Quản lý đo lường và hiệu chuẩn

QUẢN LÝ ĐO LƯỜNG VÀ HIỆU CHUẨN Ðo lường học 1.Phép đo Phép đo được định nghĩa là tập hợp các thao tác để xác định giá trị của đại lượng.Bản chất của phép đo chính là việc so sánh đại lương cần đo (gọi tắt là đại lượng đo) với một đậi lượng cùng loại được chọn làm đơn vị. Ví dụ đo độ dài theo đơn vị mét; đo khối lượng theo đơn vị kilôgam; đo dung tích theo đơn vị mét khối, lít v-v... Trang thiết bị kỹ thuật để thực hiện việc so sánh này là phuơng tiện đo (cái thước, cái cân, bình đong...). Căn cứ vào phương pháp nhận được kết quả đo, ta chia phép đo thành phép đo trực tiếp và phép đo gián tiếp. Phép đo trực tiếp là phép đo trong đó giá trị của đại lượng đọc trực tiếp được ngay trên bộ phận chỉ của phương tiện đo. Ví dụ cân một vật trên cân đồng hồ, đo dòng điện bằng ampe mét, đo nhiệt độ bằng nhiệt kế .. Phép đo gián tiếp là phép đo trong đó giá trị của đại lượng đo được tính tốn qua mối liên hệ đã biết giữa nó và các đại lượng liên quan có giá trị biết được bằng phép đo trực tiếp. Độ chính xác của phép đo gián tiếp phụ thuộc vào độ chính xác của các phép đo trực tiếp có liên quan. 2. Đo lường học Đo lường học là khoa học nghiên cứu về phép đo, nó bao gồm mọi khía cạnh lý thuyết và thực tiễn liên quan đến phép đo, với bất kỳ độ chính xác nào và trong tất cả các lĩnh vực mà phép đo xuất hiện. Có các lĩnh vực đo lường học chủ yếu sau đây: Đo lường học lý thuyết (còn gọi là lý thuyết đo): nghiên cứu những vấn đề lý thuyết chung về phép đo như về đại lượng, đơn vị, về xử lý kết quả đo v.v... Đo lường học ứng dụng: nghiên cứu về các phép đo trong một lĩnh vực nhất định (đo lường công nghiệp, đo lường thiên văn, đo lường y học...). Đo lường học kỹ thuật (còn gọi là kỹ thuật đo): nghiên cứu kỹ thuật thực hiện phép đo, tức nghiên cứu về phương tiện đo. Đo lường học hợp pháp: nghiên cứu về đơn vị đo, phương pháp đo, phương tiện đo trong mối liên quan với những yêu cầu có tính chất bắt buộc về mặt kỹ thuật và pháp luật nhằm mục đích duy trì sự đảm bảo chung trên quan điểm an tồn sai số đo hợp lý. 3. Đơn vị đo lường 3.1. Đơn vị cơ bản, đơn vị dẫn xuất, hệ đơn vị Trong các đơn vị đo lường (gọi tắt là "đơn vị") có một số đơn vị mà độ lớn của nó được chọn độc lập với những đơn vị khác đó là những đơn vị cơ bản. Ví dụ đơn vị mét (m) để đo độ dài, kilôgam (kg) để đo khối lượng, giây (s) để đo thời gian... Độ lớn của những đơn vị này được chọn lựa sao cho vừa phải, phù hợp với những yêu cầu đo lường thông thường trong đời sống, trong sản xuất. Dựa vào các đơn vị cơ bản ta xây dùng các đơn vị dẫn xuất, Ví dụ đơn vị diện tích "mét vuông" (m2) được định nghĩa là diện tích hình vuông mỗi cạnh là 1 mét: đơn vị vận tốc "mét trên giây" (m/s) được định nghĩa là vận tốc của một vật chuyển động đều đi được đoạn đường 1 mét trong khoảng thời gian 1 giây v.v... Như vậy độ lớn của đơn vị dẫn xuất phụ thuôc vào độ lớn của đơn vị cơ bản. Tập hợp các đơn vị cơ bản và các đơn vị dẫn xuất suy ra từ đơn vị cơ bản theo một nguyên tắc nhất định lập thành một hệ đơn vị. Ví dụ: Hệ mét, Hệ đơn vị quốc tế (SI).v.v... 3.2. Hệ mét Năm 1790,Quốc hội lập hiến Pháp quyết định xây dựng một hệ đơn vị đo lường "văn minh" làm mẫu mực cho tồn thế giới. Họ đã đặt tên đơn vị đo độ dài là "mét" (m) với định nghĩa mét là độ dài bằng 1/10 000 000 của 1/4 kinh