W Polsce jest używane nazewnictwo dotyczące usług przeprowadzania weryfikacji dokładności aparatury kontrolno-pomiarowej, świadczonej przez wyspecjalizowane laboratoria. Terminologia została przystosowana do europejskich i międzynarodowych norm, standardów i nazewnictwa.

Mimo wielu lat od wprowadzenia i unormowania poprawnych terminów wciąż zdarzają się przypadki, gdzie stosuje się błędne nazewnictwo. Co więcej również niepoprawnie określa się to czym jest wzorcowanie (lub kalibracja), a czym jest adiustacja.

Najgorsze w tym wszystkim jest także to, że bardzo często duże przedsiębiorstwa, a wręcz i sami producenci przyrządów pomiarowych stosują niepoprawne określenia i terminologię w stosunku do omawianego tematu.

To wszystko sprawia, że błędne nazewnictwo i definicje są ciągle powielane i utrwalane w ludzkiej świadomości i społeczeństwie. Ta publikacja ma na celu dokładne wyjaśnienie czym jest i czym nie jest wzorcowanie oraz adiustacja, a także jak właściwe użycie terminologii wpływa na błąd pomiaru.

Na końcu artykułu zadamy również pytania, które najczęściej się pojawiają w kontekście omawianego tematu wzorcowania oraz strojenia.

Definicje wzorcowania oraz strojenia aparatury pomiarowej

• Wzorcowanie, inaczej znane jako kalibracja (z ang. calibration) - Jest to proces polegający na ustaleniu wartości wskazywanych przez przyrząd wzorcowany w stosunku do odpowiadającym im wartościom wzorca miar. W tym kontekście należy używać zwrotu “wzorcowanie“, bądź “kalibracja“. Oba terminy znaczą to samo.
  
  Ważne jest ustalenie relacji pomiędzy wartością mierzoną i wskazaną przez urządzenie pomiarowe, a odpowiednimi wartościami wielkości fizycznych stanowiącymi wzorzec jednostki miary przy pomocy przyrządu wzorcowego.
  ​
• Strojenie nazywane również adiustacją (z ang. adjustment) - to działanie polegające na przywróceniu przyrządów pomiarowych do stanu, w którym jego dokładność pomiarowa jest zgodna z danymi technicznymi określonymi przez producenta w dokumentacji, albo błędem akceptowalnym przez użytkownika.

Pełna definicja powyższych zwrotów znajduje się m.in. w dokumencie: “Międzynarodowy Słownik Terminów Metrologii Prawnej” str. 17, wydany przez Główny Urząd Miar. Słownik jest dostępny pod adresem: gum.gov.pl

Wzorcowanie (kalibracja) to określenie działania polegającego na ustaleniu relacji pomiędzy wartością mierzoną i wskazaną przez urządzenie pomiarowe, a odpowiednimi wartościami wielkości fizycznych stanowiącymi wzorzec jednostki miary z określeniem niepewności tego pomiaru. Dla przykładu zadajnik napięcia o wysokiej dokładności weryfikowany okresowo w innym, akredytowanym laboratorium.

W przypadku aparatury wykorzystywanej do pomiarów wielkości elektrycznych oraz temperatury, wilgotności, oświetlenia, dźwięku, ciśnienia, przepływu powietrza - świadectwo wzorcowania jest właściwym i wystarczającym dokumentem potwierdzającym porównanie dokładności przyrządu ze wzorcem i określające jego sprawność pomiarową.

Zwracamy uwagę na fakt, że wzorcowanie jest stwierdzeniem obecnego stanu w jakim znajduje się badane urządzenie i w przypadku nieprawidłowości we wskazaniach przyrządu, nie obejmuje czynności regulacji / strojenia powodujących zmianę tego stanu. W przypadku konieczności dokonania takiej operacji, gdzie miernik zostaje przywrócony do stanu określonego przez wytwórcę jako mierzącego w ustalonym zakresie błędu pomiaru, mamy do czynienia z osobną usługą nazwaną strojeniem / adiustacją.

