Kalibracja i regulacja urządzeń pomiarowych wilgotności ? Zalety i wady różnych metod

Kalibracja i regulacja urządzeń do pomiaru wilgotności ? Zalety i wady różnych metod

Urządzenia do pomiaru wilgotności względnej mogą być kalibrowane lub regulowane na różne sposoby. Idealnym rozwiązaniem byłoby sprawdzenie i certyfikacja wszystkich urządzeń w akredytowanym laboratorium zgodnie z najwyższymi standardami. W rzeczywistości jednak konieczne jest znalezienie możliwości, które pozwolą pogodzić czynniki czasowe, koszty, wymagania techniczne, wiedzę fachową oraz szczególne potrzeby użytkowników.

W celu wsparcia przy wyborze metod postępowania i procedur kalibracji opisano tutaj niektóre z najczęściej stosowanych metod oraz ich zalety i wady. Na początku jednak należy wyjaśnić cztery terminy, które pojawiają się we wszystkich procesach kalibracji.

Kalibracja – proces porównania wartości uzyskanych za pomocą urządzenia pomiarowego z wartościami referencyjnymi lub normatywnymi.
Regulacja – proces, w którym wskazanie urządzenia pomiarowego, czyli zmierzona/wskazywana wartość (tzw. wartość rzeczywista), jest tak dobrze jak to możliwe skorygowane do prawidłowej wartości, czyli wartości docelowej.
Interwał kalibracji – czas pomiędzy dwoma kolejnymi kalibracjami urządzeń pomiarowych.
Standard roboczy – urządzenie pomiarowe, które zostało skalibrowane za pomocą normy wtórnej lub pierwotnej, i które jest następnie wykorzystywane do kalibracji innych urządzeń pomiarowych.

Słowo „kalibracja” jest często, ale nie zawsze, błędnie interpretowane jako porównanie łącznie z regulacją. Aby uniknąć nieporozumień, nie należy zakładać, że kalibracja automatycznie obejmuje regulację.

Często producenci są pytani przez klientów, jakie interwały kalibracji zalecają. To jest rozsądne podejście, ale w praktyce wydajność urządzenia pomiarowego może z czasem się pogarszać w zależności od zastosowania. Dlatego to użytkownik musi ustalić odpowiednie interwały kalibracji. Metrolodzy próbują rozwiązać ten problem, regularnie kalibrując urządzenie (bez regulacji) i dokumentując wyniki, aż odchylenia od wartości referencyjnej przekroczą dopuszczalne tolerancje. Interwał kalibracji to czas pomiędzy kalibracją w momencie tn a następną kalibracją w momencie tn+1. W tym okresie urządzenie jest w stanie kalibrowanym i gotowym do użycia. To interwał jest monitorowany przez dodatkowe, rzadsze kalibracje, aż do wykrycia akceptowalnego przebiegu wydajności.

Standard roboczy może być dowolnym urządzeniem pomiarowym używanym do kalibracji innego urządzenia pomiarowego. Dokładność i powtarzalność nie są w tym przypadku kluczowe. Dane wydajnościowe standardu roboczego powinny być odpowiednie tylko do zamierzonego zastosowania. Ważne jest, aby ten standard był regularnie kalibrowany za pomocą normy wtórnej lub pierwotnej, a jego zachowanie operacyjne było starannie monitorowane i dokumentowane.

Temperatura – kluczowy czynnik

Wilgotność względna jest ekstremalnie zależna od temperatury. Aby uzyskać jak najlepsze wyniki kalibracji, wszystkie urządzenia używane do kalibracji powinny znajdować się w środowisku o zrównoważonej temperaturze. Oznacza to, że środowisko kalibracji musi mieć stabilną temperaturę, a standard roboczy oraz urządzenie poddawane kalibracji powinny mieć tę samą temperaturę. Jeśli te warunki nie mogą być spełnione, różnice temperatur mogą powodować błędy podczas kalibracji. W praktyce oznacza to, że przenośne standardy robocze muszą dostosować się do temperatury otoczenia na miejscu. Dotyczy to szczególnie sytuacji, gdy norma przechowywana w temperaturze pokojowej jest używana w procesie lub środowisku, w którym występują wyższe lub niższe temperatury niż temperatura pokojowa.

Kalibracja punktu w miejscu pomiaru

W tej metodzie używa się standardu roboczego do kalibracji stacjonarnego urządzenia pomiarowego bez wyłączania go z użytku. Na przykład technik może sprawdzić odczyt zamontowanego na ścianie czujnika za pomocą przenośnego urządzenia pomiarowego. Kluczową zaletą jest szybkość i prostota tej metody. Nie ma przestojów w pracy urządzenia pomiarowego, nie jest potrzebna dodatkowa siła robocza do demontażu. Wadą jest jednak brak drugiego punktu kalibracji, który pozwoliłby na potwierdzenie poprawnego zachowania dynamicznego urządzenia.

Jeśli warunki otoczenia są stabilne, wystarczy delikatnie podmuchiwać czujnik, aby obserwować jego reakcję i powrót do stanu spoczynkowego. Jeśli jednak warunki są bardziej zmienne, lepszym rozwiązaniem jest kalibracja wielopunktowa.

