كليات و مفاهيم كاليبراسيون تجهيزات

اگر چه سابقه علم اندازه گيري و كاليبراسيون به قديمي ترين تمدن هاي بشري باز مى گردد، اما با تغيير نوع روابط بين كشورها نسبت به زمان قديم و گسترش اين ارتباطات از سال 1875 به بعد سيستم جهاني اندازه گيري به صورت يكسان از طرف اكثر كشورها و رفته رفته تمامي آن هاپذيرفته شد. بنابراين با هماهنگ شدن اين نظام ضرورت به وجود آمدن زباني مشترك در اين رابطه نيز آشكار شد. مفاهيم ذكر شدهدر ادامه مباحث به عنوان كليد واژه هاي اين زبان مشترك، برقراري ارتباط با ساير اقوام و مليت ها را امكان پذير مي سازد .
• كميت: مشخصه ذاتي يك پديده كه بتوان آن را از نظر كيفي تشخيص داد و از نظر كمي اندازه گيري كرد مانند جرم، زمان.
• دستگاه كميت ها: مجموعه اي از كميت ها كه بتوان بين آن ها رابطه تعريف  شده اي به وجود آورد مانند دستگاه .Sl
• كميت پايه: كميتي كه مستقل از ساير كميت ها در يك دستگاه كميتي باشد مانند طول در دستگاه Sl 
• كميت فرعي: كميتي كه بر مبناي كميت پايه تعريف مي شود مانند سرعت.
• كميت اندازه ده: كميتي است كه مورد اندازه گيري قرار مي گيرد.
• كميت تاثير گذار: در اندازه گيري كميت ها، برخي از آن ها روي كميت موردنظر تاثير مي گذارد و خود مورد اندازه گيرينيست مانند دما در اندازه گيري طول.
• وسيله اندازه گيري: وسيله اي كه بهتنهايي يا همراه با وسايل كمكي براي انجاماندازه گيري يا اندازه گيري هاى مشخص به كار مي رود.
• محدوده مشخص شده اندازه گيري: مقادير قابل اندازه گيري كه در آن ها خطاي وسيله اندازه گيري در محدوده مشخص شدهقرار مي گيرد. حد بالا و حد پايين قلمرو مشخص شده اندازه گيري معمولا به ترتيب ظرفيت ماكزيمم و ظرفيت مينيمم خوانده میشود

• شرايط اندازه گيري مرجع: شرايط لازم براي كاربرد يك وسيله اندازه گيري به طوري كه بتوان به اندازه هاي تعيين شده اطمينان كرد يا با اطمينان بتوان اندازه گيري وسايل مختلف را با هم مقايسه كرد. شرايط مرجع همواره دارايمقادير يا محدوده مشخص است.
• تنظيم : عمليات مشخص براي آوردن يك وسيله اندازه گيري يا دستگاه در محدوده قابل استفاده براي اندازه گيري يا كاربرد معلوم.
• درستي و صحت: نزديكي ميانگين خروجي هاي يك سيستم نسبت به مبدا مورد نظر.
• دقت : نزديكي خروجي هاي يك سيستم نسبت به يكديگر.
• زينه بندي: بيان كمي توانايي يك وسيله اندازه گيري در نشان دادن كوچك ترين تفاوت بين دو كميت نشان داده شده متوالي است. به عبارت ديگر كوچك ترين تفاوت با معني دو كميت نشان داده شده توسط وسيله اندازه گيري يا كوچك ترين قسمت بندي وسيله اندازه گيري است.
• عدم قطعيت: پارامتري مربوط به نتيجه گيري كه پراكندگي مقادير را (كه مي توان به طور منطقي به اندازه ذره نسبت داد) مشخص مي كند.
• رواداري (تلرانس): ماكزيمم يا مينيمم انحرافي است كه مي تواند در مورديك كميت اعمال شود.
• پايداري: توانايي يك وسيله در حفظ خصوصيات اندازه شناختي آن است با در نظر گرفتن مدت اعتبار زماني يا تعداد دفعات مورد تاييد تكرار آزمايش
• رانش: تغيير كم خصوصيات اندازه شناختي يك وسيله اندازه گيري نسبت به زمان است.
• قابليت رديابي: خاصيت نتيجه يك اندازه گيري كه بدان وسيله مي تواند از طريق زنجيره ناگسستني مقايسه ها به استانداردهاي اندازه گيري (معمولااستانداردهاي بين المللي و ملي) مرتبط شود.
• تكرار پذيري در نتايج اندازه گيري: ميزان نزديكي بين نتايج اندازه گيري پي در پي از يك اندازه ده كه در شرايط يكسان انجام شده باشد.
• تجديد پذيري در نتايج اندازه گيري: به ميزان نزديكي بين نتايج اندازه گيري روي يك اندازه ده در شرايط متفاوت گفته مي شود.

