كاليبراسيون عمومي

1. كاليبراسيون عمومي 20فروردین ماه 1388 محمدرضا عباسي

2. فهرست مطالب • مقدمه و تاريخچه • كميتها و يكاهاي اندازه گيري • كميتهاي اصلي و فرعي • استانداردهاي كميتهاي اصلي • تاريخچه استاندارد متر • تعاريف و اصطلاحات اندازه گيري • كميتها و يكاها • اندازه گيري و نتيجه اندازه گيري • دستگاههاي اندازه گيري • ويژگيهاي دستگاههاي اندازه گيري • استانداردهاي اندازه گيري

3. فهرست مطالب (ادامه) • هرم سلسله مراتب كاليبراسيون طول • چگونگي استقرار آزمايشگاه در سطح هرم • سلسله مراتب تاييد كاليبراسيون طول • هرم سلسله مراتب كاليبراسيون طول در كشورهاي انگلستان و سوئيس • انواع سيستمهاي كاليبراسيون • استاندارد و شرايط محيطي كاليبراسيون طول • عدم قطعيت اندازه گيري • عوامل ايجاد كننده عدم قطعيت • نحوه برآورد عدم قطعيت

4. فهرست مطالب (ادامه) • راهنماي ISO بر اساس استاندارد ISO 9000 (سيستم مديريت كيفيت) • برقراري امكانات بازرسي و آزمون • مراقبت از تجهيزات اندازه گيري • راهنماي ISO بر اساس استاندارد ISO 10012 (الزامات تضمين كيفيت تجهيزات اندازه گيري) • بحث در مورد 18 عنصر اين استاندارد • راهنماي ISO بر اساس استاندارد ISO 17025 (الزامات صلاحيت آزمايشگاه آزمون و كاليبراسيون) • بحث در مورد عناصر مرتبط اين استاندارد

5. فهرست مطالب (ادامه) • كاليبراسيون تخصصي طول • كاليبراسيون گیج بلوک براساس ISIRI 2692 • كاليبراسيون کولیس براساس ISIRI 3129 • كاليبراسيون میکرومتر براساس ISIRI 1985 • كاليبراسيون تخصصي دما؛ رطوبت • كاليبراسيون آون براساس JIS B 7757 • كاليبراسيون دما و رطوبت در آون و چمبر • كاليبراسيون تخصصي نيرو و گشتاور • كاليبراسيون دستگاه کشش براساس ISO 7500 • كاليبراسيون ترازو براساس ISIRI 3074

6. كاليبراسيون تخصصي طول 6

7. كاليبراسيون تخصصي طول (ادامه) 7

8. كاليبراسيون تخصصي دما؛ رطوبت و فشار دما و رطوبت فشار و خلاء 8

9. كاليبراسيون تخصصي نيرو و گشتاور جرم و نيرو گشتاور 9

10. كاليبراسيون تخصصي الكتريكي الكتريكي سختي و ضربه 10

11. تاريخچه • 1950: در ابتدا يك استراليايي استاندارد ملي استراليا براي آزمون تجهيزات اندازه گيري را تدوين نمود National Australian Testing Authority (NATA) • بعداز جنگ جهاني دوم توسط ژاپني ها استاندارد ملي تدوين شد • 1966: در انگلستان خدمات كاليبراسيون تدوين شد British Calibration Service (BCS) • 1977: خدمات آزمايشگاهي به دو بخش كاليبراسيون و آزمون تقسيم گرديد • امروزه كشورهاي EC (European Cooperation) اين مدل آزمايشگاهي را در كشورهاي خود ايجاد نموده اند • هم اكنون واژه to calibrate براي دستگاههاي اندازه گيري به معناي اندازه گيري طبق استانداردهاي ملي مي باشد

12. كميتها و يكاههاي اندازه گيري • پايه هاي علم فيزيك كميتهاي فيزيكي هستند كه براي بيان قوانين فيزيك بكار مي روند مانند: طول ؛ جرم ؛ زمان ؛ نيرو ؛ سرعت ؛ چگالي ؛ مقاومت ؛ دما ؛ جريان الكتريكي و ... • اداره بين المللي اوزان و مقياسها در سال 1875 در پاريس تاسيس گرديد و اولين اجلاس اين مجمع در سال 1889 برگزار گرديد • 1971: چهاردهمين مجمع عمومي اوزان و مقياسها 7 كميت مندرج در جدول روبرو را بعنوان يكاهاي اصلي انتخاب نمودند

