کالیبراتور(Calibrator) تجهیز یا دستگاهی است که برای تنظیم دقتِ یک ابزار استفاده می‌شود که اغلب با یک کاربرد خاص مرتبط می‌شود. پیچیده‌ترین و پیشرفته‌ترین تجهیزات صنعتی تا زمانی که کالیبره نشوند، چندان کارآمد نخواهند بود. با انجام کالیبراسیون، تضمین می‌شود که با تنظیمات انجام شده روی یک تجهیز، مطابق انتظار عمل خواهد کرد: یعنی می‌توان به آن تجهیزات اعتماد کرد که نتایجی قابل پیش‌بینی و دقیق را برآورده می‌کند که استانداردهای کیفی را نیز محقق می‌سازد.
به زبان ساده، کالیبراسیون، فرآیندِ تنظیم یک دستگاه برای مطابقت با مشخصات اعلام‌شده توسط سازنده است. کالیبراسیون، گاهی اوقات به عنوان صدور اسناد و داده‌ها، از جمله یک گزارش یا گواهی کالیبراسیون نیز تعریف می‌شود که به کاربر نهایی این اطمینان خاطر را می‌دهد که محصول مورد نظر، با مشخصات و شاید با دستورالعمل‌های ثالث مطابقت دارد، مانند دستورالعمل‌های سازمان بین‌المللی استانداردسازی، که به طور مثال استانداردهای ایزو یا ISO 9001 این سازمان، مشخصات مورد نیاز را در بخش‌های تجاری برای سراسر جهان تعیین می‌کند. شرکت‌ها از این استانداردها پیروی می‌کنند تا اطمینان حاصل کنند که محصولات و یا خدمات آنها، در بین تامین‌کنندگان و مشتریان، مقبولیت لازم را کسب کنند. اصطلاح درست‌تر برای این تعریف دوم از کالیبراسیون، گواهی یا تاییدیه یا certification است.
بیشتر ابزارها و سنسورها برای تامین کردن مشخصات فنی با دقت خاصی طراحی شده‌اند؛ به فرآیند تنظیم تجهیزات برای مطابقت با این مشخصات، کالیبراسیون گفته می‌شود. دستگاهی که برای کالیبراسیون سایر ابزارها مورد استفاده قرار می‌گیرد، با عنوان کالیبراتور (Calibrator) شناخته می‌شود. کالیبراتورها بسته به ابزار و تجهیزاتی که برای کار با آنها طراحی شده‌اند، از نظر شکل و عملکرد متفاوت هستند.
قابلیت پیگیری‌پذیری NIST چیست؟
مؤسسه ملی فناوری و استانداردها (NIST) زیر مجموعه‌ی وزارت بازرگانی ایالات متحده آمریکاست و بر توسعه‌ی فناوری‌ها و استانداردهای اندازه‌گیری مطابق با سیستم بین المللی واحدها (SI) نظارت دارد.
NIST همچنین مسئول ارائه‌ی این استانداردها به سیستم اندازه‌گیری آمریکایی، از طریق کالیبراسیون و سایر خدمات است. برای کمک به صنعت ایالات متحده آمریکا در جهت دستیابی به استانداردهای بین‌المللی، NIST علاوه بر برنامه‌هایی دیگر، اعتبار آزمایشگاهی را ارائه می‌کند که به کسب و کارها این امکان را می‌دهد که قابلیت ردیابی و پیگیری‌پذیری نتایج اندازه‌گیری را محقق سازند.
فرآیند کالیبراسیون
یک شرکت، تجهیزاتی دارد که نیاز به کالیبراسیون دارند و می‌تواند این تجهیزات را به لابراتوارهای اندازه‌شناسی/کالیبراسیون بفرستد. در این لابراتوارها، تکنسین‌هایی ماهر با استفاده از ابزارهای تست/اندازه‌گیری، که خود باید الزامات سختگیرانه‌ی کالیبراسیون را برآورده کنند،
تجهیزات شرکت‌ها را به مشخصات فنی مورد نظر می‌رساند یا تایید می‌کنند که این تجهیزات کالیبره هستند و بر اساس مشخصات اعلام‌شده عمل می‌کنند. تمام یا بخشی از قطعات مورد استفاده در یک فرآیند صنعتی، قابل کالیبره شدن است.
