1
کالیبراسیون Calibration
ارائه دهنده: مجید عمادآبادی
اردیبهشت 94
2
استاد :دکتر برخورداری
فهرست مطالب
اهمیت کالیبراسیون و تعریف کالیبراسیون
استانداردها
دلایل عدم قطعیت و انواع خطا
تعیین زمان کالیبراسیون و بازنگری زمان کالیبراسیون
مکان و فنون کالیبراسیون
وضعیت کالیبراسیون ،ثبت نتایج و نگهداری سوابق
پروتکل هارت
انواع سیگنال های ابزار دقیق و ولتاژ ابزار دقیق و کایبراسیون
کالیبراسیون الکتریکی
کالیبراسیون دما
کالیبراسیون فشار
کالیبراسیون فلو
کالیبراسیون PH
3
اهمیت ابزار دقیق در پروسه کنترل
4
کنترل فرایند تولید در یک پروسه صنعتی به تجهیزات ابزار دقیق سپرده شده که میتواند نحوه کنترل فرایند ، محصول و ایمنی تاثیر بگذارد
اگر فرایند درست کنترل نشود موجب ضایعات ، محصول بی کیفیت ، حادثه و خسارت گردد
فرسودگی تجهیزات
استفاده مکرر
حوادث غیر قابل پیش بینی
تاثیر شرایط محیط
افزایش عدم قطعیت
کالیبراسیون
کالیبراسیون چیست ؟
(دراستاندارد ملی ایران در بخش "واژه ها واصطلاحات پایه و عمومی اندازه شناسی" )
مقایسه ابزار دقیق با یک مرجع استاندارد آزمایشگاهی در شرایط استاندارد ، جهت اطمینان از دقت و سلامت آن و تعیین میزان خطای این وسیله نسبت به آن استاندارد وتنظیم آن در مقایسه با استاندارد.
کالیبراسیون درمعنای عام ،تنظیم کردن وسایل اندازه گیر است
5
استانداردها
6
7
انواع خطا
:(zero shift calibration error) خطای شیفت صفر
8
انواع خطا
:(span shift calibration error) خطای شیفت بازه
9
انواع خطا
:(A linearity calibration error) خطا در رفتار خطی
10
انواع خطا
:(hysteresis calibration error) خطای هیسترزیس
11
زمانی اتفاق میافتد که دستگاه ابزاردقیق پاسخهای متفاوتی به ورودی در حالتهای افزایشی و کاهشی می دهد.
خطای هیسترزیس تقریباً همیشه بوسیله اصطحکاک مکانیکی برخی قطعات ایجاد می شود (و یا شل
،(bellows) بیلوزها ،(bourdon tubes) شدن اتصالات مابین قطعات مکانیکی) مانند بوردون تیوب ها
.(levers) اهرم ها ،(pivots) پیووتها ،(diaphragms) دیافراگ
پارامترهای مهم در تعیین فاصله زمانی کالیبراسیون
1-اطمینان از انطباق مداوم تجهیزات با الزامات مشخص شده
2-به حداقل رساندن هزینه با کاهش کالیبراسیون های اضافی
12
تعیین زمان برای کالیبراسیون برای اولین بار
توصیه کارخانه سازنده و گواهی کالیبراسیون اولیه که به همراه ابزار ارسال میشود
ماکزیمم خطای مجاز ، وسعت و دقت استفاده از ابزار
سوابق ابزار مشابه
تاثیر پذیری ابزار نسبت به محیط و تمایل به فرسایش و رانش
تنظیمات منحصر به فرد ابزار
ریسک های جابجایی ابزار در مدت زمان استفاده
بازه زمانی برای اولین بار می بایست به صورت سختگیرانه انتخاب شود.
13
بازنگری فاصله زمانی کالیبراسیون
جهت بهینه سازی بین هزینه و ریسک می بایست فرکانس کالیبراسیون به طور مداوم مورد بازنگری قرار گیرد.
دربازنگری فاصله زمانی، تجهیرات به سه دسته تقسیم می شوند.
