การสอบเทียบเครื่องมือวัด Calibration

การสอบเทียบเครื่องมือวัด การวัดและการทดสอบที่มีความถูกต้องและแม่นยำเป็นหลักประกันทางเทคนิคที่สำคัญที่สุดสำหรับแสดงว่าผลิตภัณฑ์เป็นไปตามข้อกำหนดทางคุณภาพ ความสำคัญของการวัดและทดสอบได้รับการยอมรับและถือเป็นข้อกำหนดของมาตรฐานการประกันคุณภาพที่สำคัญๆ เช่น ISO 9000, ISO 14000 และ ISO/IEC 17025 เป็นต้น

การสอบเทียบเครื่องมือวัด การยืนยันความถูกต้อง และแม่นยำของการวัดก็ต้องอาศัยหลักประกันที่เป็นเอกสารที่สามารถทำให้เกิดความเชื่อถือในความถูกต้องและความแม่นยำที่อ้างถึงได้เช่นเดียวกัน และหลักประกันดังกล่าวก็คือ ใบรับรองการสอบเทียบเครื่องมือวัดที่แสดงผลการวัด และความไม่แน่นอนของการวัดที่สามารถสอบกลับได้สู่หน่วยวัด SI Units ที่ทำให้เป็นจริง และรักษาไว้ในฐานะที่เป็นมาตรฐานการวัดแห่งชาติ ซึ่งรักษาไว้โดยสถาบันมาตรวิทยาแห่งชาติ

มาตรฐานของการวัดและการสอบเทียบ การสอบเทียบ (Calibration) เป็นการป้อนอินพุตที่รู้ค่าแน่นอน (ค่าที่ใช้ในการสอบเทียบนี้เรียกว่า ค่ามาตรฐาน) ให้กับระบบการวัดที่ต้องการ สังเกตเอาต์พุตของระบบ จากนั้นทำการปรับแต่งระบบการวัด เพื่อให้เอาต์พุตของระบบการวัดอ่านค่าได้เท่ากับ หรือใกล้เคียงกับค่ามาตรฐานมากที่สุด

มาตรฐานของการวัดและการสอบเทียบ ในบางจุดระหว่างการเตรียมระบบการวัดจำเป็นต้องรู้ขนาดของปริมาณอินพุตที่จะป้อนให้กับตัวรับรู้ หรือ ทรานสดิวเซอร์และต้องสังเกตพฤติกรรมของระบบเอาต์พุต การสอบเทียบนี้จะทำให้สเกลเอาต์พุตถูกต้อง สำหรับระบบการวัด

มาตรฐานของการวัดและการสอบเทียบ ความสัมพันธ์ระหว่างอินพุตที่ป้อนเข้าระบบการวัดกับเอาต์พุตของระบบจะได้ในระหว่าง การสอบเทียบระบบการวัด ถ้าเอาต์พุตเป็นสัดส่วนกับอินพุตอย่างถูกต้องจะได้ เอาต์พุต = ค่าคงตัว x อินพุต

มาตรฐานของการวัดและการสอบเทียบ การสอบเทียบในลักษณะนี้เรียกว่าการสอบเทียบจุดเดียว (Single point calibration) ถ้าสัดส่วนของเอาต์พุตกับอินพุตไม่เท่ากันตลอดช่วงการวัดจะต้องแบ่งการสอบเทียบเป็นหลายช่วง แต่ละช่วงจะมีค่าคงตัวที่คูณกับอินพุตไม่เท่ากัน การสอบเทียบแบบนี้เรียกว่า การสอบเทียบหลายจุด (Muti point calibration)

วิธีดำเนินการสอบเทียบ วิธีดำเนินการสอบเทียบ (Calibration Procedures) ในการสอบเทียบเครื่องมือวัด อินพุตที่รู้ค่าจะถูกป้อนเข้าเครื่องมือวัดการตอบสนองของเครื่องมือวัดต่ออินพุตที่รู้ค่านี้จะถูกสังเกต และเครื่องมือวัดจะถูกปรับแต่งเพื่อที่จะแสดงค่าของอินพุต โดยปกติอินพุตที่รู้ค่าจะตั้งไว้ที่ 10% 50% และ 90% ของค่าเต็มสเกลของเครื่องมือวัด การสอบเทียบสามารถแบ่งออกได้ดังนี้

วิธีดำเนินการสอบเทียบ 1. การสอบเทียบปฐมภูมิ (Primary calibration) เมื่ออุปกรณ์หรือระบบถูกสอบเทียบกับค่ามาตรฐานปฐมภูมิ เรียกว่าการสอบเทียบปฐมภูมิ ภายหลังการสอบเทียบปฐมภูมิอุปกรณ์ที่ได้จะใช้เป็นอุปกรณ์สอบเทียบทุติยภูมิ (Secondary calibration device) ตัวอย่างของอุปกรณ์สอบเทียบปฐมภูมิ เช่น เซลล์ไฟฟ้ามาตรฐาน หรือ ความต้านทานมาตรฐาน

