การสอบเทียบเครื่องมือวัด
Calibration
การสอบเทียบเครื่องมือวัด • การวัดและการทดสอบที่มีความถูกต้องและแม่นยาเป็นหลักประกันทางเทคนิคที่สาคัญที่สุดสาหรับ แสดงว่าผลิตภัณฑ์เป็นไปตามข้อกาหนดทางคุณภาพ ความสาคัญของการวัดและทดสอบได้รับการ ยอมรับและถือเป็นข้อกาหนดของมาตรฐานการประกันคุณภาพที่สาคัญๆ เช่น ISO 9000, ISO 14000 และ ISO/IEC 17025 เป็นต้น
การสอบเทียบเครื่องมือวัด • การยืนยันความถูกต้อง และแม่นยาของการวัดก็ต้องอาศัยหลักประกันที่เป็นเอกสารที่สามารถทาให้ เกิดความเชื่อถือในความถูกต้องและความแม่นยาที่อ้างถึงได้เช่นเดียวกัน และหลักประกันดังกล่าวก็ คือ ใบรับรองการสอบเทียบเครื่องมือวัดที่แสดงผลการวัด และความไม่แน่นอนของการวัดที่สามารถ สอบกลับได้สู่หน่วยวัด SI Units ที่ทาให้เป็นจริง และรักษาไว้ในฐานะที่เป็นมาตรฐานการวัด แห่งชาติ ซึ่งรักษาไว้โดยสถาบันมาตรวิทยาแห่งชาติ
มาตรฐานของการวัดและการสอบเทียบ • การสอบเทียบ (Calibration) เป็นการป้อนอินพุตที่รู้ค่าแน่นอน (ค่าที่ใช้ในการสอบเทียบนี้เรียกว่า ค่ามาตรฐาน) ให้กับระบบการวัดที่ต้องการ สังเกตเอาต์พุตของระบบ จากนั้นทาการปรับแต่งระบบ การวัด เพื่อให้เอาต์พุตของระบบการวัดอ่านค่าได้เท่ากับ หรือใกล้เคียงกับค่ามาตรฐานมากที่สุด
มาตรฐานของการวัดและการสอบเทียบ • ในบางจุดระหว่างการเตรียมระบบการวัดจาเป็นต้องรู้ขนาดของปริมาณอินพุตที่จะป้อนให้กับตัวรับ รู้ หรือ ทรานสดิวเซอร์และต้องสังเกตพฤติกรรมของระบบเอาต์พุต การสอบเทียบนี้จะทาให้สเกล เอาต์พุตถูกต้อง สาหรับระบบการวัด
มาตรฐานของการวัดและการสอบเทียบ
• ความสัมพันธ์ระหว่างอินพุตที่ป้อนเข้าระบบการวัดกับเอาต์พุตของระบบ จะได้ในระหว่าง การสอบเทียบระบบการวัด ถ้าเอาต์พุตเป็นสัดส่วนกับ อินพุตอย่างถูกต้องจะได้ เอาต์พุต = ค่าคงตัว x อินพุต
มาตรฐานของการวัดและการสอบเทียบ • การสอบเทียบในลักษณะนี้เรียกว่าการสอบเทียบจุดเดียว (Single point calibration) ถ้าสัดส่วนของเอาต์พุตกับอินพุตไม่เท่ากันตลอดช่วงการวัดจะต้องแบ่ง การสอบเทียบเป็นหลายช่วง แต่ละช่วงจะมีค่าคงตัวที่คูณกับอินพุตไม่เท่ากัน การ สอบเทียบแบบนี้เรียกว่า การสอบเทียบหลายจุด (Muti point calibration)
วิธีดาเนินการสอบเทียบ วิธีดาเนินการสอบเทียบ (Calibration Procedures) ในการสอบเทียบ เครื่องมือวัด อินพุตที่รู้ค่าจะถูกป้อนเข้าเครื่องมือวัดการตอบสนองของเครื่องมือวัดต่อ อินพุตที่รู้ค่านี้จะถูกสังเกต และเครื่องมือวัดจะถูกปรับแต่งเพื่อที่จะแสดงค่าของอินพุต โดยปกติอินพุตที่รู้ค่าจะตั้งไว้ที่ 10% 50% และ 90% ของค่าเต็มสเกลของเครื่องมือวัด การสอบเทียบสามารถแบ่งออกได้ดังนี้
วิธีดาเนินการสอบเทียบ 1. การสอบเทียบปฐมภูมิ (Primary calibration) เมื่ออุปกรณ์หรือระบบถูกสอบเทียบกับ ค่ามาตรฐานปฐมภูมิ เรียกว่าการสอบเทียบปฐมภูมิ ภายหลังการสอบเทียบปฐมภูมิ อุปกรณ์ที่ได้จะใช้เป็นอุปกรณ์สอบเทียบทุติยภูมิ (Secondary calibration device) ตัวอย่างของอุปกรณ์สอบเทียบปฐมภูมิ เช่น เซลล์ไฟฟ้ามาตรฐาน หรือ ความ ต้านทานมาตรฐาน