13. كميتها و يكاههاي اندازه گيري

14. استانداردهاي كميتهاي اصلي • استاندارد طول: • از نظر تاريخي ؛ يك متر برابر با 10.000.000/1 فاصله قطب شمال تا استوا در امتداد نصف النهاري كه از پاريس مي گذرد در نظر گرفته شد • اولين استاندارد بين المللي طول ؛ ميله اي از آلياژ پلاتين ايريديوم بود • 1960: يازدهمين مجمع عمومي اوزان و مقياسها استاندارد طول را بر مبناي طول موج نور پذيرفت • يك متر ؛ معادل 73/1.650.763 برابر طول موج تابش نارنجي اتمهاي كريپتون 86 در خلا مي باشد • 1983: هفدهمين مجمع عمومي اوزان و مقياسها استاندارد طول را چنين تعريف كرد: • يك متر؛ مسافتي است كه نور در خلا در مدت 299.792.458/1 ثانيه مي پيمايد

15. استانداردهاي كميتهاي اصلي (ادامه)

16. تاريخچه استاندارد متر • اولين استانداردهاي مورد استفاده بشر بر اساس بعضي از اعضاي بدن يك فرد متوسط القامه يا حكام محلي تعريف گرديده:ضخامت انگشت؛ پهناي دست؛ طول وجب دست؛ طول بازو؛ طول پا و ... • حدود 4000 سال پيش در مصر؛ رامسس دوم؛ كيوبيت (Cubit) كه طول ساعد فرعون را بعنوان استاندارد طول بيان كرد ( 46.3 سانتيمتر) چهارضلع هرم به طول 756ft بادقت 8in ساخته شده است؛ چهارضلع بادقت 3 ثانيه برهم عمود است. • 850 : طول پاي پادشاه آلفرد انگليس بعنوان ”فوت“ تعريف گرديد • 1130: هنري اول واحد اندازه گيري يارد عبارت بود از فاصله نوك دماغ تا نوك شست مورد استفاده قرارداد در همان زمان ”اينچ“ بعنوان پهناي انگشت شست تعريف گرديد • 1528: جين فرنل فاصله بين شهر پاريس و آمينس در راستاي نصف النهار طولي بعنوان مرجع طول معرفي كرد • 1576: واحد اندازه گيري فوت عبارت بود از طول متوسط اندازه پا مورد استفاده قرار گرفت • 1680: گابريل موتون مرجع طول را نصف النهار طولي كه يك دقيقه (از زاويه) را پوشش دهد معرفي نمود

17. تاريخچه استاندارد متر (ادامه)

18. تاريخچه استاندارد متر (ادامه) • 1790: 10.000.000/1 از ربع نصف النهاري كه از پاريس عبور مي كند بعنوان مرجع طول معرفي شد • 1793: بعلت مشكلات اندازه گيري دقيق نصف النهار ؛ آقاي لنوي يك گيج بلوك از پلاتين خالص به شكل ميله با مقطع بعلاوه در ابعاد 25 * 05/4 ميليمتر بعنوان متر استاندارد ساخت • 1870: مجمع متر در پاريس ؛ متر استاندارد از آلياژ 90% پلاتين و 10% ايريديم ساختند • 1889: اولين مجمع عمومي اوزان و مقياسها نمونه تعريف شده متر را تاييد كردند • 1892: دانشمند آلماني آلبرت مايكلسون طيف نور قرمز كادميم را معرفي نمود • 1927: هفتمين مجمع عمومي اوزان و مقياسها ؛ تعريف جديد متر عبارت بود از 13/1.552.164 برابر طول موج طيف قرمز كادميم در اتمسفر • 1960: يازدهمين مجمع عمومي اوزان و مقياسها: يك متر ؛ طولي است معادل 73/1.650.763 برابر طول موج تابش نارنجي مربوط به انتقال بين دو سطح اتم كريپتون 86 در خلا • 1983: هفدهمين مجمع عمومي اوزان و مقياسها: يك متر؛ مسافتي است كه نور ليزر مادون قرمز در خلا در مدت 299.792.458/1 ثانيه مي پيمايد

19. تاريخچه استاندارد متر (ادامه) • تعيين فاصله ماه از كره زمين: • در سال 1970 فضانورد آپالو يك رفلكتور آينه اي در سطح كره ماه قرارداد . يك پالس نور از زمين به ماه فرستاده شد و انعكاس آن دريافت شد • زمان رفت و برگشت نور اندازه گيري شد و با ضربدر سرعت نور متوسط مسافت يعني 384.4 ميليون متر با دقت 2 تا 3 سانتيمتر محاسبه گرديد

