كاليبراسيون و اندازه گیری

خط مشی بیان عدم قطعیت درکالیبراسیون و بیان CMC در دامنه تایید صلاحیت آزمایشگاههای کالیبراسیون

محسن جزمی -آبان 1395

مقدمه

با به عضویت درآمدن نظام تایید صلاحیت ایران در ILAC (بعنوان بالاترین موسسه صلاحیت بخشی آزمایشگاههای آزمون وکالیبراسیون در سطح بین المللی) و نیاز به تدوین مدرکی با عنوان «خط مشی NACI برای عدم قطعیت درکالیبراسیون» در سطح ملی جهت ارائه به آن موسسه پیش آمد ،لذا در سال 1395 با محوریت نظام تایید صلاحیت ایران (NACI) کارگروهی تشکیل و  این مدرک در مهرماه 1395 به زبان انگلیسی منتشر گردید.

دراین مطلب برای علاقمندان، ترجمه فارسی بخشهای مهم این مدرک ( بخشهای 3 و 5) و نکات کلیدی آن جهت استفاده و آمادگی برای پیاده سازی در آزمایشگاههای  کالیبراسیون و اندازه گیری ارائه میشود.

لازم به توضیح است که این خط مشی ،  برگرفته از مدرک منتشره و شناخته شده بین المللی ILAC P14 است که درسال 2013 میلادی منتشر شده است .

• بخش 3 این مدرک به تعاریف میپردازد ، بخصوص تعاریف مهم و کلیدی  CMC یا همان توانایی کالیبراسیون واندازه گیری و همچنین BED یا  « بهترین دستگاه موجود» 

CMC:Calibration and Measurement Capability

BED:Best Existing Device

• بخش 5 این مدرک نیزبه خط مشی درخصوص تعیین دامنه تأیید صلاحیت آزمایشگاههای کالیبراسیون و بیانیه CMC در آنها میپردازد

برخی نکات کلیدی دراین مدرک که بطور قریب به یقین مدنظر مسئولان وکارشناسان آزمایشگاههای کالیبراسیون خواهد بود عبارتند از:

• شفاف سازی درخصوص « بهترین دستگاه موجود» و نقش مهم آن در تعیین CMC 
• عدم الزام آزمایشگاهها به تملک و نگهداری « بهترین دستگاه موجود» در آزمایشگاه و کافی بودن حفظ سوابق کالیبراسیون « بهترین دستگاه موجود» 
•  آزمایشگاههای تایید صلاحیت شده و به عضویت درآمده توسط NACI ، باید عدم قطعیتهای اندازه گیری را بااستفاده از روشی که جزئیات آن  در مدرک ایزو با عنوان  «راهنمای  بیان عدم قطعیت در اندازه گیری « (GUM) آورده شده محاسبه نمایند.با توجه به اینکه این مدرک ،علاوه بررویکردی سنتی ارزیابی عدم قطعیت براساس مدل ریاضی اندازه گیری، به رویکرد روش مونت کارلو MCM برای ارزیابی عدم قطعیت نیز پرداخته ، انتظار رشد رویکرد استفاده از MCM در ارزیابی های عدم قطعیت درآزمایشگاههای کالیبراسیون وحتی آزمایشگاههای آزمون درآینده دوراز انتظار نخواهد بود.
• آزمایشگاه اجازه گزارش عدم قطعیتی  کوچکتر از CMC تأیید شده خود را ندارد، حتی اگر توان فنی آنرا داشته یا پیدا کرده باشد
• لحاظ کردن سهم عدم قطعیت تکرارپذیری در CMC
• لحاظ کردن سهم عدم قطعیت تجدید پذیری در CMC ، درصورت الزام روش
• لحاظ کردن سهم عدم قطعیت قدرت تفکیک « بهترین دستگاه موجود»در CMC (ونه قدرت تفکیک استاندارد مرجع)

با این مقدمه توجه خوانندگان محترم را به بندهای 3 و 5 این خط مشی جلب مینمایم:

بخش 3 خط مشی

عبارات و تعاریف

برای هدف این مدرک (خط مشی) ، عبارات و تعاریف مربوطه که در «واژه نامه بین المللی اندازه شناسی – اصول و مفاهیم کلی و عبارات وابسته» (VIM) آمده است و تعاریف زیر بکار بسته میشوند:

3-1 آزمایشگاه کالیبراسیون

دراین خط مشی، «آزمایشگاه کالیبراسیون» بیشتر به معنی یک آزمایشگاهی است که خدمات کالیبراسیون واندازه گیری عرضه میکند.