عدم تغییر دوره کالیبراسیون
افزایش دوره کالیبراسیون
کاهش دوره کالیبراسیون
14
عدم تغییر دوره کالیبراسیون
هر زمان یک ابزار بر اساس یک روتین مشخص کالیبره گردد و اگر خطای ابزار از 80% ماکزیمم خطای مجاز تجاوز نکرده باشد. آنگاه بازه زمانی آن می تواند تمدید گردد
15
مثال:گیج فشار کلاس1 با گستره 0-500bar و دوره کالیبراسیون6 ماهه پس از اتمام تاریخ انقضاء جهت کالیبره مجدد به واحد کالیبراسیون ارجاع شده.با توجه به اینکه ماکزیمم خطای مجاز ابزار(مطابق استانداردDIN837-1) ±5bar است،اگر در کالیبراسیون دوره ای ماکزیمم خطای ابزار از 4bar تجاوز نکند، می توان یک دوره شش ماهه مانند دوره قبلی برای ابزار در نظر گرفت
افزایش دوره کالیبراسیون
وقتی تجهیزات اندازه گیری مشکلی در عدم پایداری نداشته باشند بازه کالیبراسیون آنها می تواند طولانی شود.
اگر حد اقل سه بار از دفعات کالیبراسیون بدون مشکل باشد و ابزار اندازه گیری دارای مشخصات کالیبراسیون یکسان با دفعات قبل باشد می توان بازه کالیبراسیون را طولانی کرد.
نکته1:باید توجه کرد طولانی کردن بازه زمانی کالیبراسیون نباید بیشتر از ماکزیمم بازه زمانی کالیبراسیون ویا در تجهیزات حساس بازه زمانی طولانی نشود.
نکته 2:در صورتیکه ابزار اندازه گیری A که قابلیت پایداری بیشتری دارد و به موازات ابزار اندازه گیری B استفاده شود می توان بازه کالیبراسیون B را مطابق A انتخاب کرد.
نکته 3:در حالتی که ابزار اندازه گیری در محلی استفاده شود که سازنده آن ابزار موارد دقیق تر از محل استفاده را پیش فرض قرار دهد فرکانس کالیبراسیون می بایست افزایش یابد.
16
کاهش دوره کالیبراسیون
وقتی ابزار اندازه گیری از مشخصات تعیین شده خود انحراف بالایی داشته باشد(خطابیشتر از80%خطای مجازباشد) دستور العمل زیر می بایست انجام شود.
در مواقعی که این انحراف از طریق خرابی ابزار یا استفاده نادرست از آن ایجاد شود می بایست علت خرابی یا عدم استفاده صحیح مشخص شود و اقدام اصلاحی لازم و همچنین در صورت نیاز آموزش لازم برای بالابردن مهارت اپراتور جهت جلوگیری از وقوع حوادث مشابه صورت پذیرد.
در مواقعی که ابزار به دلیل وجود علل سیستماتیک انحرافی در آن ایجاد شود، بازه زمانی کالیبراسیون به نصف بازه زمانی اولیه تغییر یابد و بررسی شود که آیا بازه زمانی ابزار مشابه نیز می بایست تغییر کند یا خیر
17
مکان کالیبراسیون
کالیبراسیون در آزمایشگاه های مرجع انجام می پذیرید.
کالیبراسیون می تواند در مکانی که وسیله اندازه گیری مورد استفاده قرار می گیرد نیز انجام شود.
مزایا : 1-تنش های ناشی از جابجایی وسیله به حداقل می رسد 2- کالیبراسیون ساده تر و ارزان تر تمام می شود چون کالیبراسیون فقط در نقاط مورد نظر کاربران انجام می شود 3-کاربران می توانند از حفاظت دستگاههای خود مطمئن باشند 4- کالیبراسیون در کوتاه ترین زمان خود انجام می گیرد و در عملکرد دستگاه انقطاعی پیش نمی آید
5- تغییرات شرایط محیطی روی دستگاه های مرجع ممکن است تاثیر گذار باشد
18
فنون کالیبراسیون
بطور کلی کالیبراسیون به سه روش قابل اجراست:
روش اول کالیبراسیون برای بدست آوردن خطا و ثبت نتایج حاصله می باشد.
روش دوم، روش اول را در بر گرفته و علاوه بر آن نتایج حاصله با استاندارد و دستورالعمل مقایسه شده و وضعیت وسیله نیز از جهت قبول و یا رد آن مشخص میشود
روش سوم، روش دوم را در بر گرفته و علاوه بر آن تنظیم، تعمیر و یا حذف خطای ایجاد شده را نیز در بر میگیرد.
19
وضعیت کالیبراسیون
پس از انجام کالیبراسیون وضعیت کالیبراسیون ابزار باید مشخص باشد .