20. استانداردهاي كميتهاي اصلي (ادامه) • تاريخچه استاندارد جرم • در سال 1870 دانشمند فرانسوي به نام لوئيس جرم حجم آب تقطير شده در نقطه انجماد را براي وزن ارايه نمود • در سال 1879 يوهانسون ماتري با آلياژ پلاتين ايريديوم (يك ماده ثابت) را معرفي نمود و جايگزين تعريف آب گرديد • استاندارد جرم • 1889: اولين مجمع عمومي اوزان و مقياسها استاندارد جرم را چنين تعريف نمود • يك كيلوگرم ؛ معادل جرم استوانه اي از پلاتين90% و ايريديوم 10% است كه در اداره بين المللي اوزان و مقياسها واقع در شهر سور فرانسه نگهداري مي شود.

21. استانداردهاي كميتهاي اصلي (ادامه)

22. استانداردهاي كميتهاي اصلي (ادامه) • تاريخچه استاندارد زمان • مطابق شكلهاي صفحه بعد • استاندارد زمان • 1967: سيزدهمين مجمع عمومي اوزان و مقياسها استاندارد زمان را چنين تعريف نمود • يك ثانيه ؛ معادل 9.192.631.770 برابر دوره تناوب گذر بين دو تراز اتم سزيم 133 مي باشد • دقت ساعتهاي بلور كوارتز حداكثر 0.02 ثانيه در سال است ولي ساعتهاي اتمي حداقل 1 ثانيه در 6000 سال مي باشد

23. استانداردهاي كميتهاي اصلي (ادامه)

24. استانداردهاي كميتهاي اصلي (ادامه)

25. استانداردهاي كميتهاي اصلي (ادامه) • استاندارد جريان الكتريكي • 1948: نهمين مجمع عمومي اوزان و مقياسها استاندارد جريان الكتريكي را چنين تعريف نمود • يك آمپر ؛ شدت جريان الكتريسيته ثابتي است كه از دو سيم رساناي مستقيم موازي بسيار بلند و به سطح مقطع بسيار كوچك دايره اي شكل به فاصله يك متر از يكديگر در خلا مي گذرد و نيروي مغناطيسي كه در نتيجه اين جريان بين دو رسانا ايجاد مي شود برابر با نيوتن در هر متر از درازي آنها مي باشد

26. استانداردهاي كميتهاي اصلي (ادامه) • تاريخچه استاندارد دماي ترمو ديناميكي • ترموسكوپها اجداد ترمومترها به شمار مي آيند كه به 200 سال قبل از ميلاد برميگردد • اولين ترمومتر در قرن شانزدهم ميلادي توسط دو دانشمند ايتاليائي به نامهاي گاليلو گاليله و سانتوريو سانتوريو ساخته شد كه قادر به تشخيص ناخوشي در پزشكي بود • در سال 1641 اولين ترمومتر آب بندي شده و دقيقتر از قبلي توسط داك فرنيناند ساخته شد • بعدها دو دانشمند به نامهاي فارنهايت و سليسيوس ترمومتر شيشه اي حاوي جيوه را ساختند و نقاط مرجع (نقطه ذوب يخ خالص و نقطه جوش آب) را بكار بردند كه دقت اندازه گيري را بهبود بخشيد

27. استانداردهاي كميتهاي اصلي (ادامه) • استاندارد دماي ترمو ديناميكي • 1967: سيزدهمين مجمع عمومي اوزان و مقياسها استاندارد دماي ترمو ديناميكي را چنين تعريف نمود • يك كلوين ؛ برابر با 273.16/1 دماي ترموديناميكي نقطه سه گانه آب مي باشد • دماي نقطه سه گانه آب 16/273 كلوين ( 0.01 درجه سانتيگراد) مي باشد • دماي نقطه انجماد آب در فشار اتمسفر استاندارد تقريبا 0.01 كلوين زير نقطه سه گانه آب است

28. استانداردهاي كميتهاي اصلي (ادامه) • استاندارد مقدار ماده • 1971: چهاردهمين مجمع عمومي اوزان و مقياسها استاندارد مقدار ماده را چنين تعريف نمود • يك مول ؛ اندازه ماده مقداري ذرات مشابه است كه تعداد آنها برابر تعداد اتم كربن در 0.012 كيلوگرم كربن 12 مي باشد

29. استانداردهاي كميتهاي اصلي (ادامه)

30. استانداردهاي كميتهاي اصلي (ادامه)

31. استانداردهاي كميتهاي اصلي (ادامه)

32. استانداردهاي كميتهاي اصلي (ادامه)

33. استانداردهاي كميتهاي اصلي (ادامه) • استاندارد شدت روشنايي • 1979: شانزدهمين مجمع عمومي اوزان و مقياسها استاندارد شدت روشنايي را چنين تعريف نمود • يك كاندلا ؛ شدت نور در يك امتداد معين از يك چشمه نوري است كه تابش نور تك رنگ با فركانس هرتز داشته باشد و شدت تابندگي در آن امتداد برابر با 683/1 وات بر استراديان باشد.