Strojenie (adiustacja, regulacja) to określenie procesu, który polega na ustaleniu relacji pomiędzy wartością zmierzoną i wskazaną przez przyrząd pomiarowy, a odpowiednimi wartościami wielkości fizycznych przez wzorzec jednostki miary (np. zadajnik napięcia o wysokiej dokładności weryfikowany okresowo w innym laboratorium) i w przypadku stwierdzenia rozbieżności niemieszczących się w określonym przez producenta zakresie, wprowadzenia takich zmian w urządzeniu, które doprowadzą do poprawnych wskazań. Wskazania muszą być zgodne z dokładnością określoną przez wytwórcę danej aparatury. 

Możliwość realizacji strojenia jest uzależniona od sposobu regulacji parametrów danego przyrządu przewidzianej przez producenta. W przypadku współczesnych urządzeń kontrolno-pomiarowych takie działanie często wykonuje się cyfrowo. Za pośrednictwem komputera z odpowiednim oprogramowaniem i interfejsem łączącym miernik z komputerem.

Z powyższych powodów wykonanie usługi strojenia jest ograniczone tylko do niektórych przyrządów.

Laboratorium Merserwis posiada oficjalną autoryzację na wykonywanie usług strojenia dla urządzeń firmy Metrel oraz Sauermann. Oczywiście istnieje również możliwość strojenia innych mierników, takich w których proces ten wykonywany jest manualnie za pomocą przewidzianych do tego przełączników czy potencjometrów lub cyfrowo w momencie dostarczenia pełnej instrukcji oraz odpowiedniego oprogramowania.

Inne, stosowane nazwy w dziedzinie wzorcowania i kalibracji

Obecnie nadal funkcjonują inne określenia, które odnoszą się bezpośrednio do procesu weryfikacji dokładności przyrządów jakim jest wzorcowanie, przykładowo:

• Świadectwo sprawdzenia - Jest to dokument potwierdzający zgodność z danymi producenta bez tabeli wyników
• Świadectwo strojenia / Świadectwo Adiustacji - Fabryczny dokument potwierdzający zgodność z danymi producenta, bez tabeli wyników
• Świadectwo kalibracji - Prawidłowe określenie: świadectwo wzorcowania
• Certyfikat sprawdzenia - Prawidłowe określenie: świadectwo sprawdzenia
• Certyfikat wzorcowania - Prawidłowe określenie: świadectwo wzorcowania
• Certyfikat kalibracji - Prawidłowe określenie: świadectwo wzorcowania
• Legalizacja - Termin używany w przeszłości. W tej chwili odnosi się wyłącznie do przyrządów mierniczych, które są wykorzystywane do rozliczania należności, np. wody, energii elektrycznej, gazu itp.

Podane zwroty i określenia posiadają ze sobą pewne, wspólne cechy, ale zgodnie z przyjętą i obowiązującą terminologią niektóre z nich zostały z sukcesem zastąpione określeniami opisanymi na początku, a inne odnoszą się wyłącznie do zamkniętego katalogu urządzeń.

Często pomyłki wynikają z faktu, że w języku angielskim termin Calibration oznacza Wzorcowanie. Co więcej w naszym kraju słowa kalibracja oraz wzorcowanie uznawane były bardzo długo za wyrażenia tożsame. Przy czym kalibracja była rozumiana tak, że odnosiła się również do czynności związanych z regulacją dokładności przyrządu (adiustacja!), a nie wyłącznie sprawdzeniem jego dokładności.

Praktyczne różnice między wzorcowaniem, a strojeniem

W celu wytłumaczenia różnic i zależności pomiędzy kalibracją i strojeniem, posłużymy się praktycznymi przykładami.

Wzorcowanie i kalibracja

Za pomocą zadajnika napięciowego wysokiej dokładności (używanego jako wzorzec), zadajemy napięcie o ustalonej wartości 100.00V, a następnie z podłączonego do zadajnika, wzorcowanego woltomierza dokonujemy odczytu wskazanej wartości (np. 100.1V). Proces powtarzamy dla kilku wartości napięcia, tzw. punktów. Dla każdego z tych punktów określamy różnicę wartości pomiędzy wartością wzorca i wartością odczytaną z przyrządu wzorcowanego.

Rezultatem całego działania jest wystawienie świadectwa wzorcowania, które posiada tabelę z wynikami pomiarów i dodatkowe informacje takie jak data przeprowadzenia kalibracji, użyte wzorca etc. Wynik wzorcowania jest kluczowy, ponieważ pozwala na ocenę, czy urządzenie spełnia określone wymagania metrologiczne i nadaje się do wykonywania pomiarów.