วิธีดาเนินการสอบเทียบ 2. การสอบเทียบทุติยภูมิ เมื่อใช้อุปกรณ์สอบเทียบมาตรฐานทุติยภูมิในการสอบเทียบ อุปกรณ์อื่นๆซึ่งต้องการความถูกต้องน้อยลง เรียกวิธีการสอบเทียบแบบนี้ว่าการสอบ เทียบทุติยภูมิ อุปกรณ์สอบเทียบทุติยภูมิมีใช้กันกว้างขวางมากในห้องปฏิบัติการทั่วๆไป เช่นเดียวกับในโรงงานอุตสาหกรรม เพราะเป็นแหล่งสอบเทียบในทางปฏิบัติ
วิธีดาเนินการสอบเทียบ 3. การสอบเทียบโดยตรงกับแหล่งอินพุตที่รู้ค่า (Direct calibration with known input source) การสอบเทียบโดยตรงกับแหล่งอินพุตที่รู้ค่า มีระดับความถูกต้องเท่ากับการสอบเทียบปฐมภูมิ ดังนั้น อุปกรณ์ที่ได้รับการสอบเทียบโดยวิธีนี้สามารถนาไปใช้เป็นอุปกรณ์สอบเทียบทุติยภูมิได้ ตัวอย่างเช่น มาตรวัดอัตราไหลแบบเทอร์ไบน์อาจเปรียบเทียบโดยตรงโดยใช้การวัดปฐมภูมิ เช่น การชั่งปริมาณที่ แน่นอนของน้าในถังและบันทึกการไหลผ่านเทอร์ไบน์ของน้านี้เทียบกับเวลาที่ใช้ มาตรวัดอัตราไหลนี้ อาจใช้เป็นอุปกรณ์สอบเทียบทุติยภูมิสาหรับมาตรวัดอัตราไหลอื่นๆ เช่น ออริฟิซ หรือ เวนจูรีมิเตอร์
วิธีดาเนินการสอบเทียบ 4. การสอบเทียบโดยอ้อม (Indirect calibration) การสอบเทียบโดยอ้อมอยู่บนพื้นฐานของความ สมมูลกันของอุปกรณ์สองชนิดที่ใช้วัดปริมาณทางกายภาพค่าเดียวกัน ซึ่งสามารถแสดงด้วยตัวอย่างที่ เหมาะสม เช่น มาตรวัดอัตราไหลแบบ เทอร์ไบน์ ความต้องการความเหมือนพลวัต (Dynamic similarity) ระหว่างมาตรวัดอัตราไหลที่มีรูปร่างเรขาคณิตเหมือนกัน 2 อัน ได้จากการทาให้ตัวเลขเรย์ โนลด์เท่ากัน เช่น
𝐷1 𝜌1 𝑉1 𝐷2 𝜌2 𝑉2 = 𝜇1 𝜇2 เมื่อตัวห้อย 1 และ 2 แทนอุปกรณ์มาตรฐาน และอุปกรณ์ที่นามาสอบเทียบตามลาดับ
วิธีดาเนินการสอบเทียบ 5. การสอบเทียบประจาตามปกติ (Routine calibration) เป็นวิธีการของการตรวจสอบ ความถูกต้องและการใช้งาน เครื่องมือวัดให้ถูกต้องเป็นระยะ หรือตรวจสอบบ่อยๆ กับค่า มาตรฐานที่รู้ค่า และสามารถวัดซ้าได้อย่างถูกต้อง วิธีการทั้งหมด โดยปกติวางไว้เพื่อทา การปรับแต่งต่างๆ การตรวจสอบการอ่านสเกล ฯลฯ ซึ่งเป็นการยืนยันการยอมรับ มาตรฐาน
การปฏิบัติการสอบเทียบมาตรฐาน กระบวนการสอบเทียบมาตรฐานที่มีประสิทธิผล มีดังนี้
1. ทาความเข้าใจถึงคุณค่าของข้อมูลที่จะได้จากการวัด 2. กาหนดเครื่องมือวัดที่จะใช้ 3. จัดตั้งกระบวนการที่เหมาะสมในการสอบเทียบมาตรฐาน เครื่องมือวัด
ความต้องการ การสอบเทียบมาตรฐาน ความต้องการระบบสอบเทียบมาตรฐานเครื่องมือวัดปกติแล้วจะถูกกาหนดตาม กฎระเบียบท้องถิ่นนั้น ๆ หรือความต้องการจากภายในองค์กร ในกรณีตามกฎหมาย ก็ จะต้องทาเต็มรูปแบบของการสอบเทียบที่ออกแบบไว้ กรณีตามความต้องการของลูกค้าที่ มีการใช้มาตรฐานบริหารคุณภาพ (QMS) เช่น ISO 9000:2000, QS 9000, ISO16949:2002, Good Laboratory Practice: GLP ต่างก็มีข้อกาหนดต่าสุด และ แนวทางปฏิบัติเรื่องการบารุงรักษาเครื่องมือวัดของแต่ละมาตรฐานที่เลือกใช้