3-2 تعریف توانایی کالیبراسیون و اندازه گیری (CMC)

در مفاد توافقنامه CIPM MRA و ILAC ، و در تطابق با بیانیه مشترک CIPM-ILAC ، تعریف زیر به توافق رسیده شده است:

CMC توانايي اندازه گيري و کاليبراسيون دردسترس مشتريان ، تحت شرايط عادي است :

الف) مانند آنچه در دامنه اعتبار آزمايشگاه که توسط موسسه يا سازمان صاحب امضاء ، طبق توافق ILAC به آن آزمايشگاه اعطاء شده است ، ميباشد ،یا

ب) مانند آنچه در پايگاه داده مقايسه کليدي BIPM (  KCDB) CIPM MRA منتشر شده است ميباشد .

نکته 1

 تحت CMC ، اندازه گیری یا کالیبراسیون بایستی:

1-     مطابق با یک رویه اجرایی مستند شده اجرا شود و بودجه عدم قطعیت محرزشده تحت سیستم اندازه گیری NMI (موسسه استاندارد سطح ملی)  یا آزمایشگاه دارای اعتبارنامه داشته باشد

2-     برمبنای دوره ای منظم اجرا شود ( شامل تقاضا یا برنامه زمان بندی شده که برای راحتی میتواند درزمانهای مشخص شده ای در سال باشد)

3-     دردسترس تمامی مشتریان باشد

نکته 2

CMC بعنوان کوچکترین عدم قطعیت اندازه گیری است که آزمایشگاه میتواند در دامنه تایید صلاحیت خود ، وقتی کالیبراسیون « بهترین دستگاه موجود» را انجام میدهد ، یا هنگامیکه کالیبراسیونهای منظم دوره ای روی وسایل اندازه گیری طراحی شده برای اندازه گیری آن کمیت را انجام می دهد ، به آن دست پیدا کند.

3-3 بهترین دستگاه موجود

« بهترین دستگاه موجود»بعنوان دستگاهی که میخواهد کالیبره گردد درک میشود و بصورت تجاری یا طور دیگر دردسترس مشتریان قراردارد ، حتی اگر عملکرد ویژه ای (پایداری) یا تاریخچه طولانی از کالیبراسیون داشته باشد.

نکته 1

تاریخچه کالیبراسیون « بهترین دستگاه موجود» که کالیبراسیون آن توسط آزمایشگاه انجام میشود ، بایستی بطور مناسبی نگهداری شود. الزامی برای اینکه آزمایشگاه خود مالک « بهترین دستگاه موجود» باشد نیست.

نکته 2

« بهترین دستگاه موجود» ، آن دستگاهی است که دردسترس است ، ولی لازم نیست نماینده اکثریت دستگاههایی که ممکن است از آزمایشگاه  برای کالیبراسیون آنها  درخواست شود باشد . خواص دستگاههایی که « بهترین موجود» لحاظ میشوند بستگی به زمینه کالیبراسیون خواهد داشت ولی ممکن است یک وسیله با نوسانات تصادفی خیلی پایین ، ضریب دمایی قابل صرف نظر، ضریب بازتاب ولتاژی بسیار پایین و مانند آن باشد.

نکته 3

ممکن است مواردی پیش بیاید که آزمایشگاه فقط قصد کالیبراسیون دستگاههایی را داشته باشد که نماینده جدیدترین فن آوری یا بهترین دستگاههای موجود نباشد. دراین موارد ، بمنظور ارزیابی CMC، نوع دستگاهی که قصد کالیبراسیون آن وجود دارد را ، برای آن آزمایشگاه میتوان به عنوان « بهترین دستگاه موجود» لحاظ کرد و مشخصات آن دستگاه می تواند در CMC جا داده شود.