برای مثال، کالیبراسیون دما می‌تواند شامل یک پروب به تنهایی، یک ابزار به تنهایی، یا یک پروب متصل به یک ابزار (کالیبراسیون سیستم) باشد. تنظیمات انجام شده در زمان کالیبراسیون، باید در تلورانس (محدوده تحمل) خاصی قرار داشته باشند. چنین تلورانس‌هایی، نشان‌دهنده انحرافات بسیار کوچک و قابل قبول از دقت اعلام‌شده تجهیزات بر اساس مشخصات فنی آن‌هاست.
یک ابزار، هر چند وقت یکبار باید کالیبره شود؟
تولیدکننده‌ی تجهیزات، معمولا کالیبراسیون اولیه را روی تجهیزات تولیدشده انجام می‌دهد. کالیبراسیون‌های بعدی، ممکن است در داخل شرکت، توسط یک لابراتوار ثالث، یا توسط تولیدکننده انجام شود.
تناوبِ کالیبراسیون مجدد، بسته به نوع تجهیزات، متفاوت است. به عنوان مثال، تصمیم‌گیری در مورد زمان کالیبراسیون مجدد فلومتر (دبی‌سنج)، معمولا به سطح عملکرد فلومتر در کاربرد مورد نظر بستگی دارد.
اگر مایعاتی که از فلومتر عبور می‌کنند ساینده یا خورنده باشند، ممکن است در مدت زمان بسیار کوتاهی، قسمت‌هایی از فلومتر خراب شود. در شرایط مساعد و مطلوب، یک فلومتر ممکن است سال‌ها بدون نیاز به کالیبراسیون مجدد، به خوبی عمل کند.
با این حال، به عنوان یک قاعده کلی، کالیبراسیون مجدد باید حداقل یک بار در سال انجام شود. البته در کاربردهای بحرانی و حیاتی، تناوب کالیبراسیون بسیار بیشتر خواهد بود.
یک کالیبراسیون معمولی شامل چه کارهایی می‌شود؟
یک سیستم وزن‌کشی، تمثیل مناسبی برای نمایش اصول کلی کالیبراسیون است. ارشمیدس و لئوناردو داوینچی با قرار دادن وزنه‌های کالیبره‌شده (مشخص و مدرج)، روی یک اهرم مکانیکی برای تعادل، وزن مواردی را که مشخص نبود، تعیین می‌کردند.
یکی از انواع این نوع ترازو، از اهرم‌های متعددی استفاده می‌کند که هر یک دارای طول متفاوتی است و با یک عدد وزنه استاندارد، به تعادل می‌رسد. بعدها، فنرهای کالیبره‌شده، جایگزین وزنه‌های استاندارد شدند.
ظهور لودسل‌های هیدرولیکی و الکترونیکی (مبتنی بر استرین گیج)، اولین تغییر عمده طراحی در تکنولوژی ترازوها بود. در کارخانه‌های فرآوری امروزی، در بیشتر کاربردها ترجیح بر استفاده از لودسل‌های الکترونیکی است.
برای بررسی اینکه ترانسدیوسرها و لودسل‌ها به درستی کار می‌کنند یا خیر، کاربر باید به موارد زیر پاسخ دهد: آیا وقتی که سیستم خالی است یا هنگام خالی شدن سیستم، نشانگر وزن، به مقدار صفر برمی‌گردد؟ آیا با دو برابر شدن وزن، وزن نشان داده شده دو برابر می‌شود؟ آیا با تغییر مکان بار (بارگیری نامتوازن) وزن نشان داده شده، ثابت باقی می‌ماند؟ اگر پاسخ این سوال‌ها مثبت است، احتمالا سلول‌ها و ترانسدیوسرها سالم هستند.