มาตรฐานบริหารคุณภาพ 1. ISO 9000:2000 สาหรับอุตสาหกรรมการผลิต และการบริการต่าง ๆ 2. QS 9000 สาหรับอุตสาหกรรมการผลิตรถยนต์ และชิ้นส่วน 3. ISO/TS 16949:2002 สาหรับอุตสาหกรรมการผลิตรถยนต์และชิ้นส่วน 4. Good Laboratory Practice: GLP สาหรับห้องปฏิบัต-ิ การทดสอบ
มาตรฐานบริหารคุณภาพ 5. ISO 10012 Measurement Management Systems สาหรับการบารุงรักษาเครื่องมือวัด โดยเฉพาะ
6. ISO/IEC 17025 สาหรับห้องปฏิบัติการทดสอบ และสอบเทียบมาตรฐาน ใช้ในการรับรอง คุณภาพ และความสามารถที่ใช้อย่างกว้างขวาง 7. ANSI/NCSL Z 540 สาหรับห้องปฏิบัติการทดสอบและสอบเทียบมาตรฐาน ใช้ในการรับรอง คุณภาพ และความสามารถ้องปฏิบัติการทดสอบและสอบเทียบมาตรฐานในสหรัฐอเมริกา 8. MIL-STD-45662A สาหรับห้องปฏิบัติการทดสอบและสอบเทียบมาตรฐานในสหรัฐอเมริกาได้ เลิกใช้ไปตั้งแต่ 27 กุมภาพันธ์ 2538 ถ้าต้องการใช้ ให้ใช้ ISO 10012 หรือ ANSI/NCSL Z 540 แทน
การสอบกลับมาตรฐานสากล (traceability)
การให้บริการสอบเทียบมาตรฐานแต่ละชนิด จะต้องดารงการเชื่อมโยงการสอบ กลับถึงมาตรฐานสากลได้อย่างมีประสิทธิผล มาตรฐานที่ใช้งานจะต้องได้รับการสอบ เทียบจากห้องปฏิบัติการภายนอกองค์กรมาก่อน จึงจะนามาใช้สอบเทียบภายในองค์กร (in-house) ต่อไป ถ้ามีมาตรฐานระดับ Working Standard ก็จะต้องถูกสอบเทียบกับ Primary Standards รวมทั้งการวัด สนับสนุนอื่น ๆ เช่น
การสอบกลับมาตรฐานสากล (traceability)
1. การสอบเทียบทางความดัน อุณหภูมิของเครื่องมือจะต้องถูกวัด และนามาคานวณค่า แก้ไข (correction) เทอร์โมมิเตอร์ที่ใช้วัดก็จะต้องถูกสอบเทียบมาตรฐานด้วย
2. การสอบเทียบเครื่องแปลงสัญญาณความดัน (pressure transmitter) ส่งเป็นสัญญาณ ออก 4-20 mA มัลติมิเตอร์ที่ใช้วัดกระแส 4-20 mA ก็จะต้องถูกสอบเทียบมาตรฐานด้วย และจะให้สมบูรณ์ตามนิยามของการสอบกลับมาตรฐานสากล การวัดเหล่านี้จะต้องระบุ ค่าประมาณความไม่แน่นอนของการวัดไว้อย่างชัดเจนด้วย
ความใช้ ได้ของการสอบเทียบ (validity of calibration) ใบรับรองการสอบเทียบแสดงสมรรถนะของเครื่องมือวัด ณ เวลาที่ทาการสอบเทียบ และ สภาพขณะสอบเทียบ หลังการสอบเทียบฯแล้ว เครื่องมือวัดควรถูกปิดผนึก(sealed) เพื่อปกป้องความ สมบูรณ์หลังการปรับจากการสอบ-เทียบ มาแล้ว
ความใช้ ได้ของการสอบเทียบ (validity of calibration)
ระบบคุณภาพจะต้องมีการกาหนดกระบวนการ (procedure) ประเมินระยะเวลาทาการสอบ เทียบใหม่ไว้ ระยะเวลานี้จะต้องถูกบันทึกในระบบบารุงรักษาเครื่องมือวัดของแต่ละเครื่อง เครื่องมือวัดแต่ ละเครื่องจะต้องมีสติ๊กเกอร์ ติดแสดงวันสอบเทียบครั้งต่อไป ศูนย์สอบเทียบฯต้องมีกระบวนการในระบบ คุณภาพว่าจะดูแลจับถือเครื่องมือวัด และนาออกจากการบริการอย่างไร เมื่ออายุการสอบเทียบฯเกินเวลา ที่กาหนดหรือสติ๊กเกอร์สอบเทียบหรือตราผนึกการสอบ-เทียบฯ ฉีกขาดหรือหายไปต้องมีกระบวนการใน ระบบคุณภาพว่าการใช้การวัดที่ต้องการที่สุดนั้นมีการรักษาความปลอดภัยและความมั่นคงอย่างไร