1- کالیبره بودن ابزار 2- دقت و صحت واقعی ابزار 3- تاریخ انجام کالیبراسیون بعدی 4- محدودیت های کاربرد و استفاده از ابزار 5- نگهداری سوابق کالیبراسیون
20
برچسب کالیبراسیون
نگهداری سوابق کالیبراسیون
1- امکان بررسی وضعیت و تغییرات ابزار در طول زمان جهت تعیین توالی انجام کالیبراسیون و نحوه بکارگیری ابزار
2- اثبات ادعای کالیبره بودن ابزار
21
برچسبهای کالیبراسیون
بر روی برچسب کالیبراسیون حتماً باید تاریخ کالیبره و انقضای اعتبار آن قید شود، مهر آزمایشگاه کالیبره کننده بر روی آن باشد و در جایی که به وضوح دیده میشود، نصب گردد.
انواع مختلف برچسبهای کالیبراسیون : 1- برچسب مخصوص استانداردهای اولیه به رنگ قرمز 2- برچسب مخصوص استانداردهای ثانویه به رنگ طلایی 3- برچسب مخصوص استانداردهای کاری به رنگ سبز 4- برچسب مخصوص کلیه دستگاههای متفرقه به رنگ سفید 5- برچسب (NCR )مربوط به تجهیزاتی که نیاز به کالیبراسیون ندارند. 6- برچسب (( CBU مربوط به تجهیزاتی که به ندرت استفاده میشوند.
22
سوابق کالیبراسیون
• اطلاعات شناسایی دقیق ابزار مورد نظر (نوع ، نام ، شماره سریال و … ) • نام مسئول و محل نگهداری • تاریخی که کالیبراسیون انجام شده است • نتیجه کالیبراسیون در قالب مقادیر خوانده شده پیش از تنظیم و پس از تنظیم برای هریک از پارامترهای مورد کالیبراسیون (این مورد برای بررسی وضعیت و روند تغییرات ابزار ضروری است) • تاریخ کالیبراسیون بعدی • حدود خطای قابل قبول • شماره سریال استانداردهایی که برای کالیبره کردن ابزار به کار رفته اند • شرایط محیطی در حین کالیبراسیون • بیان مقدار خطای احتمالی (در قالب دقت و صحت) • جزئیات تمامی تنظیمات ، خدمات ، تعمیرات و تغییراتی که انجام شده است • نام شخصی که عمل کالیبراسیون را انجام داده است • جزئیات هر گونه محدودیت استفاده
23
24
مدارک و فرمهای مورد نیاز در ابزار دقیق
25
مدارک و فرمهای مورد نیاز در ابزار دقیق
26
PM تعمیرات یا نگهداری پیشگیرانه (Preventive Maintenance)
به مجموعه فعالیت هایی اطلاق می شود که در جهت افزایش کارایی و به تعویق انداختن بازه زمانی تعمیرات تجهیزات اجرا می شود.
این فعالیت ها شامل کنترل ، بازرسی و باز بینی دوره ای کمی وکیفی دستگاه، بررسی وضعیت عملکرد آن، بررسی صحت و دقت خروجی های دستگاه ( تست کالیبراسیون)، باز بینی ایمنی دستگاه جهت به حداقل رساندن خطرات ناشی از عیوب دستگاه به منظور حفظ جان بیمار و پرسنل و انجام فعالیتهایی از قبیل تمیزکاری، روغن کاری یا تعویض قطعاتی که دچار مشکل هستند میشود.
27
هر چقدر از نتایج اندازه گیری ها در یک پروسه ، خطاها ، نتایج کالیبراسیون ،تحلیل نتایج استفاده کنیم تعمیرات پیشگیرانه ما از خرابی سیستم و خرابی تجهیزات ابزار دقیق جلوگیری میشود
نکته:
پروتکل HART
بصورت اختصار از حروف اول
Highway Addressable Remote Transducer
گرفته شده است و در اوایل دهه 1980 توسط کمپانی Rosemont Inc برای ایجاد یک مودلاسیون سطح پایین روی سیگنال 4-20mA به منظور Intelligent Measurement وکنترل تجهیزاتی که به روش قدیم 4-20mA کار می کردند ابداع شد و بعد از ان به عنوان یک open standard مطرح شده و با گسترش و بهینه شدن آن در قالب HART Communication Foundation سازماندهی شد و تا کنون 116 شرکت عضو این سازمان شده اند .
28
پروتکل HART
دستگاهها و تجهیزاتی که پروتکل HART را پشتیبانی می کنند به دو دسته تقسیم می شوند :
· دستگاههای Master
· دستگاههای Slave
دستگاههای Master شامل ترمینالهای دستی و ترمینالهای مبتنی بر pc در اتاق کنترل می باشند. دستگاههای Slave شامل سنسورها, ترانسمیتر ها و محرکهای مختلف می باشند.