tuyến quả đất và xem "mét" là đơn vị gốc để suy ra các đơn vị khác do đó có tên "Hệ mét". Người ta định nghĩa đơn vị đo khối lượng là khối lượng của một đêximét khối (1 dm3) nước tinh khiết ở nhiệt độ 4oC và gọi là kilôgam (kg). Thể tích của 1 kg nước tinh khiết đó (tức 1 đêximét khối) được lấy làm đơn vị đo dung tích và gọi là lít (l). Ngồi mét, kilôgam và lít ra người ta còn dựa vào đơn vị mét để định nghĩa một số đơn vị thông dụng khác nữa như mét vuông (m2), a (a), hecta (ha), mét khối (m3). Những người xây dựng nên Hệ mét còn đề ra cách lập ước bội (đơn vị lớn hơn hay bé hơn) theo nguyên lý thập phân (đơn vị này lớn hơn hay bé hơn đơn vị trước đó 10 lần) với các tiếp đầu ngữ được quy định. Như vậy rất tiện lợi cho việc tính tốn. Chuẩn gốc thiên nhiên và ước bôi thập phân là hai tư tưởng vĩ đại của những người xây dựng nên Hệ mét. Ngồi ra Hệ mét còn có ưu điểm là thực dụng: các đơn vị chính có cỡ dễ sử dụng trong đời sống hàng ngày. 3.3. Hệ đơn vị quốc fế (Sl) Dựa vào Hệ mét, người ta đã xây dựng nhiều hệ đơn vị khác nhau cho từng lĩnh vực riêng biệt, dần dần tạo nên sự hỗn loạn đơn vị đo lường trên tồn thế giới. Đại hội cân đo quốc tế lần thứ XI họp tại Paris năm 1960 đã thông qua Hệ đơn vị quốc tế (ký hiệu là SI từ chữ Pháp: Système Internationale d'Unités) làm cơ sở thống nhất đo lường trên thế giới. các Đại hội cân đo quốc tế sau đó đã tiếp tục bổ sung, hồn thiện hệ SI nhằm đáp ứng các yêu cầu ngày càng cao của sản xuất và khoa học kỹ thuật. Cho đến nay hầu hết các nước trệ thế giới đều đã công nhận SI và lấy làm cơ sở để thống nhất đo lường trong nước mình và SI có những ưu điểm nổi bật sau: - Là một hệ vạn năng: dựa vào các hệ đơn vị cơ bản và dẫn xuất của SI có thể mở rộng hệ này ra cho các đơn vị dẫn xuất của nhiều lĩnh vực khác dễ dàng. - Là một hệ thực dụng: cỡ các đơn vị SI nói chung là vừa phải, phù hợp với yêu cầu thông thường trong sản xuất và đời sống. - Là một hệ hiện đại: luôn cập nhật được với những thành tựu mới nhất của khoa học - kỹ thuật đo lường, thể hiện trước hết ở định nghĩa của các đơn vị cơ bản. Nghị định 186/CP của Hội đồng Chính phủ ban hành năm 1964 và hiện nay là Pháp lệnh đo lường của Hội đồng Nhà nước thông qua năm 1990 đều đã công nhận SI là cơ sở để xây dựng đơn vị đo lường hợp pháp ở nước ta. 4. Chuẩn đo lường Chuẩn đo lường là phương tiện đo, vật đọ, mẫu chuẩn hoặc hệ thống đo để thể hiện, duy trì hoặc tái tạo đơn vị hoặc một hay nhiều giá trị của đại lượng để dùng làm mốc so sánh Căn cứ vào độ chính xác có thể phân loại chuẩn thành: - Chuẩn đầu: Chuẩn được chỉ định hay được thừa nhận là có chất lượng về mặt đo lường cao nhất và giá trị của nó được chấp nhận không dựa vào các chuẩn khác của cùng đại lượng. - Chuẩn thứ: Là chuẩn mà giá trị của nó được ấn định bằng cách so sánh với chuẩn đầu của cùng đại lượng. - Chuẩn bậc I, II,... : Là chuẩn mà giá trị của nó được ấn định bằng cách so sánh với chuẩn thứ hoặc chuẩn có bậc chính xác cao hơn. Căn cứ vào chức năng, mục đích sử dụng có thể phân loại chuẩn thành: - Chuẩn quốc tế: Là chuẩn được một hiệp định quốc tế công nhận để làm cơ sở ấn định giá trị cho các chuẩn khác của đại lượng có liên quan trên phạm vi quốc tế. - Chuẩn quốc gia: Là chuẩn được một quyết định có tính chất quốc gia công nhận để làm cơ sở ấn định giá trị cho các chuẩn khác