Kalibracja wielopunktowa w trakcie pracy

Kalibracje dwupunktowe lub trójpunktowe można przeprowadzić na miejscu za pomocą generatorów wilgotności, jeśli otoczenie ma stabilną temperaturę. Uznane wartości wilgotności można uzyskać w wielu urządzeniach. Wszystkie jednak mają pewne ograniczenia lub wymagania. Na przykład, nasycone kąpiele solne są ekonomicznym rozwiązaniem i łatwym do transportu.

Wymaga to jednak odpowiedniego zaplanowania czasu, aby zminimalizować wahania wilgotności spowodowane różnicami temperatur. Ponieważ kąpiele solne są uważane za nieodwracalne, konieczne jest zapewnienie odwracalności, np. poprzez użycie odpowiedniego standardu roboczego w kąpieli solnej wraz z urządzeniem poddawanym kalibracji. Zaleta kalibracji wielopunktowej na miejscu polega na zapewnieniu poprawnego działania urządzenia w określonym zakresie użytkowania. Niestety, te kalibracje są trudniejsze do przeprowadzenia niż proste kalibracje punktu w miejscu pomiaru. Technicy potrzebują bardziej rozbudowanego wyposażenia, a urządzenie musi działać offline. Proces może trwać nawet godzinę lub dłużej. Warunki na miejscu często nie są optymalne, co utrudnia uzyskanie wysokiej dokładności.

Kalibracja w laboratorium własnym firmy

Niektóre przedsiębiorstwa posiadają własne laboratoria metrologiczne z odpowiednimi możliwościami do pomiarów i kalibracji. Laboratoria tego typu występują głównie w firmach, które muszą utrzymywać dużą liczbę urządzeń pomiarowych i/lub wykonywać pomiary w krytycznych obszarach. Kalibracje w własnych laboratoriach oferują wiele korzyści. Możliwości laboratorium można dostosować do wymagań firmy. W niektórych przypadkach użytkownicy całkowicie tracą odpowiedzialność za wydajność urządzeń pomiarowych. Metrolodzy mogą ustalać interwały kalibracji, a wykwalifikowani technicy wykonują swoje prace na najwyższym poziomie w kontrolowanym środowisku. To zapewnia szybki czas realizacji i indywidualną obsługę klienta, nawet w przypadku specjalnych wymagań. W większych przedsiębiorstwach te korzyści mogą być ograniczone, jeśli urządzenie kalibracyjne nie znajduje się w pobliżu urządzeń pomiarowych.

Kalibracja w laboratorium własnym firmy

Niektóre przedsiębiorstwa posiadają własne laboratoria metrologiczne z odpowiednimi możliwościami do pomiarów i kalibracji. Laboratoria tego typu występują głównie w firmach, które muszą utrzymywać dużą liczbę urządzeń pomiarowych i/lub wykonywać pomiary w krytycznych obszarach. Kalibracje w własnych laboratoriach oferują wiele korzyści. Możliwości laboratorium można dostosować do wymagań firmy. W niektórych przypadkach użytkownicy całkowicie tracą odpowiedzialność za wydajność urządzeń pomiarowych. Metrolodzy mogą ustalać interwały kalibracji, a wykwalifikowani technicy wykonują swoje prace na najwyższym poziomie w kontrolowanym środowisku. To umożliwia szybki czas realizacji i indywidualną obsługę klienta w przypadku szczególnych wymagań. W większych przedsiębiorstwach te korzyści mogą być ograniczone przez fakt, że urządzenie kalibracyjne nie znajduje się w pobliżu urządzeń pomiarowych.

Komercyjne laboratoria kalibracyjne

Istnieją komercyjne placówki nastawione na zysk, które oferują usługi kalibracji. W większości przypadków urządzenia pomiarowe są wyłączane z użytku i wysyłane do laboratorium w celu kalibracji. Niektóre komercyjne laboratoria zapewniają pracowników do montażu i demontażu urządzeń pomiarowych. Niektóre z nich oferują również kalibrację na miejscu w mobilnych laboratoriach. Komercyjne laboratoria są szczególnie przydatne dla firm, które muszą kalibrować niewielką liczbę urządzeń, dla których inwestycja w kalibratory nie jest opłacalna. Kompetencje tych laboratoriów są różne. Niektóre oferują wysokiej jakości usługi kalibracyjne, które są porównywalne z normami krajowymi, takimi jak NIST. Inne specjalizują się na przykład w wilgotności, które są trudne do uzyskania, np. ekstremalnie wysokie lub niskie wilgotności w ekstremalnych zakresach temperatur. Przy wyborze odpowiedniego laboratorium kalibracyjnego warto upewnić się, że jest ono akredytowane, czyli sprawdzone i certyfikowane przez niezależną instytucję. W wyniku procesu certyfikacji laboratorium ma jasno określony zakres zadań, obejmujący wszystkie wielkości pomiarowe, zakresy pomiarowe i niepewności. W Europie istnieją certyfikujące instytucje odpowiedzialne za akredytację i nadzór nad laboratoriami kalibracyjnymi, które publikują pełne listy akredytowanych laboratoriów.