داده های HART توسط یک مودم FSK بر روی سیگنالهای 4-20mA سوار می شوند. این امر تجهیز را قادر می سازد که به طور دیجیتالی وبا استفاده از پروتکل HART به بر قراری ارتباط بپردازد, درحالی که در همان زمان انتقال سیگنال آنالوگ نیز در حال انجام است. به عبارت دیگر با استفاده از پروتکل HART می توانیم سیگنال دیجیتال و آنالوگ را به طور همزمان ارسال و دریافت کنیم. دستگاههای فیلد وترمینال های دستی دارای یک مودم FSK می باشند, در حالی که PC ها دارای یک واسط سریال جهت اتصال به مودم داخلی می باشند. ارتباطات از طریق HART به طور معمول برای چنین اتصالات نقطه به نقطه ای مورد استفاده قرار می گیرد.
29
انواع سیگنال های ابزار دقیق
٣ – ١٥ psi سیگنالهای ابزاردقیقی پرکاربرد در که مورد استفاده قرار میگیرند عبارتند از:
۱-سیگنال ۰-۵ ولت
۲-سیگنال ۰-۱۰ولت
۳-سیگنال -۵تا+۵ ولت
۴-سیگنال ۰ تا ۲۴ ولت
5-سیگنال جریان ۴تا۲۰ میلی امپر
6-سیگنالهای پنوماتیکی ۳psi تا ۱۵psi
مهمترین سیگنال کنترلی ۴تا۲۰ میلی امپر است.یکی از مهمترین دلایل استفاده از سیگنال جریان نویز پذیری و افت کم سیگنال جریان است.
در سیگنال ۰تا۲۰ میلی امپر در صورتی که خط انتقال دچار قطع شدن شود فرقی بین سیگنال در ۰میلی امپر و مسیر قطع وجود ندارد.در ضمن خود تجهیزات نیاز به تغذیه دارند که در صورتی که سیگنال کنترلی در ۰میلی امپر باشد تجهیز تغذیه نمی گردد به همین دلیل از 4 میلی آمپر به عنوان سیگنال حد پایین استفاده می شود.
30
انواع سیگنال های ابزار دقیق
31
ولتاژ ابزار دقیق
32
تفاوت کالیبراسیون و تنظیم رنج re-ranging
33
در ادوات ابزاردقیق آنالوگ، تغییر رنج معمولاً تنها از طریق کالیبراسیون مجدد انجام میشود، به طوری که تنظیمات مشابهی برای دستیابی به هر یک از آنها کالیبراسیون یا تغییر رنج) به کار میرود.
در ادوات ابزاردقیق دیجیتال، کالیبراسیون و تغییر رنج، نوعاً تنظیمات مجزایی هستند. به این معنی که ممکن است یک ترانسمیتر دیجیتال را تغییر رنج داد بدون اینکه مجبور به اجرای کالیبراسیون کاملی بر روی آن دستگاه باشیم.
بنابراین درک تفاوت بین تغییر رنج و کالیبراسیون حائز اهمیت است.
نحوه کالیبراسیون تجهیزات ابزار دقیق
در اکثر تجهیزات قابل کالیبره دو پیچ قابل تنظیم وجود دارد پیچ ( span Adj ) span و پیچ (zero Adj ) zero
در واقع کالیبراسیون توسط این دو پیچ صورت می گیرد.
حداکثر طول اندازه گیری : span
ابتدای حد پایینی : zero
zero = LRV
span = URV – LRV
LRV = Lower Range Value , URV = Upper Range Value
34
Electrical standards استادنداردهای الکتریکی
35
متن
36
دما
Temperature
(Temperature standards)استانداردهای دما
37
در اکثر TG های دما پیچ تنظیم صفر بر روی عقربه وجود دارد در صورتی که وجود نداشت توسط یک pointer کش عقربه را در اورده و بر روی مقدار صفر جا میزنیم
دستگاهی که برای کالیبراسیون دما به کار میرودOven نام دارد oven های امروزی علاوه بر سیستم گرم کننده دارای سیستم خنک کننده نیز هستند و می توانند دما را تا ٥٠ – درجه سانتیگراد پایین بیاورند
Oven در واقع همان حمام کالیبراسیون خشک Dry bath calibrator است
کالیبراسیون دما Temperature Gauge
38
کالیبراسیون دما temperature Gauge
به ترتیب برابر با ٠ و ١٢٠ درجه سانتیگراد می باشد. span و zero مقادیر TG فرض کنیم در یک
را به آن وصل TG را روی ٠ درجه سانتیگراد تنظیم می کنیم و ovenدرجه : zero تنظیم
و یا zero می کنیم . در این حالت عقربه باید روی عدد صفر باشد در غیر این صورت توسط پیچ
کش آن را تنظیم می کنیم. Pointer
.