34. استانداردهاي كميتهاي اصلي (ادامه)

35. استانداردهاي كميتهاي اصلي (ادامه)

36. تعاريف – كميتها و يكاها • كميت اندازه گيري Quantity • خصيصه ي ذاتي يك پديده، جسم يا ماده كه بتوان به طور كيفي تشخيص داد و به طور كمي تعيين كرد. • مثال: طول، زمان، جرم، دما، مقاومت الكتريكي، مقدار غلظت ماده • كميت پايه Base Quantity • كميتي از يك دستگاه كميتها كه بنا به قرارداد عملا مستقل از بقيه ي كميتها پذيرفته مي شود. • مثال: كميتهاي طول، جرم و زمان در رشته ي مكانيك عموما كميتهاي پايه

37. تعاريف – كميتها و يكاها (ادامه) • يكاي پايه(ي اندازه گيري)Base unit (of measurement) • يكاي اندازه گيري كميت پايه در يك دستگاه كميتهاي معين. • در حال حاضر SIبر اساس هفت يكاي پايه ي زير است.

38. تعاريف – كميتها و يكاها (ادامه) • يكاي فرعي (اندازه گيري) Derived unit (of measurement) • يكاي اندازه گيري كميت فرعي در يك دستگاه كميتهاي معين.

39. تعاريف – كميتها و يكاها (ادامه) • مضرب يكا(ي اندازه گيري) multiple of a unit (of measurement) • يكاي اندازه گيري كوچكتري كه از يكاي معيني مطابق با قرارداد درجه بندي شكل مي گيرد. • مثال : كيلومتر يكي از مضربهاي دهدهي است و ساعت يكي از مضربهاي غير دهدهي ثانيه است • مقدار (- كميت) Value (of quantity) • بزرگي يك كميت ويژه كه عموما بر حسب يكاي اندازه گيري كه در عددي ضرب شده است بيان مي شود. • مثال: طول يك ميله: 5/34mيا 534cm و جرم يك جسم: 0/152kgيا 152g

40. تعاريف – كميتها و يكاها (ادامه) • مقدار واقعي (- كميت) True value (of a quantity) • مقدار مطابق با تعريف يك كميت ويژه ي معين. • مقداري است مطابق با تعريف يك كميت ويژه معين كه كاملا مشخص است، بعبارت ديگر مقادير واقعي ، طبيعتي تعيين ناپذير دارند و با Xt نمايش داده مي‌شود. • مقدار مرجع Reference Value • مجموعه ي منظمي از مقادير پيوسته يا گسسته كه بنا به قرارداد، به عنوان مرجع تعريف مي شود. • با Xr نمايش داده مي‌شود ، بعبارت ديگر اندازه مرجع (Master value or Reference value) توسط يك دستگاه اندازه‌گيري دقيق‌تر با متوسط چندين بار اندازه‌گيري محاسبه شود. • مقدار نامي Nominal Value • مقدار تقريبي يا گرد شده ي مشخصه يك دستگاه اندازه گيري كه راهنمايي براي استفاده از آن به دست مي دهد. • مثال: نشانه گذاري شده روي يك مقاومت استاندارد

41. تعاريف – اندازه گيري • اندازه گيري Measurement • مجموعه عملياتي به منظور تعيين مقدار يك كميت. • اندازه شناسي Metrology • علم اندازه گيري. • اصول اندازه گيري Principle of measurement • پايه ي علمي هر اندازه گيري. • الف) اثر ترموالكتريك كه براي اندازه گيري دما به كار مي رود; • ب) اثر جوزفسون كه براي اندازه گيري اختلاف پتانسيل الكتريكي به كار مي رود; • ج) اثر دوپلر كه براي اندازه گيري سرعت به كار مي رود; • د) اثر رامان كه براي اندازه گيري عدد موج نوسانهاي مولكولي به كار مي رود.