วิธีดำเนินการสอบเทียบ 2. การสอบเทียบทุติยภูมิ เมื่อใช้อุปกรณ์สอบเทียบมาตรฐานทุติยภูมิในการสอบเทียบอุปกรณ์อื่นๆซึ่งต้องการความถูกต้องน้อยลง เรียกวิธีการสอบเทียบแบบนี้ว่าการสอบเทียบทุติยภูมิ อุปกรณ์สอบเทียบทุติยภูมิมีใช้กันกว้างขวางมากในห้องปฏิบัติการทั่วๆไป เช่นเดียวกับในโรงงานอุตสาหกรรม เพราะเป็นแหล่งสอบเทียบในทางปฏิบัติ

วิธีดำเนินการสอบเทียบ 3. การสอบเทียบโดยตรงกับแหล่งอินพุตที่รู้ค่า (Direct calibration with known input source) การสอบเทียบโดยตรงกับแหล่งอินพุตที่รู้ค่า มีระดับความถูกต้องเท่ากับการสอบเทียบปฐมภูมิ ดังนั้นอุปกรณ์ที่ได้รับการสอบเทียบโดยวิธีนี้สามารถนำไปใช้เป็นอุปกรณ์สอบเทียบทุติยภูมิได้ ตัวอย่างเช่น มาตรวัดอัตราไหลแบบเทอร์ไบน์อาจเปรียบเทียบโดยตรงโดยใช้การวัดปฐมภูมิ เช่น การชั่งปริมาณที่แน่นอนของน้ำในถังและบันทึกการไหลผ่านเทอร์ไบน์ของน้ำนี้เทียบกับเวลาที่ใช้ มาตรวัดอัตราไหลนี้อาจใช้เป็นอุปกรณ์สอบเทียบทุติยภูมิสำหรับมาตรวัดอัตราไหลอื่นๆ เช่น ออริฟิซ หรือ เวนจูรีมิเตอร์

วิธีดำเนินการสอบเทียบ 4. การสอบเทียบโดยอ้อม (Indirect calibration) การสอบเทียบโดยอ้อมอยู่บนพื้นฐานของความสมมูลกันของอุปกรณ์สองชนิดที่ใช้วัดปริมาณทางกายภาพค่าเดียวกัน ซึ่งสามารถแสดงด้วยตัวอย่างที่เหมาะสม เช่น มาตรวัดอัตราไหลแบบ เทอร์ไบน์ ความต้องการความเหมือนพลวัต (Dynamic similarity) ระหว่างมาตรวัดอัตราไหลที่มีรูปร่างเรขาคณิตเหมือนกัน 2 อัน ได้จากการทำให้ตัวเลขเรย์โนลด์เท่ากัน เช่น 𝐷 1 𝜌 1 𝑉 1 𝜇 1 = 𝐷 2 𝜌 2 𝑉 2 𝜇 2 เมื่อตัวห้อย 1 และ 2 แทนอุปกรณ์มาตรฐาน และอุปกรณ์ที่นำมาสอบเทียบตามลำดับ

วิธีดำเนินการสอบเทียบ 5. การสอบเทียบประจำตามปกติ (Routine calibration) เป็นวิธีการของการตรวจสอบความถูกต้องและการใช้งาน เครื่องมือวัดให้ถูกต้องเป็นระยะ หรือตรวจสอบบ่อยๆ กับค่ามาตรฐานที่รู้ค่า และสามารถวัดซ้ำได้อย่างถูกต้อง วิธีการทั้งหมด โดยปกติวางไว้เพื่อทำการปรับแต่งต่างๆ การตรวจสอบการอ่านสเกล ฯลฯ ซึ่งเป็นการยืนยันการยอมรับมาตรฐาน

การปฏิบัติการสอบเทียบมาตรฐาน กระบวนการสอบเทียบมาตรฐานที่มีประสิทธิผล มีดังนี้ 1. ทำความเข้าใจถึงคุณค่าของข้อมูลที่จะได้จากการวัด 2. กำหนดเครื่องมือวัดที่จะใช้ 3. จัดตั้งกระบวนการที่เหมาะสมในการสอบเทียบมาตรฐาน เครื่องมือวัด

ความต้องการ การสอบเทียบมาตรฐาน ความต้องการระบบสอบเทียบมาตรฐานเครื่องมือวัดปกติแล้วจะถูกกำหนดตามกฎระเบียบท้องถิ่นนั้น ๆ หรือความต้องการจากภายในองค์กร ในกรณีตามกฎหมาย ก็จะต้องทำเต็มรูปแบบของการสอบเทียบที่ออกแบบไว้ กรณีตามความต้องการของลูกค้าที่มีการใช้มาตรฐานบริหารคุณภาพ (QMS) เช่น ISO 9000:2000, QS 9000, ISO16949:2002, Good Laboratory Practice: GLP ต่างก็มีข้อกำหนดต่ำสุด และแนวทางปฏิบัติเรื่องการบำรุงรักษาเครื่องมือวัดของแต่ละมาตรฐานที่เลือกใช้