có liên quan trong một nước. - Chuẩn chính: Là chuẩn có chất lượng cao nhất về mặt đo lường có thể ở một địa phương hoặc một tổ chức xác định mà các phép đo ở đó đều được dẫn xuất từ chuẩn này. - Chuẩn công tác: Là chuẩn được dùng thương xuyên để hiệu chuẩn hoặc kiểm tra vật đọ, phương tiện đo hoặc mẫu chuẩn Hiệu chuẩn PTĐ và vấn đề liên kết chuẩn 1. Khái niệm hiệu chuẩn phương tiện đo Hiệu chuẩn (calibration) được định nghĩa là tập hợp các thao tác trong điều kiện quy định để thiết lập mối quan hệ giữa các giá trị được chỉ bởi phương tiện đo, hệ thống đo hoặc giá trị được thể hiện bằng vât đọ hoặc mẫu chuẩn và các giá trị tương ứng thể hiện bằng chuẩn. Kết quả hiệu chuẩn được ghi trong một tài liệu thùờng được gọi là giấy chứng nhận hiệu chuẩn hoặc thông báo hiệu chuẩn. Xét về mặt kỹ thuật, bản chất của việc hiệu chuẩn chính là việc so sánh phương tiện đo với chuẩn để đánh giá sai số và các đặc trưng kỹ thuật, đo lường khác của nó Hiệu chuẩn chính là biện pháp để truyền độ lớn của đơn vị clo lường từ chuẩn có độ chính xác cao nhất tới các phương tiện đo thông thường nhằm đảm bảo tính thống nhất và độ chính xác cần thiết của tất cả phương tiện đo. 2. Tính liên kết chuẩn Một đặc trưng quan trọng của việc hiệu chuẩn là phải đảm bảo tính liên kết chuẩn của nó. Tính liên kết chuẩn được định nghĩa là tính chất của kết quả đo hoặc giá trị của một chuẩn mà nhờ đó có thể liên hệ tới các chuẩn đã định, thường là chuẩn quốc gia hay quốc tế thông qua một chuỗi so sánh không gian gián đoạn với những độ không đảm bảo xác định. Chuỗi so sánh không gián đoạn được gọi là chuỗi liên kết chuẩn. Sơ đồ diễn tả bản chất của việc hiện chuẩn cũng đồng thời cho ta một hình ảnh cụ thể về tính liên kết chuẩn. Mọi phương tiên đo cũng như các chuẩn đều được đặt vào một mắt xích tương ứng trong chuỗi liên kết chuẩn. Kết quả cuối cùng là chúng đều được nối (so sánh) với chuẩn quốc gia trực tiếp hay gián tiếp. 3. Kiểm định phương tiện đo Kiểm định (verifcation) được định nghĩa là tồn bộ các thao tác do một tổ chức của cơ quan quan lý Nhà nước về đo lường (hoặc một tổ chức được uỷ quyền về mặt pháp lý) tiến hành nhằm xác định và chứng nhận rằng phương tiện đo thoả mãn hồn tồn các yêu cầu đã quy định. Xét về mặt kỹ thuật. nội dung cơ bản cửa kiểm định và hiệu chuẩn là tương tự nhau. Đó là việc so sánh phương tiện đo với chuẩn để đánh giá sai số và các đặc trưng kỹ thuật, đo lường khác của nó. Nhưng kiểm định khác với hiệu chuẩn ở chỗ sau khi tiến hành các thao tác kỹ thuật còn phải đối chiếu kết quả thu được với các yêu cầu tuơng ứng đã được quy định để xem phương tiện đo có phù hợp hay không. Chỉ phương tiện đo đạt yêu cầu môi được cấp giấy chứng nhận kiểm định hoặc đóng (in, dán) dấu kiểm định lên phương tiện đo để xác nhận tính hợp pháp của nó trong sử dụng hoặc lưu thông; những phương tiện đo nào không đạt yêu cầu sẽ không được đưa vào lưu thông, sử dụng. Như vậy kiểm định là biện pháp quản lý phương tiện đo được quy định bằng luật pháp của Nhà nước về đo lường, do cơ quan quản lý nhà nước về đo lường thực hiện và là bắt buộc đối với phương tiện đo nằm trong danh mục phải qua kiểm định, nhằm mục đích đảm bảo an tồn và quyền lợi chung cho mọi người, cho tồn xã hội. Còn hiệu chuẩn là hoạt động, kỹ thuật cần thiết của mọi cơ sở sản xuất, kinh doanh, nghiên cứu để