مولفه های مهم برای کالیبراسیون گیج فشار

کالیبراسیون فشار یکی از فرآیندهای اساسی در ابزار دقیق برای اطمینان از دقت و عملکرد صحیح دستگاه‌های اندازه‌گیری فشار است. این فرآیند به خصوص در سیستم‌های حساس و فرآیندهای حیاتی (مانند صنایع نفت و گاز، پتروشیمی، پزشکی، و نیروگاه‌ها) اهمیت زیادی دارد. 

سه جزء اصلی که در کالیبراسیون فشار برای ابزارهای فرآیندی بحرانی    (Critical Process Instruments) باید در نظر گرفته شوند عبارتند از:

استاندارد مرجع فشار (Pressure Reference Standard)

این دستگاه به عنوان مرجع اصلی برای اندازه‌گیری فشار استفاده می‌شود و باید دقت و کالیبراسیون آن توسط یک آزمایشگاه معتبر تضمین شده باشد. مانند : 

فشارسنج مرجع   (Reference Pressure Gauge) 

دستگاه‌های  Deadweight Tester  ( وزنه‌های کالیبراسیون فشار)   

مبدل فشار مرجع دیجیتال

ویژگی‌ های این دستگاه شامل :

دقت بالا (معمولاً بهتر از ±0.01%)

ردیابی‌پذیری به استانداردهای بین‌المللی ( مانند NIST) 

 دستگاه تحت کالیبراسیون   (Device Under Calibration – DUT)

این دستگاه، همان ابزاری است که در فرآیند عملیاتی مورد استفاده قرار می‌گیرد و برای اطمینان از دقت آن، تحت آزمون کالیبراسیون قرار می‌گیرد.

انواع سنسورها شامل :

• سنسورهای فشار (Pressure Sensors): برای اندازه‌گیری فشار و ارسال سیگنال‌های الکتریکی.
• گیج‌های فشار (Pressure Gauges): برای نمایش فشار به صورت عددی یا آنالوگ.
• سوئیچ‌های فشار (Pressure Switches): برای قطع یا وصل فرآیندها در نقاط تنظیم‌شده فشار.
• مبدل‌های فشار (Pressure Transducers): برای تبدیل فشار به سیگنال‌های الکتریکی.

 رابط و ابزار آزمون  (Test Setup and Interface Tools)

 این بخش شامل تجهیزاتی است که برای اتصال، اعمال فشار، و ثبت داده‌ها بین دستگاه تحت کالیبراسیون و استاندارد مرجع استفاده می‌شود.

اجزایی مانند :

• پمپ فشار (Pressure Pump) برای ایجاد فشار مورد نیاز (هیدرولیک یا پنوماتیک)
• خطوط و اتصالات فشار (Pressure Lines and Fittings)
• نرم‌افزارهای ثبت داده و تجزیه‌وتحلیل

چرا این سه مؤلفه مهم هستند؟

کالیبراسیون صحیح و دقیق تنها زمانی تضمین می‌شود که ، مرجع قابل‌اعتماد برای اندازه‌گیری وجود داشته باشد ، دستگاه تحت کالیبراسیون به درستی تعریف و ارزیابی شود و رابط و ابزار کالیبراسیون مناسب استفاده شود تا خطاهای جانبی مانند نشتی یا خطای اپراتور به حداقل برسند.

مزایای استفاده از این سه جزء:

• بهبود دقت دستگاه‌ها
• کاهش ریسک خرابی در فرآیندهای حیاتی
• تضمین تطابق با استانداردها و مقررات صنعتی

 کالیبراسیون فشار چیست؟

Pressure Calibration  به فرآیند اندازه‌گیری و تنظیم دقت ابزارهای اندازه‌گیری فشار گفته می‌شود تا مطمئن شویم که این ابزارها فشار را به درستی و با دقت مورد انتظار نشان می‌دهند. این فرآیند بخش مهمی از کالیبراسیون ابزار دقیق است و به‌ویژه در صنایعی که نیاز به اندازه‌گیری دقیق فشار دارند (مانند نفت و گاز، پتروشیمی، پزشکی، و هوافضا)، از اهمیت بالایی برخوردار است.

اهداف Pressure Calibration :

1. تضمین دقت: اطمینان از اینکه ابزار اندازه‌گیری فشار، عدد صحیح و دقیقی را نمایش می‌دهد.
2. رعایت استانداردها: مطابقت دستگاه‌ها با استانداردهای بین‌المللی (مانند ISO یا NIST). 
3. کاهش خطرات: جلوگیری از خطاهای ناشی از قرائت‌های اشتباه فشار که می‌توانند به مشکلات جدی در فرآیندها منجر شوند.
4. حفظ کیفیت و ایمنی: تضمین کیفیت محصولات و ایمنی تجهیزات و کارکنان.

مراحل  Pressure Calibration

1. انتخاب مرجع استاندارد  (Reference Standard) :

ابزاری با دقت بالا که فشار اندازه‌گیری‌شده را به عنوان مقدار صحیح تعریف می‌کند.

مثال Deadweight Tester  یا  Digital Pressure Calibrator 

1. اتصال دستگاه به سیستم کالیبراسیون:

ابزار تحت کالیبراسیون (DUT) به دستگاه مرجع متصل می‌شود.

از اتصالات مناسب و بدون نشت استفاده می‌شود.

1. اعمال فشار و مقایسه:

فشار مشخصی به دستگاه اعمال شده و مقدار نمایش‌داده‌شده توسط DUT با مقدار مرجع مقایسه می‌شود.

این فرآیند در چندین نقطه از محدوده عملکرد دستگاه تکرار می‌شود.

1. تنظیم یا تأیید  (Adjustment or Verification):

در صورت وجود خطا، دستگاه تنظیم می‌شود تا فشار را دقیق نمایش دهد.