มาตรฐานบริหารคุณภาพ ISO 9000:2000 สำหรับอุตสาหกรรมการผลิต และการบริการต่าง ๆ 2. QS 9000 สำหรับอุตสาหกรรมการผลิตรถยนต์ และชิ้นส่วน 3. ISO/TS 16949:2002 สำหรับอุตสาหกรรมการผลิตรถยนต์และชิ้นส่วน 4. Good Laboratory Practice: GLP สำหรับห้องปฏิบัติ-การทดสอบ

มาตรฐานบริหารคุณภาพ 5. ISO 10012 Measurement Management Systems สำหรับการบำรุงรักษาเครื่องมือวัดโดยเฉพาะ 6. ISO/IEC 17025 สำหรับห้องปฏิบัติการทดสอบ และสอบเทียบมาตรฐาน ใช้ในการรับรองคุณภาพ และความสามารถที่ใช้อย่างกว้างขวาง 7. ANSI/NCSL Z 540 สำหรับห้องปฏิบัติการทดสอบและสอบเทียบมาตรฐาน ใช้ในการรับรองคุณภาพ และความสามารถ้องปฏิบัติการทดสอบและสอบเทียบมาตรฐานในสหรัฐอเมริกา 8. MIL-STD-45662A สำหรับห้องปฏิบัติการทดสอบและสอบเทียบมาตรฐานในสหรัฐอเมริกาได้เลิกใช้ไปตั้งแต่ 27 กุมภาพันธ์ 2538 ถ้าต้องการใช้ ให้ใช้ ISO 10012 หรือ ANSI/NCSL Z 540 แทน

การสอบกลับมาตรฐานสากล (traceability) การให้บริการสอบเทียบมาตรฐานแต่ละชนิด จะต้องดำรงการเชื่อมโยงการสอบกลับถึงมาตรฐานสากลได้อย่างมีประสิทธิผล มาตรฐานที่ใช้งานจะต้องได้รับการสอบเทียบจากห้องปฏิบัติการภายนอกองค์กรมาก่อน จึงจะนำมาใช้สอบเทียบภายในองค์กร (in-house) ต่อไป ถ้ามีมาตรฐานระดับ Working Standard ก็จะต้องถูกสอบเทียบกับ Primary Standards รวมทั้งการวัด สนับสนุนอื่น ๆ เช่น

การสอบกลับมาตรฐานสากล (traceability) 1. การสอบเทียบทางความดัน อุณหภูมิของเครื่องมือจะต้องถูกวัด และนำมาคำนวณค่าแก้ไข (correction) เทอร์โมมิเตอร์ที่ใช้วัดก็จะต้องถูกสอบเทียบมาตรฐานด้วย 2. การสอบเทียบเครื่องแปลงสัญญาณความดัน (pressure transmitter) ส่งเป็นสัญญาณออก 4-20 mA มัลติมิเตอร์ที่ใช้วัดกระแส 4-20 mA ก็จะต้องถูกสอบเทียบมาตรฐานด้วย และจะให้สมบูรณ์ตามนิยามของการสอบกลับมาตรฐานสากล การวัดเหล่านี้จะต้องระบุค่าประมาณความไม่แน่นอนของการวัดไว้อย่างชัดเจนด้วย

ความใช้ ได้ของการสอบเทียบ (validity of calibration) ใบรับรองการสอบเทียบแสดงสมรรถนะของเครื่องมือวัด ณ เวลาที่ทำการสอบเทียบ และสภาพขณะสอบเทียบ หลังการสอบเทียบฯแล้ว เครื่องมือวัดควรถูกปิดผนึก(sealed) เพื่อปกป้องความสมบูรณ์หลังการปรับจากการสอบ-เทียบ มาแล้ว

ความใช้ ได้ของการสอบเทียบ (validity of calibration) ระบบคุณภาพจะต้องมีการกำหนดกระบวนการ (procedure) ประเมินระยะเวลาทำการสอบเทียบใหม่ไว้ ระยะเวลานี้จะต้องถูกบันทึกในระบบบำรุงรักษาเครื่องมือวัดของแต่ละเครื่อง เครื่องมือวัดแต่ละเครื่องจะต้องมีสติ๊กเกอร์ ติดแสดงวันสอบเทียบครั้งต่อไป ศูนย์สอบเทียบฯต้องมีกระบวนการในระบบคุณภาพว่าจะดูแลจับถือเครื่องมือวัด และนำออกจากการบริการอย่างไร เมื่ออายุการสอบเทียบฯเกินเวลาที่กำหนดหรือสติ๊กเกอร์สอบเทียบหรือตราผนึกการสอบ-เทียบฯ ฉีกขาดหรือหายไปต้องมีกระบวนการในระบบคุณภาพว่าการใช้การวัดที่ต้องการที่สุดนั้นมีการรักษาความปลอดภัยและความมั่นคงอย่างไร