• گستره اسمي: محدوده اي است كه دستگاه در آن كار مي كند.
• ميزان تغييرات: فاصله بين حدود بالايي و پاييني دامنه ورودي يا خروجييك وسيله اندازه گيري است.

انواع خطاها
خطاها برحسب تاثير گذاري شان برروي نتايج حاصله از اندازه گيري
به صورت زير تقسيم بندي مي شوند:
1) خطاي عمده
2) خطا از نظر منشا و منبع
3) خطا از نظر نمايش
خطاهاي عمده
اين خطا به سه دسته تقسيم مي شوند:
الف) خطاي ناشي از اشتباه: مثلا در جمع چند اندازه اشتباه شود.
ب) خطاي ناشي از حواس پرتي

ج) خطاي ناشي از استفاده ناصحيح از تجهيزات
روش هاى جلوگيري از خطاهاي عمده مي تواند، اندازه گيري با روحيه خوب و با ميل و رغبت و همچنين هوشياري، دقت و توجه كافي به مراحل آماده سازي آزمون باشد.
خطا از نظر منشا و منبع
به دو دسته تقسيم مي شوند

1) خطاهاي روشمند

2) خطاهاي تصادفي
خطاهاي روشمند
خطايي است كه در سراسر يك آزمايش ثابت است مانند دما و رطوبت، در اندازه گيري طول خطاهاي روشمند به سه دسته خطاي شخصي، محيطي و
دستگاهي تقسيم مي شوند.
الف) خطاي شخصي شامل خطاي پارالكس و خطاي درون يابي است.
 پارالكس
فاصله محدودي بين عقربه و صفحه مدرج وجود دارد. بنابراين اگر قرائت از زواياي مختلفي صورت گيرد نتايج مختلفي حاصل خواهد شد، هيچ راهي براي
اينكه مشخص شود كدام مجموعه قرائت صحيح است وجود ندارد. اين نوع خطا از طريق استفاده از يك آينه در روي صفحه مدرج حذف مى شود.
 درون يابي
هرگاه عقربه دقيقا در روي علامت درجه بندي صفحه مدرج قرار نداشته باشد شخص مشاهده كننده بارها مجبور خواهد شد مقدار نشان داده شده را