اگر خطا در محدوده قابل‌قبول باشد، دستگاه تأیید می‌شود.

انواع  Pressure Calibration:

1. کالیبراسیون دستی:

استفاده از دستگاه‌هایی مانند Deadweight Tester و انجام مقایسه به صورت دستی.

1. کالیبراسیون اتوماتیک:

استفاده از سیستم‌های خودکار با نرم‌افزار برای ثبت داده‌ها و اعمال تنظیمات.

مزایای Pressure Calibration عبارتند از :

بهبود عملکرد: دقت ابزارها باعث بهینه‌سازی فرآیندها می‌شود.

جلوگیری از خرابی: کاهش احتمال شکست تجهیزات به دلیل تنظیمات نادرست.

صرفه‌جویی در هزینه: کاهش نیاز به تعمیرات ناشی از خرابی‌های غیرمنتظره.

رعایت قوانین: انطباق با استانداردهای اجباری در صنایع مختلف.

چرا Pressure Calibration مهم است؟

خطاهای کوچک در اندازه‌گیری فشار می‌توانند ، منجر به توقف تولید شوند ، خطرات ایمنی ایجاد کنند و کیفیت محصول را کاهش دهند. بنابراین کالیبراسیون دوره‌ای ابزارهای فشار ضروری است.

Accuracy در کالیبره گیج فشار

دقت (Accuracy) در کالیبراسیون گیج فشار، میزان نزدیکی مقادیر اندازه‌گیری‌شده توسط گیج فشار به مقدار واقعی یا مقدار مرجع فشار است. این مفهوم نشان‌دهنده توانایی ابزار برای ارائه قرائت‌های صحیح و قابل اعتماد در محدوده عملکرد خود می‌باشد.

عناصر دقت در گیج فشار:

• خطای کل سیستم  (Total Error) :

اختلاف بین مقدار نمایش داده‌شده توسط گیج فشار و مقدار مرجع واقعی است ،این خطا معمولاً به صورت درصدی از محدوده اندازه‌گیری کامل گیج (Full Scale) بیان می‌شود. به‌عنوان مثال، FS1.0± به این معناست که در کل محدوده اندازه‌گیری، خطا نباید بیش از 0.1% از مقدار حداکثر باشد.

• تکرارپذیری  (Repeatability) :

توانایی گیج فشار برای ارائه قرائت‌های مشابه در شرایط یکسان و پس از چندین اندازه‌گیریی را گویند .اگر گیج فشار در هر آزمایش مقدار متفاوتی نشان دهد، دقت آن پایین خواهد بود.

• غیرخطی بودن  (Non-linearity) :

نشان‌دهنده میزان انحراف منحنی قرائت‌های گیج از یک خط مستقیم ایده‌آل است.این خطا معمولاً در ابزارهایی که محدوده‌های بالای فشار را اندازه‌گیری می‌کنند، بیشتر است.

• هیسترزیس  (Hysteresis) :

تفاوت در قرائت گیج فشار هنگام افزایش فشار و کاهش فشار به یک مقدار معین. را گویند این عامل می‌تواند باعث انحراف از مقدار واقعی شود.

• پایداری بلندمدت  (Long-term Stability) :

توانایی گیج فشار برای حفظ دقت خود در طول زمان و تحت شرایط مختلف کاری  را پایداری بلند مدت گویند .کالیبراسیون دوره‌ای کمک می‌کند تا این عامل کنترل شود.

نحوه محاسبه دقت در گیج فشار:

دقت معمولاً به شکل زیر تعریف می‌شود:

دقت =  ( Repeatability + Hysteresis + Non-linearity ) ±

به‌عنوان مثال، اگر برای یک گیج فشار مقادیر زیر گزارش شود:

• Non-linearity: ±0.05%
• Hysteresis: ±0.03%
• Repeatability: ±0.02%

آنگاه دقت کلی برابر است با:

دقت = ( 0.02% + 0.03% + 0.05% ) ± = 0.1 % FS

اهمیت دقت در کالیبراسیون گیج فشار:

1. کیفیت فرآیند: دقت بالاتر به معنای اندازه‌گیری دقیق‌تر فشار است که کیفیت فرآیند را بهبود می‌بخشد.
2. ایمنی: در صنایع حساس، مانند نفت و گاز، خطای کوچک در اندازه‌گیری فشار می‌تواند به فجایع بزرگی منجر شود.
3. رعایت استانداردها: دقت گیج فشار باید با استانداردهای مورد نیاز هر صنعت مطابقت داشته باشد(مانند ISO 17025)
4. کاهش هزینه‌ها: جلوگیری از خرابی تجهیزات و محصولات ناشی از قرائت‌های اشتباه فشار.

چگونه دقت گیج فشار را در کالیبراسیون بهبود دهیم؟

1. انتخاب ابزار مرجع دقیق: از دستگاه‌های مرجع با دقت بالا برای مقایسه استفاده کنید.
2. کنترل شرایط محیطی: دما، رطوبت و ارتعاش می‌توانند بر دقت گیج فشار تأثیر بگذارند.
3. کالیبراسیون دوره‌ای: تنظیم و کالیبره کردن گیج فشار به‌صورت منظم برای اطمینان از دقت مداوم.
4. استفاده از ابزار با دقت مناسب: گیج‌های فشار با دقت بالاتر ) مانند ± % FS 0.05) در فرآیندهای حساس استفاده شوند.

 Tolerance در کالیبره گیج فشار

Tolerance در کالیبراسیون گیج فشار به محدوده قابل‌قبول خطا یا انحراف از مقدار مرجع فشار گفته می‌شود که برای عملکرد صحیح دستگاه مجاز است. به عبارت دیگر، تلرانس بیان می‌کند که چقدر انحراف از مقدار واقعی مجاز است تا گیج فشار همچنان به عنوان دقیق و قابل‌اعتماد شناخته شود.