بخش 5 خط مشی

خط مشی نظام تأیید صلاحیت ایران (NACI) در خصوص دامنه تأیید صلاحیت آزمایشگاههای کالیبراسیون

5-1  دامنه تأیید صلاحیت، هر آزمایشگاه کالیبراسیون تأیید شده باید شامل توانایی کالیبراسیون و اندازه گیری (CMC) که بصورت های زیر بیان می شود باشد:

الف ) اندازه ده

ب)کالیبراسیون / روش اندازه گیری / روش اجرایی  و / یا نوع وسیله اندازه گیری / ماده تحت اندازه گیری

پ) گستره اندازه گیری و پارامترهای اضافی که کاربرد دارند ، مانند فرکانس ولتاژ اعمال شده

ت) عدم قطعیت اندازه گیری ( می تواند با یکای یکسان یا به شکل عدم قطعیت نسبی ارائه شود.)

جدول زیر شکل عمومی برای دسته بندی پارمترهای تحت کالیبره را ارائه می کند :

5-2-1   در بیان CMC در دامنه های تأیید صلاحیت و در نتیجه روی کوچکترین عدم قطعیت اندازه گیری که آزمایشگاه در طی کالیبراسیون  یا اندازه گیری می تواند دست پیدا کند ، نباید هیچگونه ابهامی وجود داشته باشد.

ارزیابی CMC آزمایشگاههای کالیبراسیون تأیید صلاحیت شده بایستی بر اساس روش برقرار شده توسط نظام تأیید صلاحیت ایران (NACI) انجام شود ولی در شرایط عادی بایستی بوسیله شواهد واقعی  پشتیبانی یا  تایید شود .

5-2-2   هنگامی که اندازه  ده گستره ای از مقادیر را پوشش می دهد ، توجه ویژه ای بایستی بعمل آورد . بطور معمول این از طریق بکارگیری یک یا چند روش زیر برای بیان عدم قطعیت به انجام میرسد.

الف ) یک مقدار تکی ، که در سراسر گستره اندازه گیری / بخشی از گستره اندازه گیری اعتبار دارد .

ب) یک گستره ، در این حالت آزمایشگاه کالیبراسیون بایستی فرضیات مناسبی برای  درونیابی داشته باشد تا عدم قطعیت در مقادیر میانی را بتوان پیدا کرد .

نکته 1

بطور ترجیحی توصیه می شود تا گستره ها را تقسیم تا از رابطه خطی بین گستره های CMC و گستره های اندازه گیری پارامتر اطمینان حاصل شود.تقسیم گستره را می توان بر پایه استانداردهای مرجع مورد استفاده و روشهای مختلف بکار برده شده توسط آزمایشگاه انجام داد.

نکته 2

هرجا که خطی بودن در یک گستره امکان پذیر نباشد، توصیه می شود از معادلات رگراسیون به شکل های                 دیگر (مانند چند جمله ای ، نمایی) استفاده شود .هر چند در تمامی موارد بایستی از طریق تصحیح معادله بهترین برازش،  برازش محافظه کارانه ای بکار بست ، یا عدم قطعیت ها در آن نقاط را می توان بصورت  جداگانه در هر بخش مرتبط از گستره مشخص نمود .

 پ) تابعی صریح از اندازه  ده یا یک پارامتر

ت) یک ماتریس که مقادیر عدم قطعیت ، بستگی به مقادیر اندازه ده و پارامترهای اضافی پیدا میکنند .

ث) یک شکل ترسیمی ، به شرط اینکه قدرت تفکیک کافی روی هر محور مختصات برای بدست آوردن عدم قطعیت با حداقل دو رقم  با معنی را مهیا کند.

5-3  عدم قطعیت پوشش داده شده توسط CMC باید بصورت عدم قطعیت گسترده که پوشش احتمالی مشخص شده ای در حدود 95% بیان شود.یکای عدم قطعیت باید همیشه بایکای اندازه ده یکسان باشد یا  برحسب نسبتی از اندازه بیان شود ، بطور مثال در صد.  بطور معمول محتوای درونی یکای مرتبط،  توضیح مورد نیاز را ارائه می کند.

5-4-1  آزمایشگاههای کالیبراسیون باید شواهدی مهیا کنند که می توانند کالیبراسیونها را منطبق با بند 5-1 ، طوری به مشتریان عرضه کنند که نشان دهد ،عدم قطعیت های اندازه گیری مساوی آنچه توسط CMC پوشش داده میشود است. درتعیین CMC ، آزمایشگاهها باید عملکرد «بهترین دستگاه موجود» که برای مقوله بخصوصی از کالیبراسیون در دسترس است را مد نظر قرار دهد .  برای اثبات صلاحیت ، آزمایشگاه باید «بهترین دستگاه موجود» را بعنوان دستگاه تحت کالیبراسیون (DUC) انتخاب کند .

