Pomiar i wyposażenie pomiarowe są ze sobą nierozerwalnie związane.

Tak było kiedyś i tak jest dzisiaj. Niezwykle szybki rozwój techniki objął prawie wszystkie dziedziny naszego życia. Nowoczesna gospodarka niesie nowe wyzwania w zakresie pomiarów, a tym samym stawia coraz większe wymagania dla stosowanego wyposażenia pomiarowego, w tym również oprogramowania. W każdej niemal dziedzinie życia podejmujemy ważne decyzje, których podstawą jest rzetelny pomiar. 

Ważne i istotne jest, aby bez względu na miejsce, czas i wykonawcę pomiarów, uzyskać takie same wyniki w dopuszczalnych granicach niepewności. Dodatkowo ważne dla użytkowników wyposażenia pomiarowego jest, by wyniki te można było przekazać kontrahentom oraz by ci kontrahenci bez trudności je akceptowali. Z jednej strony są to wymagania względem metrologii, z drugiej zaś strony odnoszą się do świadomości metrologicznej użytkowników, którzy muszą rozumieć, że czynności związane z utrzymaniem właściwego poziomu technicznego wyposażenia pomiarowego są właściwe i kompletne, jeśli są monitorowane ich parametry funkcjonalne.

Nadzór dobrowolny

Najistotniejszym zagadnieniem dotyczącym wyposażenia pomiarowego jest nadzór nad jego stanem.
Obowiązek nadzoru nad wyposażeniem pomiarowym występuje wszędzie tam, gdzie funkcjonują systemy jakości (w laboratoriach, instytucjach, przedsiębiorstwach), dla których pomiar jest istotnym składnikiem ich działalności. Jeśli podmioty te wprowadziły jeden z systemów zarządzania jakością, np. zgodny z PN-EN ISO 9001, to nadzór nad wyposażeniem pomiarowym zwykle wynika z ustalonego w instytucji czy przedsiębiorstwie sposobu spełnienia wymagań właściwej normy, w tym wymagań w zakresie wzorcowania przyrządów. W przypadku, gdy podmiot nie wdrożył systemu zarządzania zgodnego z jakąś normą, to obowiązek nadzoru nad wyposażeniem pomiarowym może wynikać z wewnętrznych procedur zakładowych.

Podstawowe pojęcia w nadzorze dobrowolnym

• Potwierdzenie metrologiczne – zbiór operacji wymaganych do zapewnienia, że wyposażenie pomiarowe jest zgodne z wymaganiami związanymi z jego zamierzonym użyciem.
• Wzorzec pomiarowy – realizacja definicji danej wielkości o zadeklarowanej wartości, której towarzyszy związana z nią niepewność pomiaru; realizacja ta służy jako odniesienie.
• Wyposażenie pomiarowe – przyrząd pomiarowy, oprogramowanie, wzorzec jednostki miary, materiał odniesienia lub aparatura pomocnicza albo ich kombinacja, niezbędne do przeprowadzenia procesu pomiarowego.
• Przyrząd pomiarowy – urządzenie służące do wykonywania pomiarów użyte indywidualnie lub w połączeniu z jednym lub z więcej urządzeniami dodatkowymi.
• Państwowy wzorzec pomiarowy – wzorzec pomiarowy uznany przez organ państwowy do stosowania w państwie lub gospodarce jako podstawa do przyporządkowania wartości wielkości innym wzorcom pomiarowym danego rodzaju wielkości.
• Wzorcowanie – działanie, które w określonych warunkach w pierwszym kroku ustala zależność pomiędzy odwzorowywanymi przez wzorzec pomiarowy wartościami wielkości wraz z ich niepewnościami pomiaru a odpowiadającymi im wskazaniami wraz z ich niepewnościami, a w drugim kroku wykorzystuje tę informację do ustalenia zależności pozwalającej uzyskać wynik pomiaru na podstawie wskazania.

Całe wyposażenie używane do badań i/lub wzorcowań, w tym wyposażenie do pomiarów pomocniczych (np. warunków środowiskowych), które ma znaczący wpływ na dokładność lub miarodajność wyników badania, wzorcowania lub pobierania próbki, powinno być wzorcowane przed oddaniem do użytkowania. Laboratorium powinno mieć ustanowiony program oraz procedurę wzorcowania swego wyposażenia.