تفاوت Accuracy و Tolerance

Accuracy (دقت):  میزان نزدیکی قرائت دستگاه به مقدار مرجع واقعی است و این نشان‌دهنده قابلیت دستگاه می باشد . 

Tolerance  ( تلرانس):  حد قابل‌قبول انحراف یا خطا که توسط استانداردها یا نیازهای عملیاتی تعریف می‌شود. این یک معیار خارجی برای پذیرش یا رد دستگاه است.

برای مثال:

اگر دقت یک گیج فشار % FS 0.1 ±  باشد و تلرانس فرآیند % FS 0.2±  تعریف شده باشد، این گیج فشار برای آن فرآیند قابل‌قبول است.

چگونه Tolerance در کالیبراسیون تعریف می‌شود؟

تلرانس معمولاً به صورت زیر تعریف می‌شود:

• بر اساس محدوده اندازه‌گیری کامل  (Full Scale) :

به صورت درصدی از حداکثر فشار قابل اندازه‌گیری گیج بیان می‌شود.

مثال: FS% 0.5 ± برای گیجی با محدوده 0 تا 100 بار، یعنی انحراف مجاز 0.5 ± بار است.

• بر اساس مقدار اندازه‌گیری‌شده  (Reading) :

به صورت درصدی از مقدار واقعی فشار در زمان اندازه‌گیری بیان می‌شود.

مثال:  % Reading0،2 ±  برای فشار 50 بار، یعنی انحراف مجاز 0.1 ± بار است.

• ثابت  (Fixed Tolerance) :

به صورت مقدار ثابتی از انحراف مجاز بیان می‌شود. مثال : PSI 1±

اهمیت Tolerance در کالیبراسیون گیج فشار:

• رعایت استانداردها:

تلرانس توسط استانداردهای صنعتی ( مانند ISO، ANSI)  یا نیازهای خاص فرآیند تعریف می‌شود.

مثال: در صنایع پزشکی یا هوافضا، تلرانس بسیار کم ( مثلاً % FS0،1 ± )  ضروری است.

• اطمینان از کیفیت:

تنظیم تلرانس مناسب تضمین می‌کند که ابزار به اندازه کافی دقیق است تا نیازهای فرآیند را برآورده کند.

• کاهش هزینه‌ها:

اگر تلرانس خیلی محدود باشد، نیاز به تعویض یا تنظیم مکرر ابزار افزایش می‌یابد. تلرانس مناسب از این هزینه‌ها جلوگیری می‌کند.

• ایمنی فرآیند:

در فرآیندهای حساس، تلرانس نامناسب می‌تواند منجر به خطرات ایمنی شود (مانند خرابی تجهیزات یا انفجار).

چگونه Tolerance در کالیبراسیون بررسی می‌شود؟

• مقایسه با مرجع:

گیج فشار به یک دستگاه مرجع با دقت بالا متصل می‌شود و  فشارهای مختلف اعمال شده و مقدار اندازه‌گیری‌شده با مقدار مرجع مقایسه می‌شود.

• محاسبه خطا:

خطای اندازه‌گیری به صورت زیر محاسبه می‌شود:

دقت = مقدار اندازه‌گیری‌شده  –  مقدار مرجع

• بررسی انطباق با تلرانس:

اگر خطا در محدوده تعریف‌شده تلرانس باشد، دستگاه قابل‌قبول است ولی اگر خطا از تلرانس تجاوز کند، دستگاه نیاز به تنظیم یا تعمیر دارد.

مثال : فرض کنید:

• یک گیج فشار با محدوده 0  تا 200 بار داریم.
• تلرانس :  ±0.5% FS   ( یعنی ±1 بار) .

اگر مقدار مرجع در فشار 100 بار باشد، گیج فشار نباید عددی کمتر از 99 یا بیشتر از 101 بار را نشان دهد. اگر عدد خارج از این محدوده باشد، گیج فشار باید تنظیم یا تعویض شود.

تلرانس‌ های معمول در صنایع:

1. صنایع عمومی:  ±1% FS
2. صنایع حساس (پزشکی، هوافضا):  ±0.1%FS %   تا   %0.5±    
3. صنایع نفت و گاز:  ±0.25% FS یا بهتر

Precision ( تکرارپذیری) در کالیبراسیون گیج فشار

Precision ( دقت اندازه‌گیری یا به‌عبارتی تکرارپذیری ) در کالیبراسیون گیج فشار به توانایی ابزار برای ارائه نتایج ثابت و قابل تکرار تحت شرایط یکسان اشاره دارد. به عبارت دیگر، وقتی یک گیج فشار چندین بار در همان شرایط مورد آزمایش قرار گیرد، اگر مقادیر خروجی نزدیک به هم باشند، آن گیج از دقت بالایی برخوردار است.

تفاوت Precision با Accuracy و Tolerance

1. Precision  (تکرارپذیری)   : به نزدیک بودن مقادیر اندازه‌گیری‌شده به یکدیگر مربوط است. تمرکز بر پایداری و انسجام اندازه‌گیری‌ها دارد، نه درستی آنها.
2.  Accuracy  ( صحت)   : به نزدیک بودن مقدار اندازه‌گیری‌شده به مقدار واقعی (مرجع) اشاره دارد. ممکن است دستگاهی دقیق باشد ولی از دقت (Precision) بالایی برخوردار نباشد.
3. Tolerance  (تلرانس) : محدوده قابل‌ قبول انحراف از مقدار مرجع است که برای عملکرد دستگاه تعیین می‌شود. تلرانس یک استاندارد یا معیار است که براساس کاربرد تعریف می‌شود . 