نکته 1

 از اینرو،  بیانه عدم قطعیت CMC ، آمیزه ای از مقادیر توافق شده از بهترین دستگاه های موجود است .

نکته 2

یک آزمایشگاه تأیید صلاحیت شده ، اجازه گزارش عدم قطعیتی  کوچکتر از CMC تأیید شده خود را ندارد، اما میتواند عدم تطبیقی مساوی یا بزرگتر از آن را گزارش نماید.برای گزارش عدم قطعیت
 اندازه گیری کوچکتر از CMC ، آزمایشگاه باید توانایی بازنگری شده خود را در طی ارزیابی معمول بعدی پیشنهاد کند .

نکته 3

بودجه عدم قطعیتی که برای نشان دادن CMC در نظر گرفته می شود،  بایستی هنوز شامل سهم هایی از خواص بهترین دستگاه موجود باشد ، ولی مقدار عدم قطعیت می تواند در صورت موضوعیت داشتن  صفر یا مقداری قابل صرف نظر در آن وارد شود.هرجا که کاربرد دارد، عدم قطعیت باید در برگیرنده سهم های مشابه با آنچه در ارزیابی مولفه های عدم  قطعیت CMC درنظر گرفته شده است باشد،مگر آنکه لازم باشد مولفه های عدم قطعیت  ارزیابی شده برای بهترین دستگاه موجود با دستگاه مشتریان جایگزین شوند.

نکته 4

اثراتی روی عملکرد، که ناشی از دستگاه  خود مشتری، قبل یا بعداز کالیبراسیون آن (مانند اثرات ناشی از حمل و نقل ) باشد، بایستی بطور معمول از بیانیه عدم قطعیت کنار گذاشته شوند. هرچند اگر آزمایشگاهی پیش بینی کند اثر چنینی سهم هایی در مقایسه با عدم قطعیت های تخصیص داده شده بوسیله آزمایشگاه  چشمگیر  خواهد بود ،بایستی به مشتری مطابق با بندهای عمومی استاندارد ملی و بین المللی ایزو 17025 ،مرتبط با مناقصات یا مزایده ها و یا بازنگری قراردادها اطلاع رسانی نماید.

5-4-2   باید سهم قابل قبولی از عدم قطعیت ناشی از تکرار پذیری و بایستی  سهم های ناشی از تجدید پذیری در صورت دسترس بودن در  عدم قطعیت CMC بحساب آورده شوند.از طرف دیگر نبایستی سهم چشمگیری به مولفه عدم قطعیت CMC ناشی از اثرات فیزیکی اختصاص داده شود که میتواند به عیوب و نواقص نسبت داده شده حتی به بهترین دستگاه موجود که تحت کالیبراسیون یا اندازه گیری است باشد.

نکته 1

بطور کلی، سهم قابل قبولی از عدم قطعیت ناشی از تکرارپذیری به معنای تکرارپذیری در پهنه کوتاهی از زمان است . اگر هرقسمتی از تکرار پذیری در نظر گرفته نشود ، بایستی آنرا با توجیه فنی پشتیبانی کرد .

نکته 2

سهم قابل قبولی از عدم قطعیت ناشی از تجدیدپذیری  را در صورت نیاز و درخواست شده توسط روش استاندارد، بایستی در نظر گرفت.

5-4-3   هر عدم قطعیت CMC ، باید سهم های استاندارد زیر را ، حتی در مواردیکه چشمگیر محسوب نمی شوند مدنظر قرار دهد و مستند سازی موارد مدنظر قرارداده شده نیز باید انجام شود:

• تکرار پذیری (نوع A)
• قدرت تفکیک
• تجدید پذیری
• عدم قطعیت استاندارد مرجع
• پایداری استاندارد مرجع
• عوامل محیطی

نکته 1

بایستی توجه داشت که حیطه عمل مولفه هایی مانند قدرت تفکیک ، می تواند در سایر مولفه ها مانند تکرار پذیری سهیم شود. بنابراین ترکیب ساده و بطور مساوی تمامی مولفه ها ، میتواند منجر به اغراق در بیان عدم قطعیت اندازه گیری شود.