كسري از مقادير درجه بندي تفسير كند. توانايي در تقسيم بندي چشمي بين درجات محدود است و مطمئنا همراه خطا خواهد
بود.
ب) خطاي محيطي شامل: فشار،رطوبت، دما، گرد و غبار و …
ج) خطاي دستگاهي شامل: تراز نبودن، بارگذاري نامناسب، فرسودگي و … خطاهاي روشمند را مي توان با ايجاد شرايط محيطي مناسب به حداقل رساند.خطاهاي روشمند باعث مي شوند كه صحتدستگاه خوب نباشد.
• خطاهاي تصادفي (رندومي)
(Random Errors)
خطايي است كه در يك اندازه گيري بهصورت تصادفي و پيش بيني نشده ظاهر مي شود. خطاهاي تصادفي شامل: جريانهوا، لرزش، سر و صدا، تشعشع و …خطاهاي تصادفي را مي توان با ميانگين گرفتن و استفاده از فنون آماري به حداقل رساند، خطاهاي تصادفي باعث مي شوند كه
دقت دستگاه خوب نباشد.
3) خطا از نظر نمايش
خطا از نظر نمايش به دو دسته تقسيم مي شود: خطي - غير خطي
• خطاهاي خطي
هر گاه يك دستگاه اندازه گيري خروجي هايي را ارايه بدهد كه با يك روند خطي از مقدار واقعي تفاوت داشته باشد آن را خطاي خطي مي گويند.
خطاهاي خطي به دو دسته تقسيم مي شوند:
Zero Shift Error • خطاي جابجايي از صفر
اختلاف حد بالايي و حد پاييني مقدارايده آل و به دست آمده يكسان بوده و فقط نقطه صفر جابجا شده است.
• خطاي دهانه (ميزان تغييرات)Span Error
 اختلاف حد بالايي و حد پاييني مقدار ايده آل و بدست آمده متفاوت بوده و نقطه صفر يكسان است. هميشه خطاهاي خطي، دستگاه ها را نيازمند مي كنند كه تنظيم شوند و سپس كاليبره شوند.

• خطاهاي غير خطي
خطاهايي هستند كه نتايج داده شده توسط دستگاه اندازه گيري از يك روند مشخصي پيروي نمي كنند. ممكن است بههر صورت باشد درجه دو، سه ، … اگر چنين خطايي داشته باشيم در دقت دستگاه تاثير مي گذارد و تكرار پذيري را ناممكن مي كند. هرگاه چنين مساله اي پيش آمد شخص اپراتور بايد بداند كه دستگاه ابتدا بايد تعمير و سپس تنظيم و بعد كاليبره شود. خطاهاي غير خطي به دو دسته تقسيم مي شوند:
• خطاي هيسترزيس يا پسماند(Hysteresis)
• خطاي پهنه سكوت يا باند مرگ(Deadband)
خطاي پسماند
يك نوع نمايش در دستگاه هاي اندازه گيري وجود دارد كه وقتي كه دستگاه خاموش است يا نحوه كار عوض مي شود باز اثر يك كميت وجود دارد.
• خطاي پهنه سكوت
بيشترين بازه اي كه مي توان يك محرك را در دو جهت تغيير داد بدون آنكه تغييري در پاسخ دستگاه اندازه گيري حاصل شود. پهنه سكوت ويژگي است كه دردستگاه هايي كه ورودي و خروجي آن ها حساسيت هاى مختلف دارند، مشاهده مى شود. خطاهاي ذكر شده لزوم نرم افزاري كاليبراسيون هستند.
فنون كاليبراسيونبه طور كلي كاليبراسيون به سه روش قابل اجرا است. روش اول كاليبراسيون براي به دست آوردن خطا و ثبت نتايج حاصله است. روش دوم كاليبراسيون، روش اول را در برگرفته و علاوه بر آن نتايج حاصله بااستاندارد دو دستور العمل مقايسه شده ووضعيت وسيله نيز از جهت قبول يا رد آن
مشخص مي شود. روش سوم كاليبراسيونروش دوم را در برگرفته و علاوه بر آن تنظيم، تعمير يا حذف خطاي ايجاد شده را نيز دربر مي گيرد.

آنچه مسلم است در به دست آوردن خطاي دستگاه هاى اندازه گيري و ثبت نتايج معمولا از دو روش استفاده مى شود. در اندازه گيري هايي كه دقت بالامدنظر نباشد و فقط اطلاع پيدا كردن از وجود اندازه مدنظر باشد از سنجشمقايسه اي يا جانشيني استفاده مي شود. مثال براي اين روش قرار دادن گالوانومتردر مدار جهت اطلاع يافتن از وجود جريان آن است. در روش دوم كه به سنجش كمي يا ديفرانسيلي مشهور است بايد از ابزار اندازه گيري با دقت بالا استفاده كرد.