Wzorcowanie

Ten zapis z normy PN-EN ISO/IEC 17025 jest, a przynajmniej powinien być, jasny i czytelny dla akredytowanych na tę normę laboratoriów wzorcujących, czyli głównego usługodawcę dla użytkowników przyrządów pomiarowych z innych laboratoriów akredytowanych, albo po prostu użytkowników przyrządów pomiarowych wykonujących usługi metrologiczne w oparciu o rzetelne wyniki swojego wyposażenia.
Wyposażenie pomiarowe wykorzystywane zgodnie z przeznaczeniem wymaga zachowania deklarowanych parametrów, w tym parametrów metrologicznych. W przypadku, gdzie niezbędne jest zapewnienie wiarygodnych wyników, wyposażenie pomiarowe należy poddać okresowo odpowiedniej kontroli metrologicznej.
Wzorcowanie urządzeń pomiarowych jest jednym z elementów nadzorowania wyposażenia pomiarowego, które wymaga zapewnienia:

• określonej dokładności pomiarów i miarodajności wyników pomiarów
• możliwości odtworzenia każdego pomiaru
• niezawodności wyposażenia pomiarowego
• spójności pomiarowej.

Celem wzorcowania wyposażenia pomiarowego jest:

• zapewnienie spójności pomiarowej
• ocena spełnienia kryteriów, które przyrząd pomiarowy powinien spełniać i potwierdzenie spełnienia wymagań
• uwzględnianie w wyniku pomiaru poprawki do wskazań oraz niepewności pomiaru.

Wzorcowanie wyposażenia pomiarowego (wzorców pomiarowych, przyrządów pomiarowych) musi odbywać się u kwalifikowanego dostawcy usług metrologicznych, czyli (najlepiej) w akredytowanym laboratorium np. przez PCA. Wzorcowanie wyposażenia pomiarowego przez kompetentne organizacje metrologiczne jest podstawą zachowania spójności pomiarowej. Właściciel przyrządu winien znaleźć odpowiednie co do dokładności pomiarów laboratorium wzorcujące, które zapewni mu właściwe wykonanie usługi wzorcowania.
Aby laboratorium mogło wykonać właściwie usługę wzorcowania, tzn. zgodnie z wymaganiami klienta – to musi te wymagania znać. Innymi słowy właściciel przyrządu musi jasno sprecyzować, jednoznacznie je określić. Analiza pozyskanych przez laboratorium informacji o przyrządzie (od właściciela bądź użytkownika czy też z instrukcji technicznej), jego danych technicznych i metrologicznych, określa niezbędne właściwości przyrządu.
Kolejnym ważnym do ustalenia elementem jest przeznaczenie przyrządu, gdyż w zależności od miejsca, sposobu i zastosowania zależy zakres określanych właściwości przyrządu. Zakres ten może zależeć od użytkownika albo może wynikać z właściwych dokumentów prawnych. Istotna jest zarówno liczba punktów do wzorcowania, jak i częstotliwość wzorcowania. Obie te właściwości mogą mieć wpływ na zgodność wyposażenia pomiarowego z wymaganiami w czasie użytkowania. Ryzyko, że wyposażenie pomiarowe może być niezgodne z wymaganiami powinno być jak najmniejsze. Ale należy wziąć pod uwagę, że niewłaściwie wykonany pomiar może skutkować stratami materialnymi, doliczając również dodatkowy nakład czasu na wykonanie niezbędnych poprawek, lub wyciągnięciem niewłaściwych wniosków z wzorcowania przewyższających koszt wykonania rzetelnej usługi wzorcowania.
Wynika z tego, że świadomy użytkownik wyposażenia pomiarowego powinien zadbać o jego odpowiedni stan i wiarygodność uzyskiwanych wyników.
Bardzo istotne jest właściwe określenie czasokresu zgłaszania przyrządu do wzorcowania. Podstawą ustalenia właściwego czasokresu jest przede wszystkim znajomość przyrządu poprzez monitorowanie jego wyników wzorcowania oraz właściwości określonych przez producenta dla danego typu urządzenia. Ważne są zapisy z użytkowania przyrządu, takie jak zakres i intensywność użytkowania, warunki, w jakich jest użytkowany, przebyte naprawy i konserwacje, warunki transportu i związane z nimi ryzyko ewentualnego uszkodzenia, kompetencje personelu obsługującego wyposażenie. Pomoc we właściwym wyborze czasokresu między wzorcowaniami znajdziemy w dokumencie ILAC-G24 „Wytyczne dotyczące wyznaczania odstępów czasu między wzorcowaniami przyrządów pomiarowych”.
Wyniki wzorcowania zamieszczane są w świadectwie wzorcowania. Szczegółowe informacje o tym, co powinno zawierać świadectwo wzorcowania podaje norma PN-EN ISO/IEC 17025. Najbardziej znaczące elementy świadectwa wzorcowania to:

• jednoznaczne określenie obiektu wzorcowania
• wyniki wzorcowania
• niepewność pomiaru
• spójność pomiarowa
• warunki środowiskowe
• warunki pomiaru.

