędów pomiarowych. W przypadkach krytycznych koszt przekroczenia dopuszczalnych błędów pomiarowych może być niezmiernie wysoki (np. w przemyśle samochodowym, spożywczym, farmaceutycznym czyli w przypadku bezpieczeństwa ludzi), dlatego też bezpieczniej jest częściej wzorcować sprzęt.

Termoomtry szklane oraz termometr cyfrowy TES 1307

Rysunek 2. Termometry szklane i termometr cyfrowy

Istotnymi kwestiami, które również należy wziąć pod uwagę przy ustalaniu okresu wzorcowania, są np. obciążenie sprzętu, warunki, w jakich będzie on używany, ilość czynności transportowych oraz fakt, czy sprzęt wygląda na zniszczony. Nie wszystkie przyrządy należy traktować w jednakowy sposób. Dla przykładu weźmy pod uwagę termometr szklany i miernik elektryczny. Termometr szklany działa na zasadzie własności fizycznych, czyli wraz ze wzrostem temperatury zwiększa się objętość rtęci. Jeśli nie okaże się np. że rtęć uległa rozdzieleniu, wówczas można uznać, że termometr nie zmieni swoich wskazań zbyt szybko i w takim wypadku wydłużenie okresu wzorcowania nawet na 5 lat nie będzie przesadą. Inaczej ma się sprawa w przypadku miernika elektrycznego – nawet bez widocznych zmian wskazanie miernika mogą się zmienić.
W tym wypadku należy być bardziej ostrożnym i wzorcowanie ustalić nie rzadziej niż np. co 1 rok, przynajmniej do momentu, gdy nie poznamy jego stabilności. Innym przykładem mogą być ciśnieniomierze obciążnikowo-tłokowe i ciśnieniomierze elektroniczne. W przypadku pierwszego z nich, jeśli nie ulegnie on zniszczeniu, to parametry jego nie powinny zmieniać się zbyt często.
Przy pomiarach istotne są bowiem obciążniki, średnica tłoka i przyśpieszenie ziemskie, które się nie zmieniają. W tym wypadku nie będzie przesadą jeśli wyznaczymy częstotliwość wzorcowania co 5 lat. W przypadku ciśnieniomierza elektronicznego, jego wskazania mogą zmieniać się znacznie częściej. W zależności od istotności danego ciśnieniomierza dla procesu, zmian od poprzedniego wzorcowania oraz innych wspominanych już czynników, należy wzorcowanie ustalić na okres 1-3 lat.

Wzorcowanie przy zastosowaniu ciśnieniomierza obciążnikowo-tłokowego

Rysunek 3. Wzorcowanie przy zastosowaniu ciśnieniomierza
obciążnikowo-tłokowego

Podjęcie decyzji o częstotliwości wzorcowania musi być więc dokonane świadomie przez osobę znającą się na tym zagadnieniu, po dokonaniu analizy. Po podjęciu decyzji o częstotliwości wzorcowania każdego przyrządu, należy przygotować harmonogram wzorcowania na dany rok i dokładnie przestrzegać terminów. Warto
przypomnieć historyczny okres ważności Świadectw Wzorcowania, który obowiązywał przed 2003 rokiem, czyli 13 miesięcy. Taka częstotliwość wydaje się bardzo rozsądna. Większość użytkowników pozostało przy takim okresie, decydując się na wzorcowanie raz w roku.

Przetwornik ciśnienia Introbar 20

Rysunek 4. Przetwornik ciśnienia Introbar 20

WZORCOWANIE

W ramach podsumowania należy zaznaczyć, że podstawowym celem okresowego wzorcowania wyposażenia pomiarowego jest upewnienie się, czy jego dokładność nie pogorszyła się. Wzorcowanie ma też za zadanie wyeliminowanie z użycia mierników, które nie spełniają wymagań dotyczących dokładności wskazań.
Praktycznymi kryteriami kwalifikowania wyposażenia pomiarowego do wzorcowania są:
– konieczność oceny czy wyposażenie pomiarowe spełnia ustalone wymagania (nowy zakupiony przyrząd, lub po naprawie);
– konieczność uwzględnienia w wyniku pomiaru poprawki do wskazań i/lub niepewności pomiaru.
Przy wyznaczaniu odstępów czasu między wzorcowaniami należy wziąć pod uwagę: typ wyposażenia, zalecenia producenta, dane dotyczące trendu uzyskane na podstawie zapisów z poprzednich wzorcowań, zapis przebiegu konserwacji i obsługi, zakres i intensywność użytkowania, tendencje do zużycia się i dryfu, częstość sprawdzania przez porównanie z innym wyposażeniem pomiarowym, a zwłaszcza z wzorcami jednostek miar. Ważne również są: częstość i poprawność wewnętrznych wzorcowań sprawdzających, warunki otoczenia (temperatura, wilgotność, drgania itd.), oczekiwana dokładność pomiaru.
Kluczowe są także konsekwencje uznania niepoprawnie zmierzonej wartości za poprawną, wskutek wykorzystania niedokładnego wyposażenia pomiarowego (ryzyko związane z użyciem złego przyrządu).