biết được tình trạng của phương tiện đo trong quá trình sử dụng, bảo quản chúng, từ đó có biện pháp xử lý, hiệu chỉnh kịp thời phù hợp với mục tiêu sản xuất kinh doanh, nghiên cứu của mình. 4. Chọn chuẩn để hiệu chuẩn Để đảm bảo tính kinh tế và độ tin cậy cần phải chọn chuẩn phù hợp vớt đối tượng và yêu cầu hiệu chuẩn. Thường sai số của chuẩn càng nhỏ so với sai số cho phép của đối ttiợng hiệu chuẩn thì kết quả càng tin cậy. Tuy nhiên nếu chọn chuẩn quá chính xác sẽ không cần thiết và không kinh tế. Vì vậy trong quá trình hiệu chuẩn thường phải chọn các tỷ số nhất định giữa sai số của chuẩn và sai số cho phép của đối tượng hiệu chuẩn sao cho thích hợp. Đối với từng loại phương tiện đo, tỷ số đó có thể là 1:3; 1:4; 1:5. Tỷ số 1:2 cũng có thể dùng với điều kiện sai số ngẫu nhiên của chuẩn và phương tiện đo cần hiệu chuẩn nhỏ không đáng kể, độ chính xác của chúng chủ yếu do sai số hệ thống quyết định. Tuy nhiên, khi cần lập bảng số hiệu chính cho phương tiện đo thì cơ sở xem xét để chọn chuẩn sẽ không còn là sai số cho phép như đã nêu ở trên mà là độ chính xác đòi hỏi đối với số hiệu chính này. Trường hợp chuẩn có bảng số hiêu chính kèm theo thì căn cứ để đánh giá và lựa chọn chuẩn sẽ không chỉ là cấp, hạng chính xác của chuẩn mà còn bao gồm cả độ chính xác của các số hiệu chính đó nữa. 5. Phương pháp hiệu chuẩn Mỗi phương pháp hiệu chuẩn có độ chính xác, độ tin cậy và phạm vi sử dụng nhất định. Dưới đây giới thiệu một số phương pháp thông dụng. + Hiệu chuẩn bằng phương pháp so sánh trực tiếp Theo phương pháp này ta so sánh trực tiếp vật đọ hoặc phương tiện đo cần hiệu chuẩn với vật đọ hoặc phương tiện đo chuẩn. Đối với vật đọ, hiêu chuẩn theo phương pháp này nhanh, đơn giản nhưng độ chính xác thấp và cũng chỉ có thể so sánh trực tiếp các vật đọ độ dài (thước vạch, thước cuộn), các vật đọ dung tích (ống đong, bình đong...) với nhau mà thôi. Đối với phương tiện đo, phương pháp này được dùng rất phổ biến bằng cách do đồng thời cùng một đại lượng bằng phương tiện đo cần hiệu chuẩn và phương tiện đo chuẩn. Điều quan trọng là phải đảm bảo để chúng cùng đo một đại lượng như nhau. Ví dụ khi đặt một số nhiêt kế cần hiệu chuẩn và nhiệt kế chuẩn vào một bình điều nhiệt, nếu nhiệt độ trong bình không đồng nhất, kết quả sẽ không phản ánh đúng chất lượng các nhiệt kế. + Hiệu chuẩn vật đọ bằng dụng cụ so sánh Nội dung của phương pháp này là so sánh vật đọ cần hiệu chuẩn với vật đọ chuẩn thông qua môt dụng cu so sánh. Trong lĩnh vực đo khối lượng dụng cụ so sánh được dùng phổ biển là các loại cân chuẩn (để kiểm định các quả cân); trong lĩnh vực đo điện đó là các cầu đo điện một chiều và xoay chiều (để hiệu chuẩn vật đọ điện trở, điện dung, điện cảm...). Độ chính xác của phương pháp này phụ thuộc vào các đặc trưng đo lường của dung cụ so sánh, trong đó chủ yếu là độ chính xác của vật đọ chuẩn, độ nhạy và độ ổn định của dung cu so sánh. Độ nhạy của dụng cụ so sánh phải đủ để phát hiện được những thay đổi của đại lượng đo nhỏ hơn sai số cho phép của vật đọ chuẩn. Các phần tử cấu tạo của dụng cụ so sánh như tỷ số giữa hai đòn cân, tỷ số giữa các nhành của cầu điện một chiều, xoay chiều phải đủ ổn định để không ảnh hưởng đến quá trình so sánh các vật đọ với nhau. + Hiệu chuẩn phương tiện đo bằng vật đọ chuẩn Nội dung của phương pháp này là dùng phương tiện