ویژگی‌ های Precision:

• تکرارپذیری (Repeatability):

توانایی دستگاه برای ارائه نتایج مشابه در آزمایش‌های متوالی با شرایط یکسان.

مثال: اگر گیج فشار پنج بار فشار 50 بار را اندازه‌گیری کند و نتایج به ترتیب 49.8، 49.9، 50.0، 49.9، و 50.1 باشد، دستگاه از تکرارپذیری بالایی برخوردار است.

• پایداری (Stability):

توانایی ابزار برای حفظ دقت خود در طول زمان و در شرایط مختلف است . 

• تفکیک‌پذیری (Resolution):

کوچک‌ترین تغییری در فشار که گیج فشار می‌تواند اندازه‌گیری کند.دقت بیشتر معمولاً نیازمند رزولوشن بالاتر است.

نحوه بررسی Precision در کالیبراسیون گیج فشار:

• تکرار آزمون:

گیج فشار در یک نقطه مشخص از فشار چندین بار مورد آزمایش قرار می‌گیرد. تمام شرایط (مانند دما، رطوبت، و تجهیزات مورد استفاده) ثابت نگه داشته می‌شوند.

• تحلیل انحراف:

انحراف مقادیر اندازه‌گیری‌شده از میانگین محاسبه می‌شود.هرچه این انحراف کمتر باشد، دستگاه از دقت بالاتری برخوردار است.

• محاسبه انحراف استاندارد  (Standard Deviation) :

انحراف استاندارد برای ارزیابی دقت به‌کار می‌رود. مقدار کمتر انحراف استاندارد نشان‌دهنده دقت بالاتر است.

چرا Precision در کالیبراسیون گیج فشار مهم است؟

1. پایداری نتایج :   گیجی که مقادیر متغیری ارائه می‌دهد، نمی‌تواند برای اندازه‌گیری‌های دقیق قابل اعتماد باشد.
2. اطمینان از صحت فرآیند :  فرآیندهای صنعتی نیازمند قرائت‌های ثابت و قابل پیش‌بینی هستند.
3. بهبود کیفیت :  دقت بالای دستگاه‌ها به معنای کاهش نوسانات در تولید و افزایش کیفیت محصولات است.
4. شناسایی مشکلات در گیج:   کاهش دقت ممکن است نشان‌دهنده مشکلات داخلی ابزار باشد (مانند خرابی قطعات یا تغییرات محیطی).

مثال از Precision در گیج فشار:

فرض کنید یک گیج فشار در نقطه 100 بار مورد آزمایش قرار می‌گیرد.

نتایج اندازه‌گیری: 99.8 بار، 99.9 بار، 100.0 بار، 99.9 بار، و 100.1 بار.

تحلیل:

انحراف نتایج از میانگین:

در این مثال، چون انحرافات کم و نزدیک به میانگین هستند، گیج فشار از دقت خوبی برخوردار است.

بهبود Precision در گیج فشار:

1. نگهداری و تعمیرات منظم: اجتناب از مشکلات مکانیکی یا الکترونیکی که ممکن است باعث نوسانات در نتایج شوند.
2. کنترل شرایط محیطی: شرایطی مانند دما، رطوبت، و ارتعاش می‌توانند روی دقت تأثیر بگذارند.
3. کالیبراسیون دوره‌ای : اطمینان از تنظیم و عملکرد صحیح دستگاه در طول زمان.
4. استفاده از ابزار مرجع دقیق: دقت گیج مرجع باید حداقل 4 برابر بیشتر از دستگاه تحت کالیبراسیون باشد.

 دلایل اصلی کالیبراسیون گیج فشار

کالیبراسیون فشار یک فرآیند مهم برای اطمینان از دقت و صحت ابزارهای اندازه‌گیری فشار است. در زیر دلایل اصلی نیاز به کالیبراسیون فشار توضیح داده شده‌است : 

•  ابزار جدید  (It’s a new instrument)

هنگامی که یک ابزار اندازه‌گیری فشار جدید خریداری می‌شود، کالیبراسیون اولیه ضروری است. هدف از این کار اطمینان از اینکه دستگاه با مشخصات تولیدکننده مطابقت دارد و به درستی عمل می‌کند.

اهمیت این موضوع در این است که  ممکن است ابزار به دلیل خطای تولید یا حمل و نقل از پیش تنظیم نشده باشد.

کالیبراسیون اولیه به شناسایی هر گونه انحراف و تنظیم صحیح دستگاه کمک می‌کند.

•  ابزاری که تعمیر یا اصلاح شده است

(An existing instrument that’s been repaired/modified)

پس از تعمیر یا تغییر در هر قسمت از ابزار، کالیبراسیون ضروری است. هدف از این کار  اطمینان از اینکه قطعات تعویض شده یا تعمیر شده تأثیری بر عملکرد کلی ابزار نگذاشته‌اند.

اهمیت این موضوع در این است که  تعمیر ممکن است دقت دستگاه را تحت تأثیر قرار دهد، بنابراین باید مطمئن شد که ابزار همچنان دقیق است.پس از هر تغییر، ابزار باید با یک استاندارد مرجع مقایسه شود.

•  سپری شدن زمان یا استفاده مشخص

(A specific period of time/usage has elapsed)

کالیبراسیون دوره‌ای ابزارها بر اساس زمان یا تعداد استفاده، معمولاً در قالب یک برنامه مشخص، انجام می‌شود. هدف از این کار برای  جلوگیری از کاهش دقت به مرور زمان و تضمین عملکرد مستمراست .