42. تعاريف – اندازه گيري (ادامه) • روش اندازه گيري Method of measurement • عملياتي پياپي با ترتيب منطقي براي انجام اندازه گيري ها كه به صورتي كلي شرح داده مي شود. • روش جايگزيني يا مقايسه اي (قطعه؛ وسيله اندازه گيري و استاندارد) کمپراتور؛ وزن كردن با ترازويقديمي (كفه اي)؛ ساعت اندازه گيري بر پايه اين روش ساخته شده است • روش تفاضلي يا جابجايي(هر سمت جسم جداگانه از طريق اختلاف سنجي اندازه گيري ميشود) - (قطعه و استاندارد) خط کش؛ كوليس؛ ميكرومتر؛ گيج دهانه اژدر؛ وزن كردن با ترازو معمولي (عقربه اي و ديجيتالي) بر پايه اين روش ساخته شده است • روش صفر (يك طرف را با زمين گراند ميكند و نسبت به صفر مطلق مقايسه ميشود) در تجهيزات الكترونيكي كاربرد دارد

43. تعاريف – اندازه گيري (ادامه)

44. تعاريف – اندازه گيري (ادامه) روش جايگزيني يا مقايسه اي روش تفاضلي يا جابجايي

45. تعاريف – اندازه گيري (ادامه) • روند اندازه گيري measur. procedure • مجموعه عملياتي كه براي انجام اندازه گيري ويژه، مطابق با روش معين، به طور مشخص شرح داده مي شود. • مثال: روند اندازه گيري معمولا در مدركي ثبت مي شود كه گاه به همين مدرك "روند اندازه گيري" (يا روش اندازه گيري) مي گويند و معمولا از جزئيات كافي برخوردار است تا كاربر بتواند بدون نياز به اطلاعات ديگر اندازه گيري را انجام دهد.

46. تعاريف – نتايج اندازه گيري • نتيجه ي اندازه گيريResult of a measurement • مقدار نسبت داده شده به اندازه ده كه از راه اندازه گيري به دست مي آيد. • بيان كامل نتيجه ي هر اندازه گيري اطلاعاتي درباره ي عدم قطعيت اندازه گيري در بر دارد • نشاندهي (دستگاه اندازه گيري)Indication (of a measuring instrument) • مقدار يك كميت كه به وسيله دستگاه اندازه گيري نشان داده مي شود.

47. تعاريف – نتايج اندازه گيري • درستي اندازه گيري Accuracy of measurement • نزديكي توافقي ميان نتيجه ي اندازه گيري و مقدار واقعي اندازه ده. • يادآوري : "درستي" مفهومي كيفي است. واژه ي "دقت" نبايد به جاي "درستي" به كار رود. • گرايش اندازه گيريBias of measurement • نزديكي ميان نتيجه ي اندازه گيري و مقدار مرجع.

48. تعاريف – نتايج اندازه گيري (ادامه) • تكرارپذيري Repeatability • نزديكي توافقي ميان نتايج اندازه گيري هاي پياپي كه تحت شرايط يكسان اندازه گيري روي اندازه ده انجام مي شود. • شرايط تكرارپذيري يعني: • همان روند اندازه گيري • همان ناظر (اپراتور) • همان دستگاه اندازه گيري، تحت همان شرايط به كارگيري • همان محل • تكرار در يك فاصله ي زماني كوتاه.

49. تعاريف – نتايج اندازه گيري (ادامه) • تجديدپذيري Reproducibility • نزديكي توافقي ميان نتايج اندازه گيريهايي كه تحت شرايط تغيير يافته ي اندازه گيري روي همان اندازه ده انجام مي شود.شرايط تغيير يافته ممكن است شامل موارد زير باشد: • اصل اندازه گيري • روش اندازه گيري • ناظر • دستگاه اندازه گيري • استاندارد مرجع • محل • شرايط به كارگيري • زمان

50. تعاريف – نتايج اندازه گيري (ادامه) • عدم قطعيت اندازه گيري Uncertainty of measurement • پارامترهاي مربوط به نتيجه ي اندازه گيري مقاديري را مشخص مي كند كه مي توان به طور منطقي به اندازه ده نسبت داد. • پارامتري است كه به نتيجه يك اندازه‌گيري نسبت داده مي‌شود و بر اساس آن پارامتر ، پراكندگي كه مي‌توان به آن كميت نسبت داد، مشخص مي‌گردد. • عدم قطعيت اندازه گيري عموما از مؤلفه هاي زيادي تشكيل مي شود. برخي از اين مؤلفه ها را ممكن است از روي توزيع آماري نتايج يك سلسله اندازه گيري ارزيابي كرده با انحراف معيار تجربي مشخص نمود. مؤلفه هاي ديگر، كه آنها را نيز مي توان با انحراف معيار مشخص كرد، از روي توزيع هاي احتمالي مفروض كه مبتني بر تجربه يا اطلاعات ديگر است ارزيابي مي شوند.