Bardzo często klienci, oprócz wyników wzorcowania z oszacowaną niepewnością, wymagają, aby na świadectwie wzorcowania umieścić zapis potwierdzający zgodność z wymaganiami, choć często trudno jest im określić, z jakimi.
Świadectwo wzorcowania jest podstawowym źródłem informacji o przyrządzie. Aby móc włączyć przyrząd do użytkowania po wzorcowaniu należy dokonać głębokiej analizy świadectw. Trzeba ocenić:

1. czy wyniki zawarte w świadectwie spełniają kryteria akceptacji przyrządu
2. dokonać analizy jego dryfu w czasie, czy zachowana jest dotychczasowa dokładność i czy nie nastąpiło jej pogorszenie
3. z jaką niepewnością pomiaru wykonywane było wzorcowanie przyrządu
4. czy wyniki zamieszczone w świadectwie wzorcowania pozwalają na wykonywanie wiarygodnych pomiarów.

Jeśli z tej oceny wynika, że przyrząd nie spełnia założonych kryteriów i użycie go do wzorcowania może spowodować ryzyko nierzetelnych pomiarów, przyrząd należy wycofać z użytkowania i podjąć właściwe działania, np. skierować do naprawy.
Otrzymując świadectwo wzorcowania częstokroć użytkownik uważa, że ma potwierdzenie jakości przyrządu, że sam fakt otrzymania świadectwa jest jednoznaczny ze stwierdzeniem przydatności przyrządu do użytkowania. Wyniki wzorcowania nie są tożsame z potwierdzeniem zgodności przyrządu z wymaganiami, niezależnie od wartości uzyskanych w wyniku wzorcowania. Wielokrotnie użytkownik nie potrafi zinterpretować wyników zawartych w świadectwie wzorcowania. Fakt ten wskazuje na potrzebę doradztwa w sprawach technicznych, zwłaszcza na etapie uzgodnień zakresu wykonania usługi wzorcowania.
Laboratorium wzorcujące, potwierdzając zgodność, zawsze podaje w świadectwie wzorcowania, z jakimi wymaganiami ta zgodność została potwierdzona.
Należy zwrócić również uwagę na fakt, że nie zawsze wzorcowane są wszystkie parametry metrologiczne przyrządu pomiarowego. Wówczas potwierdzenie zgodności z wymaganiami może dotyczyć tylko wzorcowanych parametrów metrologicznych. Wyraźnie należy ten fakt zaznaczyć w świadectwie wzorcowania.
Oczywiste jest i proste wykonanie takiego zadania, jeśli wzorcowany przyrząd pomiarowy ma określoną klasę dokładności. Możliwe jest to również w przypadku, gdy dostępna jest dokumentacja techniczna przyrządu, np. instrukcja producenta, określająca parametry metrologiczne tego przyrządu.
Problem potwierdzenia zgodności z wymaganiami powstaje wówczas, gdy nie jest znana laboratorium specyfikacja techniczna przyrządu zgłoszonego do wzorcowania. W takiej sytuacji te wymagania może wyspecyfikować tylko użytkownik zlecający wzorcowanie. To on wie, do jakich zastosowań jest mu ten przyrząd potrzebny.