Kalibracja jest przeprowadzania zawsze w kilku, najlepiej co najmniej trzech, punktach. Punkty powinny być wybrane odpowiednio do zakresów pomiarowych kalibrowanego miernika albo możliwości technicznych danego laboratorium wzorcującego. Przykładowo dla powyższego woltomierza, który mierzy napięcie od 0 do 300V mogą to być, przykładowe punkty: 100.00V, 200.00V, 300.00V.

Przykładowa tabela z wynikami otrzymanymi podczas kalibracji

Jeżeli uzyskane wyniki nie wykazują żadnych nieprawidłowości czy błędów, wzorcowanie można uznać za wykonane z wynikiem pozytywnym.

Jednak może zdarzyć się, że wyniki otrzymanie w trakcie przeprowadzanej procedury kalibracji odbiegną znacząco od założonych wartości. W takim scenariuszu proces kalibracji jest wstrzymywany, a szczegółowa informacja o nieprawidłowościach czy wykrytej usterce miernika jest niezwłocznie przekazywana klientowi. Klient może określić jak dalej postąpić z uszkodzonym urządzeniem.

Firma Merserwis, oprócz działalności laboratoryjnej, równolegle prowadzi serwis aparatury kontrolno-pomiarowej oraz dział handlowy. Jako firma możemy w przypadku wykrytych problemów z miernikiem zaproponować klientowi naprawę lub zakup nowego przyrządu z korzystnym rabatem.

Wychodząc naprzeciw klientom i nie chcąc ich pozostawić samym sobie z problemem najczęściej oferujemy w Merserwis kilka możliwości:

• Dopuszczenie miernika z wykrytymi błędami (o ile wykryte i odnotowane błędy zostały zaakceptowane przez klienta).
• Poddanie urządzenia procedurze złomowania i tym samym wycofanie go z użytku jako niesprawny.
• Zlecenie przeprowadzenia osobnej usługi strojenia, która przywróci dokładność pomiarową zadeklarowaną przez producenta.
• Zlecenie usługi naprawy miernika (dotyczy mierników marek Metrel, Sauermann, Sonel, Kane, GW Instek).
• Zaoferowanie kupna nowego przyrządu z rabatem (oferujemy również możliwość leasingu mierników)

Zaznaczamy też, że wzorcowanie / kalibracja mierników nie obejmuje ich strojenia. Najczęściej klienci są zdania, że kalibracja również obejmuje adiustację dostarczonych przyrządów.

Strojenie i adiustacja

Po wykonaniu pierwszego wzorcowania Metrolog wykazał, że wartości wskazywane przez miernik odbiegały w znaczny sposób od założeń.

Przykładowa tabela z wynikami wzorcowania kwalifikującymi urządzenie do strojenia

Gdy laboratorium przeprowadzające kalibrację urządzeń posiada również wiedzę oraz możliwości wykonania strojenia miernika, może zaproponować wykonanie osobnej usługi strojenia dla tego przyrządu. Sam proces regulacji jest różnie przeprowadzany w zależności od rodzaju przyrządu, a także całej procedury zakładanej przez producenta. Zdarza się często, że samo wykonanie strojenia wymaga poświęcenia znacznie więcej czasu niż sama kalibracja.

Przykładem może być woltomierz mierzący wartość napięcia 0-300V. W tym przypadku wykazano, że kalibracja może zostać wykonana tylko w 3 punktach. W sytuacji strojenia producent może wymagać wyregulowania wskazań urządzenia podlegającemu strojeniu w aż kilkunastu punktach, np. co każde 10V od 0 do 300V. W przykładowym woltomierzu oznaczałoby to symulację i odczyt wartości zmierzonych w 30 punktach, a następnie dla każdego z tych punktów wykonanie osobnej regulacji tak, aby wskazania woltomierza były jak najdokładniejsze.

Po zakończeniu całej procedury strojenia, należy wykonać ponowne wzorcowanie, dzięki któremu można zweryfikować czy wykonana adiustacja przyniosła zakładany rezultat.

Odpowiadamy na pytania dotyczące kalibracji i wzorcowania w laboratoriach wzorcujących

Kalibracja i weryfikacja urządzeń pomiarowych są kluczowe dla zapewnienia dokładności i niezawodności wyników. Regularne sprawdzanie i kalibracja pomagają w utrzymaniu wysokiej jakości pomiarów oraz minimalizują ryzyko błędów.