39
کالیبراسیون ترانسمیتر دما Temperature Transmitter
40
41
ترانسمیتر های هوشمند
Smart Temperature Transmitter
42
ترانسمیتر های هوشمند
Smart Temperature Transmitter
43
کالیبراسیون ترانسمیتر دما Temperature Transmitter
44
کالیبراتور دما Temperature Calibrator
کالیبراتور های دما برای کنترل و اطمینان از صحت مقادیر اندازه گیری شده از تجهیزات اندازه گیری دما نیازی الزامی در صنعت خواهد بود . این تجهیزات با دقت بالا دما را اندازه گیری میکند و امکان مقایسه دما واقعی را با مقدار اندازه گیری شده به کمک سنسورهای دمای ترموکوپل یا RTD برا به ما خواهد داد.
45
46
فشار
Pressure
(Pressure standards)استانداردهای فشار
47
کالیبراسیون گیج و ترانسمیتر فشار Pressure Gauge Pressure Transmitter
48
منبع استاندارد فشار
49
50
کالیبراسیون گیج و ترانسمیتر فشار Pressure Gauge Pressure Transmitter
51
منبع فشار هند پمپ
هند پمپ پنوماتیکی
هند پمپ روغنی
52
کالیبراسیون Pressure Difference Gauge Pressure Difference Transmitter
53
کالیبراسیون Pressure Difference Gauge Pressure Difference Transmitter
مدار زیر را برقرار کرده و هیچ فشاری را بر روی سل های H وL اعمال نمیکنیم
54
کالیبراسیون Pressure Difference Gauge Pressure Difference Transmitter
55
کالیبراتورهای فشار Pressure Calibrator
کالیبراتور های فشار نظیر کالیبرتورهای دما جهت کنترل صحت عملکرد تجهیزات اندازه گیری فشار و اطمینان از عملکرد آنها استفاده میگردند . کالیبراتورهای فشار به صورت دیجیتال و آنالوگ و با توجه به دستی یا میزی بودن ، دقت و … دسته بندی میگردند . کالیبراتور های دستی به کمک پمپ دستی و گیج فشار دقیقی که به تست گیج معرفند به شما این امکان را میدهند که در هر جای سایت که اراده میکنید گیج مشکوک را تست کنید و از صحت عملکرد آن مطمئن شوید. برخی از این نمونه های کالیبراتور هند هلد تا تا 700 بار را میتوانند اندازه گیری کنند .در انتخاب این تجهیزات به موارد زیر توجه کنید .
رنج فشاری
هیدرولیک یا پنوماتیک بودن تجهیز
دقت دستگاه و تست گیج
هندهلد یا دستی بودن یا دسکتاپ و میزی بودن تجهی
56
57
58
فلو
FLOW
استانداردهای فلو (Flow standards)
59
60
استانداردهای فلو (Flow standards)
کالیبراسیون FLOW Transmitter(dp)
61
کالیبراسیون ph متر
62
قبل از اندازه گیری ph شما نیاز به کالیبراسیون الکترود دارید برای این کار حداقل به دو محلول با ph معلوم نیاز دارید. در این مورد اغلب از بافرهایی با 4,1 ph ، 7 و 10 استفاده می شود
قـدم اول معمـولا در ارتبـاط بـا تـصـحـیـح دمـایی است. برخی مدل ها به صورت خودکار دما را اندازه گیری می کنند. برخی دیگر به کــمـــک یــک پــروب خــارجــی ایــن کــار را انـجــام می دهند. گاهی اوقات نیز باید دمایی را که توسط دیگر وسایل اندازه گیری به دست آمده، با استفاده از دکـمـه هـای مـوجـود بـر روی پـنل دستگاه وارد کنید. قدم بعد قراردادن الکترود در محلول بافری با 7ph= است. الکترود باید ph را به درستی تشخیص دهد. در مرحله بعد الکترود را خارج کرده و با آب مقطر شسته و با یک دستمال خشک آن را پاک کنید. سـپـس در مـحـلـول بـافـر دیگری که ph آن از قبل مشخص شده است، فرو برید. منتظر باشید تا عدد نمایش داده شده ثابت شود. ممکن است این مورد حتی بالای یک دقیقه به طول انجامد. Ph مترهای مدرن اغلب به صورت اتوماتیک بافر را تشخیص و عملکـرد لازم را انجام می دهند. در مدل های قـدیمـی تر شما باید یکی از دکمه های مربوط به کالیبراسیون را فشار دهید تا ph متر عدد 7 را نمایش دهد.
63
شاد باشید متشکرم
64