همچنین عدم قطعیت CMC باید شامل سهم های زیر شود:

• آن سهم های چشمگیری که به اندازه گیری اعمال می شوند.
• آن سهم های چشمگیری که بواسطه روش / روش اجرایی  مرتبط با اندازه گیری ضروری هستند.

نکته 2

هر جا که ممکن  و قابل شناسایی باشد ، عیوب و نواقص بهترین دستگاههای موجود مانند پسماند (هیسترزیس) ، درستی نسبی و غیره را نبایستی  بصورت مستقیم مدنظر قرار داد. هرچند در این زمینه نبایستی مولفه عدم قطعیت نوع A (تکرارپذیری) را بعنوان عیب و نقص در نظر گرفت.

نکته 3

اگر قدرت های  تفکیک استاندارد (های) مرجع در عدم قطعیت گسترده درج شده در گواهی کالیبراسیون  استاندارد (های) مرجع در نظر گرفته شده باشد ، نیازی به در نظر گرفتن قدرت تفکیک  استاندارد (های) مرجع در CMC نیست.

نکته 4

 بایستی قدرت تفکیک «بهترین دستگاه موجود»  را ، وقتی تغییرات در مشاهدات خوانده شده روی  آن وجود دارد  مورد لحاظ قرار داد.

5-4-4   بایستی پذیرفت ، برای برخی کالیبراسیون ها « بهترین دستگاه موجود» وجود ندارد و/ یا سهم های عدم قطعیت منسوب به آن به میزان چشمگیری عدم قطعیت  را تحت تأثیر قرار می دهند . اگر جداسازی چنین سهم های عدم قطعیت مرتبط با دستگاه از سایر سهم ها ممکن باشد، میتوان سهم های ناشی از دستگاه را از بیانیه CMC مستثنی کرد.به هرحال در این گونه موارد ، باید در دامنه تأیید صلاحیت به روشنی مشخص شود که سهم های عدم قطعیت دستگاه به حساب آورده نشده اند.

5-4-5  برای آزمایشگاه متقاضی تأیید صلاحیت ، در طی اولین زمان ارزیابی ، تعیین CMC براساس ارائه نمونه های  واقعی برای اثبات تجربی آن خواهد  بود. هرچند در ارزیابی های بعدی ، آزمایشگاه میتواند درخواست برای CMC های بهتری بنماید. این CMC  ها می توانند بر اساس موارد زیر مورد لحاظ قرار گیرند:

الف ) بر اساس سوابق کالیبراسیونهای معمول انجام شده قبلی توسط آزمایشگاه، به شرط اینکه شواهد آنرا از طریق تدارک استاندارد مرجع بهتر، کنترل شرایط محیطی مناسب و اجرای کالیبراسیون با استفاده از «بهترین دستگاه موجود » ارائه کند.

ب) براساس نمایش تجربی واقعی

به هرحال در مورد آخری ، آزمایشگاه باید روش عملی کار و فرآیند متعاقب آن را نشان دهد.

5-4-6  باید خاطر نشان کرد که طبق تعریف CMC، این مفهوم فقط به نتایجی که آزمایشگاه مدعی آن وضعیت بعنوان آزمایشگاه تأیید صلاحیت شده است قابل اطلاق است . بنابراین اگر بخواهیم دقیق تر صحبت کنیم ، عبارتCMC یک مشخصه اداری است ولزوماً نیاز نیست منعکس کننده توانایی فنی واقعی آزمایشگاه باشد .

برای یک آزمایشگاه در صورتیکه دلایل داخلی برای آن دارد ،این امکان وجود دارد که درخواست تأیید صلاحیت برای عدم قطعیت اندازه گیری بزرگتر از توانایی فنی آن بدهد . بطور معمول این دلایل داخلی دربرگیرنده مواردی است که آزمایشگاه می خواهد توانایی حقیقی آن برای مشتریان بیرونی محرمانه باقی بماند ، مانند وقتی  کارهای تحقیق و توسعه انجام می شود یا وقتی خدمات به مشتریان خاصی ارائه می گردد.

خط مشی مرکز اعتبار دهی ، باید اعطای تأیید صلاحیت بر اساس سطح کاربردی که آزمایشگاه توانایی اجرای کالیبراسیونهای آن سطح را دارد  باشد .(این ملاحظه نه فقط به CMC بلکه به تمامی پارامترهایی که دامنه آزمایشگاه کالیبراسیون را تعریف می کند بر می گردد.)