ابزارهای فشار ممکن است به دلایل طبیعی مانند فرسودگی یا تغییرات محیطی از دقت خارج شوند. تولیدکنندگان معمولاً توصیه‌هایی برای فاصله زمانی بین کالیبراسیون‌ها ارائه می‌دهند (مثلاً هر 6 یا 12 ماه).

• قبل و بعد از یک اندازه‌گیری حساس

(Before and after a critical measurement)

برای فرآیندهای حیاتی، ابزارها باید قبل و بعد از اندازه‌گیری کالیبره شوند.

هدف از این کار اطمینان از صحت اندازه‌گیری‌های مهم و قابلیت ردیابی است . در اندازه‌گیری‌های حساس، حتی انحراف‌های کوچک می‌توانند باعث ایجاد مشکلات بزرگ شوند.

اگر ابزاری قبل از اندازه‌گیری کالیبره نشده باشد، ممکن است نتیجه اشتباه باشد، و بررسی بعد از اندازه‌گیری صحت داده‌ها را تضمین می‌کند.

• رخداد شرایط نامطلوب

(Anytime an event occurs that exposes instrument to an adverse condition)

اگر ابزار در معرض شوک، ارتعاش، دمای بیش از حد، یا هر گونه شرایط شدید محیطی قرار گیرد، ممکن است نیاز به کالیبراسیون داشته باشد. هدف اطمینان  یافتن از اینکه این رویدادها بر دقت و عملکرد ابزار تأثیری نگذاشته‌اند یا خیر . این شرایط می‌توانند به قطعات داخلی دستگاه آسیب بزنند یا تنظیمات آن را تغییر دهند. پس از چنین رخدادهایی، ابزار باید مجدداً بررسی و تنظیم شود.

• زمانی که مشاهدات مشکوک هستند    (If observations are questionable)

اگر داده‌های خروجی ابزار غیرعادی یا مشکوک به نظر برسند، باید کالیبراسیون انجام شود. هدف شناسایی و رفع هر گونه انحراف یا خطا در قرائت‌ها است . داده‌های غیرقابل‌اعتماد می‌توانند منجر به تصمیم‌گیری‌های اشتباه شوند.

بررسی سریع برای تعیین اینکه آیا مشکل از ابزار است یا از سایر عوامل بسیار مهم می باشد .

• زمانی که توسط یک الزام مشخص شده است (When specified by a requirement)

برخی از الزامات یا مقررات ممکن است کالیبراسیون دوره‌ای یا خاص را الزامی کنند.

مثال‌ها:

دستورالعمل‌های QA (تضمین کیفیت) :  کالیبراسیون منظم ابزارها طبق کتابچه کنترل کیفیت.

مشخصات مشتری: برخی مشتریان ممکن است برای قراردادها یا پروژه‌های خاص، کالیبراسیون ابزارها را الزامی کنند.

توصیه‌های تولیدکننده: تولیدکنندگان اغلب توصیه‌هایی برای حفظ دقت ابزار ارائه می‌دهند.رعایت این الزامات به جلوگیری از مشکلات قانونی و حفظ اعتبار شرکت کمک می‌ کند.

چگونه دقت در کالیبراسیون فشار اندازه‌گیری می‌ شود

در فرآیند کالیبراسیون فشار، دقت یک عامل حیاتی برای تعیین نزدیکی قرائت‌های یک فشارسنج (یا ابزار) به مقدار واقعی یا مرجع فشاری است که اعمال می‌شود. دقت معمولاً با مقایسه قرائت‌های دستگاه تحت آزمایش (IUT) با یک دستگاه مرجع بسیار دقیق اندازه‌گیری می‌شود.

فرآیند اندازه‌گیری دقت:

1. استانداردهای مرجع:

از یک استاندارد مرجع بسیار دقیق (مانند استاندارد اولیه یا ثانویه) برای ارائه مقدار مشخص فشار استفاده می‌شود.

فشار اعمال‌شده به دستگاه تحت آزمایش معمولاً توسط یک منبع فشار (مانند deadweight tester) کنترل می‌شود.

1.  مقایسه قرائت‌ها:

دستگاه تحت آزمایش (IUT) و استاندارد مرجع در معرض همان فشار قرار می‌گیرند. قرائت IUT با مقدار مرجع مقایسه می‌شود و تفاوت بین این دو به عنوان خطای اندازه‌گیری شناخته می‌شود.

1. محاسبه دقت:

دقت معمولاً به صورت درصدی از مقیاس کامل (FS) یا درصدی از قرائت بیان می‌شود:

دقت = شده گیری اندازه مقدار-مرجع مقدارمرجع مقدار×100%

اگر خطا در محدوده قابل‌قبول (طبق استانداردهای صنعتی) باشد، ابزار دقیق در نظر گرفته می‌شود.

1. منابع خطا:

دقت دستگاه تحت آزمایش به عوامل مختلفی مانند کالیبراسیون استاندارد مرجع، شرایط محیطی (مانند دما) و دقت ذاتی دستگاه بستگی دارد.

استانداردهای اولیه و ثانویه در کالیبراسیون فشار

در کالیبراسیون فشار، استانداردهای اولیه و ثانویه برای تضمین دقت ابزارهای تحت آزمایش استفاده می‌شوند. این استانداردها از نظر دقت، کاربرد و هزینه با یکدیگر تفاوت دارند.

استاندارد های اولیه:

استانداردهای اولیه دقیق‌ترین دستگاه‌های موجود برای کالیبراسیون فشار هستند. این استانداردها به طور مستقیم به سیستم‌های اندازه‌گیری ملی یا بین‌المللی ( مانند NIST در ایالات متحده یا BIPM در اروپا)  قابل ردیابی هستند و بالاترین سطح دقت را ارائه می‌دهند.