đo cần hiệu chuẩn đo đại lượng thể hiện bằng vật đọ chuẩn hoặc đo một đai lượng trung gian sẽ được so sánh với vật đọ chuẩn. Ví dụ hiệu chuẩn thước cặp bằng các tấm căn chuẩn hoặc hiệu chuẩn vonmét bằng máy bù. Khi hiệu chuẩn bằng phương pháp này nếu vật đọ chuẩn là bộ vật đọ, người ta thường điều chỉnh bộ vật đọ để kim chỉ của phương tiện đo cần hiệu chuẩn dừng lại ở những vạch theo quy định. Ví dụ như hiệu chuẩn ômmét bằng hộp điện chuẩn, giá trị đọc trên hộp điện trở chuẩn là giá trị điện trở thực tế tương ứng với số chỉ của ômmét. Các phương pháp hiệu chuẩn trên gọi chúng là phương pháp hiệu chuẩn tồn phần. Đối với các phương tiện đo có cấu tạo phức tạp, gồm nhiều bộ phận hợp thành, người ta còn hiệu chuẩn từng phần riêng rẽ. Phương pháp hiệu chuẩn từng phần được sử dụng khi không thể hiệu chuẩn tồn phần hoặc khi cần tìm hiểu các hỏng hóc, sai sót ở từng bộ phận hợp thành. Khi hiệu chuẩn tuỳ theo mức độ chính xác và sự phức tạp về kỹ thuật của phương tiện đo cũng như các yêu cầu của việc hiệu chuẩn ta phải chọn chuẩn và phương pháp hiệu chuẩn theo các nguyên tắc và đặc điểm đã trình bày ở trên. Thường những vấn đề này đã được hướng dẫn trong các tài liệu, văn bản về phương pháp hiệu chuẩn tương ứng với từng loai phương tiện đo cụ thể. 6. Biên bản hiệu chuẩn Biên bản hiệu chuẩn là tài liệu ghi lại các số liệu và kết quả trong quá trình hiệu chuẩn. Đây là tài liệu kỹ thuật quan trọng làm cơ sở cho việc đánh giá, phân tích kết quả hiệu chuẩn. Cán bộ hiệu chuẩn phải ghi đầy đủ, rõ ràng và trung thực các số liệu không được tuỳ ý vứt bỏ các số liệu mà mình thấy vô lý. Khi phân tích, xử lý các số liệu có thể không dùng tới các số liệu rõ ràng là không hợp lý so với tồn bộ số liệu thu được, nhưng phải đảm bảo khi cần thiết vẫn có thể đọc lại được. Thường biên bản hiệu chuẩn ghi lại các nội dung sau: - Các dấu hiệu của phương tiện đo như: tên, số hiệu, nơi sản xuất, nơi sử dụng... - Các đặc trưng kỹ thuật và đo lường của phttơng tiện đo; - Tên và các đặc trưng của chuẩn và các trang thiết bị phụ; - Điều kiện môi trường tiến hành hiệu chuẩn; - Kết quả từng lần đo riêng biệt trong quá trình hiệu chuẩn; - Kết quả xử lý các số liệu; - Đánh giá cuối cùng về phương tiện đo. - Nơi và người tiến hành hiệu chuẩn. Mẫu biên bản hiệu chuẩn thường được trình bày trong các phương pháp hiệu chuẩn ứng với từng loại phương tiện đo cụ thể. 7. Sơ đồ hiệu chuẩn Sơ đồ hiệu chuẩn trình bày phương tiện, phương pháp và độ chính xác của việc truyền (đơn vị từ chuẩn đến các phương tiện đo. Những sơ đồ này còn được gọi là sơ đồ thứ bậc cho phương tiện đo. Nội dung sơ đồ thường gồm phần lời và phần vẽ, trong đó chủ yếu là phần vẽ. Trong phần vẽ, tên chuẩn và phương tiện đo cùng các đặc trưng đo lường của nó (phạm vi đo, cấp hạng chính xác hoặc sai số) được ghi trong khung hình chữ nhật. Tên phương pháp hiệu chuẩn (phương pháp để so sánh chuẩn với phương tiện đo) để trong khung tròn hoăc ôvan. Quan hệ truyền đơn vị giữa các thành phần biểu thị bằng các đường nối. Theo chiều dọc, phần vẽ được chia thành các khoảng, số các khoảng ứng với số bậc truyền đơn vị, khoảng trên cùng trình bày chuẩn cao nhất, các khoảng sau đó trình bày các bậc chuẩn tiếp theo. Khoảng cuối cùng trình bày theo hàng ngang tồn bộ phương tiện đo theo thứ tự độ chính xác giảm dần từ trái sang phải.