انتخاب کالیبراتور مناسب
کالیبراتورهای بدنه مشکی (Black Body)
از بدنه سیاه رنگ، برای کالیبره کردن پیرومترهای مادون قرمز استفاده می‌شود. این کالیبراتورها معمولا از یک صفحه هدف تشکیل می‌شوند که گسیل‌پذیری بسیار بالایی دارد. دمای صفحه مورد نظر را می‌توان با تلورانس‌های بسیار پایین، کنترل کرد.
برای کالیبراسیون پیرومتر مادون قرمز، پیرومتر صفحه هدف مذکور را اندازه‌گیری می‌کند. دمای کنترل‌شده‌ی این صفحه، با دمای خوانده‌شده توسط پیرومتر مقایسه می‌شود. سپس پیرومتر به شکلی تنظیم می‌شود تا اختلاف میان این دو مقدار، به حداقل برسد. گسیل‌پذیری بالای صفحه هدف، خطاهای انتشار را به حداقل می‌رساند.
کالیبراتورهای بلوک (Block)
کالیبراتورهای بلوکی، برای کالیبراسیون پروب‌های دما استفاده می‌شوند. این کالیبراتورها، حاوی یک بلوک فلزی هستند که می‌تواند به شکلی گرم شود که به یک دمای دقیق برسد.
سپس پروب‌های دما را می‌توان در این بلوک قرار داد و دمای اندازه‌گیری شده توسط پروب‌ها را با دمای کنترل‌شده‌ی بلوک‌ها مقایسه کرد. از آنجایی که پروب‌های دما، معمولا هیچ قابلیتی برای تنظیم شدن ندارند، این کار در واقع فقط فرآیند بررسی و تایید است، تا یک کالیبراسیون واقعی.
شبیه‌سازها (simulators) و مراجع سیگنال (رفرنس‌های سیگنال)
هنگام کالیبره کردن یک ابزار، مانند پنل‌میتر یا کنترلر دما، ضروری است که یک سیگنال الکتریکی دقیق و شناخته‌شده وارد شود. سپس، نمایشگر یا مقدار خروجی دستگاه را می‌توان برای مطابقت با سیگنال ورودی تنظیم کرد. یک رفرنس سیگنال یا یک مرجع سیگنال، برای تولید این سیگنال دقیق استفاده می‌شود.
مراجع سیگنال به عنوان مراجع ولتاژ، مراجع جریان و مراجع فرکانس، مطرح هستند. هنگام کار با ابزاری که یک سنسور را می‌خواند، مانند ترموکوپل، از نوع خاصی از مرجع سیگنال به نام شبیه‌ساز (simulator) استفاده می‌شود. شبیه‌ساز می‌تواند یک خروجی سنسور را با دقت، بازتولید کند.
بسیاری از مراجع و شبیه‌سازهای سیگنال، نه تنها می‌توانند سیگنال تولید کنند، بلکه می‌توانند سیگنال‌ها را نیز بخوانند.
کالیبراتورهای حمام شن سیال‌شده
شتاب‌سنج‌های سه محوری، لرزش را در سه محور X، Y و Z اندازه‌گیری می‌کنند. آنها سه بلور (کریستال) دارند، به گونه‌ای قرار گرفته‌اند که هر یک به لرزش در یک محور متفاوت واکنش نشان می‌دهند. خروجی دارای سه سیگنال است، که هر یک نشان‌دهنده‌ی ارتعاش یکی از سه محور است. ACC301 دارای ساختار تیتانیوم سبک و خروجی 10mV/g با محدوده دینامیکی +/-500g در محدوده 3 تا 10 کیلوهرتز است.
اتاق‌های مرجع کالیبراسیون ice point (نقطه یخ)
اتاق‌های مرجع کالیبراسیون ice point از المنت‌های خنک‌کننده ترموالکتریکی برای تولید یک محفظه مرجع بسیار دقیق با دمای 0°C استفاده می‌کنند. این محفظه مرجع، می‌تواند برای کالیبراسیون پروب‌های دما مورد استفاده قرار گیرد، اما معمولا در شبیه‌سازی سیگنال ترموکوپل برای کالیبراسیون و تایید ابزارهایی استفاده می‌شود که ترموکوپل ها را می‌خوانند.