ویژگی‌ های استانداردهای اولیه:

• دقت: دقت بسیار بالا (معمولاً تا چند قسمت در میلیون).
• ردیابی: مستقیماً به استانداردهای ملی یا بین‌المللی قابل ردیابی هستند.

نمونه‌ ها:

دستگاه‌های وزن مرده ( Deadweight testers) :  این دستگاه‌ها فشار دقیقی را با استفاده از وزن مشخص برای ایجاد نیرو بر یک پیستون در یک محفظه پُر از مایع ایجاد می‌کنند.

فشارسنج پیستونی ( Piston gauge) :  نوعی دستگاه وزن مرده که از حرکت یک پیستون در سیلندر تحت وزن‌های اعمال‌شده برای اندازه‌گیری فشار استفاده می‌کند.

کاربرد استانداردهای اولیه:

برای کالیبراسیون دقیق سایر استانداردهای مرجع (از جمله استانداردهای ثانویه) استفاده می‌شود. در مواردی که دقت بسیار بالا مورد نیاز است، مانند آزمایشگاه‌های مترولوژی، تحقیقات یا صنایع با دقت بالا (هوافضا، داروسازی) به کار می‌رود.

مزایا:

مستقیماً به استانداردهای ملی یا بین‌المللی قابل ردیابی هستند و اندازه‌گیری‌های بسیار دقیق و مطمئن انجام می دهد .

معایب:

  به دلیل هزینه و پیچیدگی معمولاً در کالیبراسیون‌های روزمره یا میدانی استفاده نمی‌شوند.

استانداردهای ثانویه:

استانداردهای ثانویه نیز دقیق هستند، اما دقت آن‌ها به اندازه استانداردهای اولیه بالا نیست. این استانداردها معمولاً برای کالیبراسیون‌های معمولی استفاده می‌شوند و به کمک استانداردهای اولیه کالیبره می‌شوند.

ویژگی‌ های استانداردهای ثانویه:

دقت آنها  کمتر از استانداردهای اولیه، اما همچنان بسیار قابل‌اعتماد هستند  (معمولاً در حدود 0.05% تا 0.1% از مقیاس کامل).

این ابزارها به طور دوره‌ای با استفاده از استانداردهای اولیه کالیبره می‌شوند تا از دقت آن‌ها اطمینان حاصل شود، اما به طور مستقیم به سیستم‌های ملی یا بین‌المللی قابل ردیابی نیستند.

فشارسنج‌های دیجیتال و  سنسورهای فشار مبتنی بر ظرفیت یا مانومترها معمولاً به عنوان استانداردهای ثانویه در کالیبراسیون فشار استفاده می‌شوند..

کاربرد استانداردهای ثانویه:

در محیط‌های صنعتی، مانند تولید یا کنترل فرآیند، که دقت بسیار بالا ضروری نیست و همچنین مناسب برای کالیبراسیون میدانی و چرخه‌های کالیبراسیون منظم می باشد . 

مزایا:

مقرون‌به‌صرفه‌تر و استفاده آسان‌تر از استانداردهای اولیه.

مناسب برای وظایف کالیبراسیون منظم و روزمره.

معایب:

به اندازه استانداردهای اولیه دقیق نیستند. ممکن است با گذشت زمان خطا انباشته کنند و نیاز به کالیبراسیون مجدد داشته باشند. 

مقایسه استانداردهای اولیه و ثانویه در کالیبراسیون فشار

چه شرایطی بر نتایج کالیبراسیون گیج فشار تاثیر می گذارند ؟

در فرآیند کالیبراسیون فشار، دقت   (Accuracy) ، محدوده قابل قبول   (Tolerance) و  دقت اندازه‌گیری (Precision)     به عوامل مختلفی بستگی دارند که ممکن است بر نتایج کالیبراسیون تاثیر بگذارند. این عوامل می‌توانند شامل شرایط محیطی، ویژگی‌های ابزار و روش‌های کالیبراسیون باشند. در ادامه، به طور دقیق‌تر به شرایط مختلفی که می‌توانند بر این ویژگی‌ها تاثیر بگذارند، پرداخته می‌شود.

• شرایط محیطی (Environmental Conditions)

شرایط محیطی یکی از مهم‌ترین عواملی هستند که می‌توانند دقت، محدوده قابل قبول و دقت اندازه‌گیری در کالیبراسیون فشار را تحت تاثیر قرار دهند. این شرایط می‌توانند باعث انحراف در نتایج کالیبراسیون شوند.

• دما  (Temperature)

اثر دما بر فشار: دما می‌تواند خواص مواد و ابزارهای اندازه‌گیری را تغییر دهد. برای مثال، فشارسنج‌ها ممکن است به دلیل تغییرات دما تحت تأثیر قرار گیرند. دمای بالا می‌تواند باعث انبساط فلزات و تغییر در خواص الاستیک آن‌ها شود، که نتیجه آن تغییر در دقت ابزار است.

اگر ابزار فشار در دمای مشخصی کالیبره نشود، ممکن است در دماهای دیگر دقت خود را از دست بدهد. تغییرات دما می‌تواند باعث نوسانات جزئی در اندازه‌گیری‌ها شود، که دقت اندازه‌گیری را کاهش می‌دهد.

• رطوبت (Humidity)

رطوبت زیاد در محیط ممکن است به قطعات الکترونیکی و سنسورها آسیب بزند و باعث کاهش عملکرد دستگاه‌ها شود.رطوبت ممکن است باعث تغییر در مقاومت مواد، به ویژه در سنسورهای الکترونیکی، شود.

• ارتعاشات و شوک‌ ها (Vibrations and Shocks)

فشارسنج‌ها و سایر ابزارهای دقیق ممکن است به دلیل ارتعاشات یا شوک‌های ناشی از حرکت یا حمل و نقل، خطاهایی را تجربه کنند.