Ważne jest, aby uzyskać oficjalny certyfikat kalibracji od laboratorium wzorcującego, który potwierdza metrologiczne właściwości urządzenia pomiarowego i jego zgodność z określonymi wymaganiami metrologicznymi.

1. Czy uzyskany wynik kalibracji może być nieprawidłowy z powodu błędu pomiaru?

Wynik kalibracji nie może posiadać błędnych wartości, ponieważ kalibracja nie ustala czy wyniki wskazane przez przyrząd wzorcowany są poprawne czy nieprawidłowe. Z tego powodu na dokumencie wzorcowania nie umieszcza się oceny wyniku kalibracji czy oceny poszczególnych pomiarów pod kątem poprawności uzyskanych wyników.

Wzorcowanie (kalibracja) jedynie określa jakie są wskazania przyrządu wzorcowanego, porównując go z wartościami wzorcowymi. Inaczej mówiąc, wzorcowanie opisuje aktualny stan wzorcowanego przyrządu bez wprowadzania w nim żadnych zmian, np. strojenia.

2. Czy nieprawidłowe wskazania mogą oznaczać, że miernik jest uszkodzony lub niesprawny? 

Przyrządy pomiarowe uznaje się za uszkodzone bądź niesprawne w momencie, gdy nie pozwalają na przeprowadzenie niezbędnych pomiarów w trakcie procesu wzorcowania, kalibracji. Za uszkodzenie można uznać, np. zniszczoną obudowę miernika, brak możliwości uruchomienia przyrządu, wyświetlanie zawsze takich samych wartości (bez względu na zadaną wartość wzorcową), błędne działanie jednej z kilku, osobnych funkcji pomiarowych w urządzeniach wielofunkcyjnych.

W wymienionych przypadkach dokument wzorcowania nie jest wystawiany, sama procedura zatrzymana, a dostarczony przyrząd pomiarowy uznaje się za niesprawny. W takim wypadku niezwłocznie informujemy klienta o zaistniałej sytuacji i przedstawiamy dalsze czynności i możliwości.

3. Czy błędnie wskazujący miernik może uzyskać świadectwo wzorcowania? 

Miernik, który wskazuje wartości z pewnym błędem nie może zostać automatycznie uznany za niesprawny, ponieważ w niektórych przypadkach błąd wzorcowanego przyrządu może być przez jego użytkownika uznany za nieistotny. Dla przykładu termometr mierzący temperaturę w zakresie od 0 do 100 °C z dokładnością +/- 1 °C, która została określona przez producenta. Podczas kalibracji laboratorium wykazało, że pomiar wartości temperatury badanego termometru jest obarczony błędem +/- 3 °C.

Jako, że samo świadectwo wzorcowania nie posiada deklaracji co do poprawności działania i oceny wyniku, a sam użytkownik miernika temperatury w zakłada dokładność +/- 5 °C w procesie technologicznym, to może uznać, że przyrząd może być użytkowany jako spełniający założone wymagania. Oznacza to, że celem bezpośrednim przeprowadzenia usługi wzorcowania jest określenie ewentualnie występujących błędów, a już w gestii użytkownika pozostaje to czy błędy takie są dla niego akceptowalne i uznaje on przyrząd za odpowiedni do jego zastosowania.

Laboratoria wzorcujące stosują rygorystyczne praktyki, aby zapewnić dokładne wyniki kalibracji. Dodatkowo warto wspomnieć, że w laboratoriach wzorcujących obowiązuje niepisana zasada, że zawsze, kiedy wyniki pomiarowe odbiegają w znaczący sposób od założonych wskazań, klient jest o tym fakcie informowany przed wystawieniem oficjalnego świadectwa wzorcowania. W momencie, gdy jest to możliwe laboratorium może dodatkowo zaoferować usługę strojenia przyrządu pomiarowego klienta.

4. Czy kalibracja także obejmuje strojenie miernika? 

Dość powszechnie powielanym błędem przez zleceniodawcę jest założenie, że kalibracja (wzorcowanie) nie tylko polega na porównaniu wartości ze wzorcem, ale także w przypadku błędnych wskazań, na wyeliminowaniu wykrytych błędów (regulacji / strojenia urządzenia). Najprawdopodobniej wynika to z błędnego tłumaczenia, które jest często stosowane.