Sprawdzenie

Sprawdzenie – to stwierdzenie zgodności lub niezgodności przyrządu z wymaganiami. I tu nasuwa się pytanie, jakimi? Otóż na zgodność z normą polską bądź międzynarodową, z danymi producenta, albo z danymi klienta. Umieszcza się wówczas informację, że przyrząd spełnia wymagania określonej normy lub błędy mieszczą się w zakresie określonym w specyfikacji producenta. Sprawdzenie wykonuje się w celu skontrolowania przyrządu i polega na porównaniu wskazań przyrządu pomiarowego z urządzeniem, przyrządem wzorcowym oraz celem ewentualnego wprowadzenia poprawek.
Wynikiem sprawdzenia jest świadectwo sprawdzenia, czyli dokument potwierdzający, że przyrząd spełnia ww. wymagania.
Wszystkie te sformułowania (potwierdzenie metrologiczne, wzorcowanie, sprawdzenie) znajdują zastosowanie w ewentualnym dokonywaniu metrologicznej weryfikacji wyposażenia pomiarowego. Polegają na potwierdzeniu, że wyposażenie pomiarowe zachowuje parametry deklarowane przez producenta lub narzucone przez użytkownika. Żeby uzyskać właściwy efekt czynności metrologicznych należy jednoznacznie określić wymagania, jakie mają być spełnione – jeśli tak nie jest, to uzyskanie zamierzonego celu nie jest możliwe.
Norma PN-EN ISO/IEC 17025 zaleca sprawdzenia pośrednie – czyli takie, które są niezbędne do utrzymania zaufania co do statusu wzorcowania wzorców odniesienia, pierwotnych, pośredniczących lub roboczych wzorców jednostki miary. Przyrządy o mniejszym znaczeniu można poddawać sprawdzeniom we własnym zakresie, za pomocą własnych przyrządów pomiarowych, którymi dysponujemy.
Najczęściej wykonuje się sprawdzenia przyrządów użytkowych niższej dokładności tam, gdzie niepewność nie ma wpływu na rzetelność wykonanego pomiaru, a rodziłaby tylko zbyt duże koszty usługi. Fakt nieszacowania niepewności pomiaru nie oznacza, że pomiar wykonywany jest mniej rzetelnie. Wykonywana jest seria co najmniej trzech pomiarów w danym punkcie, wyciągana jest średnia i wyznacza się błąd pomiaru, a dokładność użytych wzorców jest przynajmniej 1–3-krotnie lepsza od dokładności przyrządów sprawdzanych (zależnie od dziedziny pomiarowej). W bardzo dużej liczbie przypadków wykonywana jest zgodność z określonymi przez klienta wymaganiami (np. zgodność z błędami określonymi przez producenta).

PODSUMOWANIE

Jak widać, gdziekolwiek i w jakimkolwiek obszarze jest stosowane wyposażenie pomiarowe, musi ono podlegać nadzorowi. Od naszej wiedzy i świadomości metrologicznej zależy, jaki nadzór metrologiczny wybierzemy. Można powiedzieć, że nadzór nad wyposażeniem pomiarowym jest w szczególności uporządkowany i oceniany w akredytowanych laboratoriach. Niemniej znaczna część przyrządów pomiarowych znajduje się u indywidualnych użytkowników. Są to zakłady produkcyjne, małe warsztaty naprawcze albo wręcz osoby prowadzące działalność usługową i dużym sukcesem jest sam fakt, że zgłaszają oni swoje przyrządy pomiarowe do laboratoriów, żeby uzyskać właściwe świadectwo (najczęściej jest to świadectwo sprawdzenia). Po stronie personelu laboratoriów leży nieustanne wyjaśnianie, że przyrządy muszą co jakiś czas podlegać nadzorowi metrologicznemu: wzorcowaniu, sprawdzeniu lub legalizacji, aby potwierdzić rzetelność wykonywanych przez nie pomiarów. Jeżeli usługi wykonywane będą nierzetelnymi przyrządami, możemy znaleźć się w sytuacji, że koszty tego zapomnienia mogą wielokrotnie przewyższać nakłady związane z nadzorem i doprowadzić do utraty wiarygodności podmiotu, a tym samym utraty przez niego klientów, nie wspominając o narażeniu zdrowia bądź życia użytkowników.

Arkadiusz Binek
Kierownik laboratorium  |  Agencja Anticorr Gdańsk Sp. z o.o.

Literatura

1.     PN–EN ISO 9001:2015 Systemy zarządzania jakością. Wymagania.
   2.     PN–EN ISO/IEC 17025:2018. Ogólne wymagania dotyczące kompetencji laboratoriów badawczych i wzorcujących.
   3.     Przewodnik ILAC-G8:09/2019 Wytyczne dotyczące przedstawiania zgodności ze specyfikacją
   4.     ILAC G24:2022 Wytyczne dotyczące wyznaczania odstępów czasu między wzorcowniami wyposażenia pomiarowego.
   5.     EA-4/02 M:2022 Wyrażanie niepewności pomiaru.
   6.     OIML D–23. Zasady kontroli metrologicznej wyposażenia stosowanego przy legalizacji
   7.     OIML D-8. Wyposażenie pomiarowe. Wybór, uznawanie, wykorzystywanie, konserwacja i dokumentacja.
   8.     Międzynarodowy Słownik Podstawowych i Ogólnych Terminów Metrologii.
   9.    Międzynarodowy słownik metrologii. Pojęcia podstawowe i ogólne oraz terminy z nimi związane (VIM) PKN–ISO/IEC Guide 99 kwiecień 2010 r.
   10.    Międzynarodowy Słownik Metrologii Prawnej. Główny Urząd Miar w Warszawie 2015 r.
   11.    Krodkiewska – Skoczylas E. Współpraca laboratoriów z Klientami, materiały XII Sympozjum Klubu Polskich Laboratoriów POLLAB, 2006 r.