این شرایط می‌توانند باعث انحراف موقتی یا دائمی در اندازه‌گیری‌ها شوند و دقت اندازه‌گیری را کاهش دهند.

• فشار جوی (Atmospheric Pressure)

تغییرات در فشار جوی می‌تواند بر اندازه‌گیری فشار تاثیر بگذارد، زیرا ابزارهای فشار معمولاً بر اساس فشار نسبی کالیبره می‌شوند و تغییرات در فشار جوی می‌توانند باعث تغییر در اندازه‌گیری‌های واقعی شوند.

• ویژگی‌های ابزار اندازه‌گیری (Instrument Characteristics)

ویژگی‌های فنی و ساختاری ابزارهای اندازه‌گیری می‌توانند تاثیر زیادی بر دقت و دقت اندازه‌گیری داشته باشند. این ویژگی‌ها به طراحی، کالیبراسیون، و تکنولوژی استفاده‌شده در ابزار مربوط هستند.

• حساسیت و دقت ابزار (Sensitivity and Instrument Accuracy)

ابزارهایی که حساسیت بالاتری دارند قادر به تشخیص تغییرات کوچک در فشار هستند، اما اگر دقت کلی ابزار پایین باشد، می‌تواند موجب خطای اندازه‌گیری شود. ابزارهای کم‌دقت ممکن است در اندازه‌گیری‌ها خطاهای بزرگتری داشته باشند. ابزارهایی که دقت پایین‌تری دارند، اندازه‌گیری‌ها را به صورت نوسانی یا متغیر ارائه می‌دهند.

• اندازه مقیاس ابزار  (Scale Size of the Instrument)

اگر مقیاس ابزار بزرگ باشد، ممکن است تغییرات جزئی فشار نادیده گرفته شوند. برعکس، مقیاس‌های کوچک می‌توانند موجب بزرگتر شدن خطاهای اندازه‌گیری شوند. انتخاب مقیاس مناسب برای اندازه‌گیری فشار بسیار مهم است تا خطاهای احتمالی کاهش یابند.

• نوع سنسور (Sensor Type)

سنسورهای مختلف می‌توانند دقت‌های متفاوتی در اندازه‌گیری فشار داشته باشند. مثلاً سنسورهای الکتریکی ممکن است به نویزهای الکترومغناطیسی حساس باشند، در حالی که سنسورهای مکانیکی ممکن است به انحرافات فیزیکی حساس باشند. سنسورهای با دقت پایین‌تر ممکن است خطاهای بیشتری در اندازه‌گیری فشار ایجاد کنند.

•  روش کالیبراسیون (Calibration Methodology)

روش‌هایی که برای کالیبراسیون ابزارهای فشار استفاده می‌شوند، می‌توانند تاثیر زیادی بر نتایج کالیبراسیون و دقت داشته باشند.

• استفاده از استانداردهای مرجع  (Reference Standards)

کالیبراسیون باید با استفاده از استانداردهای اولیه یا ثانویه با دقت بالا انجام شود. اگر استاندارد مرجع دقت بالایی نداشته باشد، کالیبراسیون نیز نادرست خواهد بود. کالیبراسیون با استانداردهای غیر دقیق می‌تواند دقت اندازه‌گیری را کاهش دهد.

• فرآیند کالیبراسیون (Calibration Process)

فرآیند کالیبراسیون شامل تنظیمات دقیق فشار، تست ابزار در مقادیر مختلف فشار، و بررسی خطاهای اندازه‌گیری است. هرگونه نقص در فرآیند می‌تواند دقت ابزار را تحت تأثیر قرار دهد. هرگونه اشتباه در فرآیند کالیبراسیون می‌تواند موجب افزایش خطا در اندازه‌گیری‌ها شود.

• فاصله زمانی بین کالیبراسیون‌ ها (Time Interval between Calibrations)

ابزارهایی که در طول زمان از دقت آنها  کاسته می‌شوند باید به طور منظم کالیبره شوند. اگر کالیبراسیون‌ها به موقع انجام نشوند، احتمال افزایش خطا بیشتر خواهد شد. کالیبراسیون‌های نادرست یا دیرهنگام می‌توانند باعث انحراف اندازه‌گیری‌ها شوند.

 استفاده صحیح از ابزار (Proper Use of the Instrument)

• شرایط نصب (Installation Conditions)

نصب نادرست ابزار می‌تواند منجر به خطا در اندازه‌گیری‌ها شود. برای مثال، نصب نادرست می‌تواند به فشار اضافی در لوله‌ها یا اتصالات منجر شود که بر دقت فشارسنج تأثیر می‌گذارد.  نصب نادرست باعث تغییرات در فشار وارد شده به ابزار می‌شود و دقت اندازه‌گیری را کاهش می‌دهد.

• نگهداری و تعمیر (Maintenance and Repair)

ابزارهای اندازه‌گیری که به درستی نگهداری نمی‌شوند یا نیاز به تعمیر دارند، ممکن است دقت خود را از دست بدهند. عدم نگهداری صحیح می‌تواند باعث تغییرات در عملکرد ابزار و افزایش خطا شود.

در مجموع، دقت، محدوده قابل قبول، و دقت اندازه‌گیری در فرآیند کالیبراسیون فشار به عوامل مختلفی بستگی دارند:

1. شرایط محیطی مثل دما، رطوبت، و ارتعاشات می‌توانند تأثیرات منفی داشته باشند.
2. ویژگی‌های ابزار مثل حساسیت، دقت، و نوع سنسور تأثیر زیادی بر نتایج کالیبراسیون دارند.
3. روش کالیبراسیون نیز نقش مهمی در حفظ دقت و دقت اندازه‌گیری دارد.
4. استفاده صحیح از ابزار و نگهداری منظم آن‌ها از اهمیت بالایی برخوردار است.