W języku angielskim zwrot calibration jest tłumaczony na język polski jako wzorcowanie, a nie kalibracja jak mogło by się na pierwszy rzut oka wydawać. W rodzimym języku słowo kalibracja posiada konotację procesu wykonywania regulacji, strojenia. Niestety takie założenie w przypadku urządzeń kontrolno-pomiarowych jest najzwyczajniej błędne. Dopiero gdy w przyrządzie pomiarowym przeprowadza się zmiany w sposobie w jaki wykonuje on pomiary mamy do czynienia ze strojeniem (adiustacją).

Sprzęty przenośne narażone na wstrząsy powinny być wzorcowane częściej.

5. Czy każdy miernik może być adiustowany? 

To czy można przeprowadzić strojenie danego miernika jest uzależnione od jego producenta oraz możliwości technicznych laboratorium, w którym dokonywana jest kalibracja aparatury.

W starszych typach przyrządów pomiarowych regulacja mierników odbywała się ręcznie za pomocą analogowych potencjometrów, którymi regulowało się wskazania przyrządu pomiarowego.

W dzisiejszych czasach, gdzie mierniki analogowe wyparły rozwiązania cyfrowe sposób przeprowadzania strojenia uległ całkowitej zmianie i w większości przypadków wykonanie strojenia wymaga odpowiedniego oprogramowania producenta wzorcowanego przyrządu oraz interfejsów podłączeniowych miernika do komputera. Oprócz tego niezbędne jest posiadanie odpowiednich wzorców, a także całej procedury adiustacji i bezcennego doświadczenia w jej wykonywaniu. To oznacza, że możliwość zrealizowania strojenia jest ograniczona wyłącznie do laboratoriów i serwisów, które ściśle współpracują z producentem danej aparatury. To znaczy, że posiadają autoryzację producenta na wykonywanie takich usług jakimi jest nie tylko kalibracja, ale też adiustacja czy naprawy.

Laboratorium wzorcujące musi mieć również odpowiednie możliwości techniczne do przeprowadzania regulacji. Jeżeli wystąpiło podejrzenie, że wskazania mogą przekraczać akceptowalny próg błędu, zalecane jest korzystanie z usług laboratoriów umożliwiających wykonanie usług strojenia przyrządów producenta, które chcemy wzorcować.

Warto wspomnieć, że firma Merserwis posiada wyłączną autoryzację na naprawy, wzorcowanie oraz strojenie aparatury kontrolno-pomiarowej firm Sauermann i Metrel w całej Polsce.

6. Czy strojenie mierników jest odpłatne? 

Adiustacja mierników jest osobno wykonywaną usługą, która podlega dodatkowej opłacie. Wzorcowanie przyrządów kontrolno-pomiarowych odbywa się w co najmniej trzech punktach pomiarowych, które zostały odpowiednio dobrane do zakresów pomiarowych miernika i technicznych możliwości laboratoriów.

Wzorcowany przyrząd otrzymuje świadectwo wzorcowania, które zawiera informacje na temat wykonanych pomiarów, błędu pomiaru, niepewności pomiaru oraz wykorzystanych wzorców. Natomiast strojenie jest procesem znacznie dłuższym i o wiele bardziej pracochłonnym.

Adiustacja jest przeprowadzana w sposób odpowiednio dostosowany dla różnego rodzaju urządzeń pomiarowych. Jak wspominaliśmy w artykule, podczas przeprowadzania strojenia trzeba porównać i wyregulować od paru do nawet kilkunastu punktów jednej lub kilku wielkości w wypadku, np. miernika wielofunkcyjnego.

Dodatkowo w wielu współczesnych urządzeniach cyfrowych do prawidłowego wykonania strojenia jest wymagany specjalny kod odblokowujący, wydawany tylko przez wytwórcę danego przyrządu.

Po wykonaniu strojenia miernik jest przeprowadzane dokładne sprawdzenie i ponowne wzorcowanie w celu weryfikacji efektów przeprowadzonej regulacji.

Aktualnie cały proces wygląda następująco:

1. Wzorcowanie / Kalibracja
2. Strojenie / Adiustacja / Regulacja
3. Ponownie Wzorcowanie / Kalibracja