سوالات متداول
چرا کالیبراسیون مهم است؟
در دوازدهم آپریل 1934، یک بادسنج بالای قله کوه واشنگتن در نیوهمپشایر، بالاترین سرعت باد سطحی را که تاکنون ثبت شده است، اندازه گیری کرد: 231 مایل بر ساعت. این بادسنج کوه واشنگتن که در سال 1933 کالیبره شده بود، پس از اندازه‌گیری این رکورد جهانی، دوباره کالیبره شد و درستی این اندازه‌گیری ثابت شد.
هنگامی که یک تیفون (نوعی توفند) در ماه دسامبر سال 1997 گوام را درنوردید، به نظر می‌رسید که این رکورد شکسته شده است: یک بادسنج در پایگاه نیروی هوایی آمریکا، وزش باد با سرعت 236 مایل در ساعت را ثبت کرد. با این حال، این مقدار خوانده شده مورد قبول قرار نگرفت، چون کمیته ملی اقلیم شدید (NCEC) این بادسنج در گوام را غیرقابل اعتماد ارزیابی کرد. برای کارشناسان اندازه‌شناسی، باقی ماندن رکورد قدیمی، درس مهمی در مورد اهمیت کالیبراسیون بود.
نکته: این باور وجود دارد که سرعت باد بیش از 231 مایل در ساعت در پیچندها (نوعی گردباد) پیش از این رخ داده است، اما هیچ دستگاه مستندسازی تاکنون، چنین موردی را تجربه نکرده است. بر خلاف شایعات، آن بادسنج در کوه واشنگتن در طوفان 1934 منفجر نشد و امروزه در موزه رصدخانه قله کوه قرار دارد.
اگر بخواهیم یک مثال ساده‌تر در مورد اهمیت کالیبراسیون مطرح کنیم، کافی است به جمله‌ی «درجه حرارت فر شما ممکن است متفاوت باشد» فکر کنیم که معمولا روی بسته‌بندی غذاهای منجمد نوشته می‌شود.
دلیل این مساله این است که اکثر اجاق‌ها و فرهای خانگی، پس از خروج از کارخانه، هرگز مجددا کالیبره نمی‌شوند. به نظر می‌رسد که مصرف‌کنندگان می‌توانند با این حاشیه خطا کنار بیایند و مشکلی در استفاده از اجاق و فر خود ندارند، اما این قضیه برای تولیدکنندگان متفاوت است. برای اینکه یک شرکت مطابق با ISO 9001 باشد، کالیبراسیون تجهیزات مورد نیاز است.
با این حال، این مقررات و قوانین به تنهایی توضیح نمی‌دهند که چرا بهترین شرکت‌ها، بر اهمیت انجام صحیح و مکرر کالیبراسیون تاکید دارند. با توجه به مزایای کالیبراسیون که شامل کیفیت، بهره‌وری و درآمد حاصل از یک برنامه کالیبراسیون مناسب می‌شود، هزینه کردن برای کالیبراسیون معقول است. اگرچه کالیبراسیون‌های جزئی و کوچک را می‌توان در حد کافی در داخل کارخانه و شرکت، با استفاده از کالیبراتورهای آماده و ساده انجام داد، اکثر شرکت‌های متوسط تا بزرگ، که اولویت بالایی برای کالیبراسیون قائل هستند، خدمات یک لابراتوار اندازه‌گیری/کالیبراسیون مستقل را بری این کار انتخاب می‌کنند.
یک شرکت بسیار بزرگ، ممکن است حتی به سرمایه‌گذاری در تجهیزات اتوماتیکی فکر کند که برای انجام بسیاری از کالیبراسیون‌های روزانه طراحی شده‌اند، اما چنین تجهیزاتی – که همان نوع مورد استفاده لابراتوارهای مستقل هستند – گران‌قیمت هستند و استفاده از آنها به تکنسین‌های ماهر نیاز دارد. اگر دریافت گواهی و تاییدیه از یک مرجع کالیبراسیون خارجی نیز ضروری باشد، هزینه‌ها بیشتر خواهد شد.