تعداد نقاط آزمون لازم برای کالیبراسیون فشار

تعداد نقاط آزمون مورد نیاز برای کالیبراسیون فشار به عوامل مختلفی بستگی دارد، از جمله نوع دستگاه کالیبره شده، محدوده فشاری که اندازه‌گیری می‌کند و دقتی که برای کالیبراسیون مورد نیاز است. هدف اصلی این است که دستگاه در چندین نقطه از دامنه عملکرد خود آزمایش شود تا اطمینان حاصل شود که در تمامی نقاط به درستی و با دقت عمل می‌کند.

چگونگی تعیین تعداد نقاط آزمون برای کالیبراسیون فشار

•  دامنه فشار دستگاه

دامنه فشار کامل دستگاه  (مثلاً 0 تا 1000 psi یا 0 تا 10 بار ) بر تعداد نقاط آزمون تأثیر می‌گذارد. معمولاً نقاط کالیبراسیون در نقاط پایین، میانه و بالا دامنه فشار انجام می‌شود.

نقطه فشار پایین: معمولاً نزدیک به کمترین مقدار دامنه یا در حدود 0% یا 10% از مقیاس کامل.

نقطه میانه: معمولاً حدود 50% از مقیاس فشار کامل.

نقطه فشار بالا: معمولاً در یا نزدیک به بیشترین فشار قابل اندازه‌گیری (مثلاً 90% یا 100% از مقیاس کامل).

•  استانداردهای کالیبراسیون و توصیه‌های سازنده

سازندگان دستگاه‌های فشار معمولاً راهنمایی‌هایی درباره تعداد نقاط آزمون برای کالیبراسیون دارند. این دستورالعمل‌ها برای اطمینان از دقت و صحت کالیبراسیون در سراسر دامنه دستگاه است.

سازمان‌های استاندارد مانند ISO، NIST یا سایر استانداردهای بین‌المللی، تعداد نقاط مورد نیاز برای دستگاه‌های مختلف (مثلاً گیج‌های مکانیکی، سنسورهای دیجیتال، و غیره) را توصیه می‌کنند.

•  دقت و محدوده قابل قبول

دقت یا محدوده قابل قبول کالیبراسیون نقش بزرگی در تعیین تعداد نقاط آزمون دارد. برای دستگاه‌هایی که نیاز به دقت بالایی دارند، تعداد نقاط آزمون بیشتر خواهد بود. به عنوان مثال:

برای دستگاه‌هایی که دارای دقت بالا (مثلاً  0.1% از مقیاس کامل)  هستند، ممکن است نیاز به انجام کالیبراسیون در نقاط بیشتری باشد.

برای دستگاه‌هایی که دارای دقت پایین‌تر (مثلاً 2% از مقیاس کامل) هستند، ممکن است استفاده از تعداد کمتری نقطه آزمون کافی باشد.

•  روش کالیبراسیون

روش کالیبراسیون نیز تأثیر زیادی بر تعداد نقاط آزمون دارد:

در روش تست وزن مرده (DWT ) ، ممکن است از نقاط بیشتری استفاده شود تا شرایط بار مختلف پوشش داده شود.

در روش‌های مقایسه‌ای، تعداد نقاط بسته به میزان تطابق دستگاه آزمایش با استاندارد مرجع ممکن است متفاوت باشد.

•  مقررات و استانداردهای صنعتی

برخی صنایع یا فرآیندها ممکن است الزامات خاصی برای کالیبراسیون گیج‌ها یا سنسورهای فشار داشته باشند. برای مثال، صنایع داروسازی، هوافضا یا خودروسازی ممکن است نیاز به کالیبراسیون در نقاط خاصی داشته باشند.

استانداردهای صنعتی مانند ISO 9001 ممکن است تعداد نقاط آزمون را بسته به فرآیند یا دستگاه خاص تعیین کنند.

نقاط آزمون معمولی برای کالیبراسیون فشار

۱. نقطه پایین (معمولاً حدود 0% تا 10% از مقیاس کامل) – برای بررسی دقت در فشارهای پایین. ۲. نقطه میانه (حدود 50% از مقیاس کامل) – برای تست یکنواختی در وسط دامنه. ۳. نقطه بالا (معمولاً حدود 90% تا 100% از مقیاس کامل) – برای بررسی عملکرد در فشارهای بالا.

مثال از نقاط کالیبراسیون:

برای دستگاهی با دامنه فشار 0-1000 psi، معمولاً از نقاط زیر استفاده می‌شود:

0 psi ( یا نزدیک صفر)     

500 psi  ( نقطه میانه) 

1000 psi  ( مقیاس کامل) 

برای دقت بالاتر، ممکن است نقاط اضافی مانند:

100 psi (پایین)  

250 psi ( میانه)   

750 psi  ( بالا)  

به کار برده شود.

 فرکانس کالیبراسیون

بسته به فرکانس کالیبراسیون (مثلاً سالانه، نیمه‌سالانه)، ممکن است دستگاه به تعداد بیشتری یا کمتری نقطه آزمون نیاز داشته باشد، که بستگی به استفاده و اهمیت دقت دستگاه در فرآیند دارد.

تعداد نقاط آزمون لازم برای کالیبراسیون فشار معمولاً به دامنه دستگاه، دقت مورد نیاز و استانداردهای صنعتی بستگی دارد. به طور کلی، حداقل سه نقطه (پایین، میانه و بالا) برای کالیبراسیون کافی است. اما برای دستگاه‌هایی که دقت بالایی نیاز دارند، ممکن است به نقاط بیشتری نیاز باشد تا اطمینان حاصل شود که دستگاه در سراسر دامنه فشار خود به درستی عمل می‌کند.