Language
ข้อมูลน่ารู้ด้านการสอบเทียบเครื่องมือวัด

ความรู้เกี่ยวกับการสอบเทียบเครื่องมือวัด
          เนื่องจากเครื่องมือวัดที่ใช้ในการสำรวจส่งผลกระทบต่อความแม่นยำและเชื่อถือได้ของข้อมูลจึงจำเป็นต้องดำเนินการให้แน่ใจว่าเครื่องมือวัดที่ใช้ในการสำรวจสามารถให้ผลการวัดที่แม่นยำตามความต้องการ การสอบเทียบเครื่องมือวัด (Calibration) เป็นกิจกรรมที่จำเป็นสำหรับ การทำให้แน่ใจว่าเครื่องมือวัดที่ใช้งานยังสามารถทำงานได้อย่างแม่นยำตามที่ต้องการ บทความนี้จะกล่าวถึงความหมายของการสอบเทียบ ความสำคัญของการสอบเทียบ แนวทางปฏิบัติของการสอบเทียบเพื่อเป็นข้อมูลให้ผู้สนใจได้นำไปประยุกต์ใช้ในการจัดการสอบเทียบเครื่องมือวัดให้เหมาะสมต่อไป

ความหมายของการสอบเทียบ
          การสอบเทียบ หมายถึง ชุดของการดำเนินการซึ่งสร้างความสัมพันธ์ระหว่างค่าการชี้บอกโดยเครื่องมือวัดหรือระบบการวัด หรือค่าที่แสดงโดยเครื่องวัดที่เป็นวัสดุกับค่าสมนัยที่รู้ค่าของปริมาณที่วัดภายใต้ภาวะเฉพาะที่บ่งไว้ จากความหมายดังกล่าวขยายให้เข้าใจง่ายขึ้นก็คือ การสอบเทียบเป็นชุดการดำเนินการภายใต้สภาวะเฉพาะเพื่อหาค่าความสัมพันธ์ระหว่างเครื่องมือวัดเพื่อเปรียบเทียบกับค่าที่รู้ของ ปริมาณที่วัด ( ซึ่งต้องเป็นค่าที่สามารถอ้างอิงได้) ผลจากการสอบเทียบจะให้ข้อมูลว่าเครื่องมือวัดที่ใช้ในการสำรวจยังคงมีคุณลักษณะทางด้านมาตรวิทยาที่เหมาะสมในการใช้งานต่อไปหรือไม่

ความสำคัญของการสอบเทียบ
          ผลจากการสอบเทียบเมื่อนำมาวิเคราะห์ จะทำให้สามารถกำหนดได้ว่าเครื่องมือวัดควรจะใช้ต่อไปหรือจำเป็นต้องปรับแต่งผลจากการสอบเทียบ ทำให้ มั่นใจได้ว่าเครื่องมือวัดที่ใช้ในการสำรวจยังคงทำงานได้อย่างแม่นยำและเชื่อถือได้ ผลการสอบเทียบหลายๆ ครั้ง ยังแสดงให้เห็นคุณลักษณะทางด้านความเสถียร ( Stability ) ของเครื่องมือวัด

เมื่อใดที่ต้องสอบเทียบ
          มักมีคำถามเกิดขึ้นเสมอว่าเครื่องมือวัดใดที่ต้องดำเนินการสอบเทียบ และจะสอบเทียบบ่อยเพียงใดพอจะกล่าวโดยรวมได้ว่า การสอบเทียบเครื่องมือวัดจะต้องทำเมื่อใดก็ตามที่ผลการวัดของเครื่องมือวัดนั้นกระทบต่อคุณภาพของข้อมูลดังนั้น เครื่องมือวัดใดที่ไม่มีผลกระทบต่อคุณภาพของข้อมูลก็ไม่จำเป็นต้องสอบเทียบ การกำหนดว่าเครื่องมือวัดใดต้องสอบเทียบบ้างอาจจะใช้ข้อสันนิษฐานดังต่อไปนี้ ให้ตั้งคำถามว่าหากเครื่องมือวัดที่ใช้ในการสำรวจอ่านค่าผิดไปจากเกณฑ์ที่กำหนดไว้ จะได้รับผลกระทบที่เสียหายต่อคุณภาพของข้อมูลหรือไม่ หากพบว่าการสำรวจขึ้นอยู่กับค่าการอ่านของเครื่องมือวัดเป็นสำคัญก็แสดงว่าเครื่องวัดนั้น ต้องดำเนินการสอบเทียบและอีกกรณีหนึ่งก็คือ เมื่อใดที่เจ้าหน้าที่มีเหตุผลที่จำเป็นต้องมั่นใจในค่าของเครื่องมือวัดก็ต้องสอบเทียบตัวอย่างเช่น เรื่องของความปลอดภัย
          กิจกรรมสอบเทียบเป็นกิจกรรมที่ต้องใช้ค่าใช้จ่าย แต่การสอบเทียบก็มีความจำเป็นเพราะหากพิจารณาให้ดีจะเห็นว่ามูลค่าความเสียหายที่เกิดขึ้นกับข้อมูล เมื่อใช้เครื่องมือวัดที่ไม่เป็นมาตรฐานค่าใช้จ่ายในการสำรวจ ซ้ำ อาจสูงกว่าค่าใช้จ่ายในการสอบเทียบเครื่องมือวัด การสอบเทียบที่ทำมากเกินความจำเป็นก็อาจก่อให้เกิดความสูญเสีย งบประมาณของหน่วยงานเกินความจำเป็นเช่นเดียวกัน


การวัดและระบบการวัด
ที่มา ความยาวมาตรฐาน : หน่วยเมตร
1800’s  ระยะทาง 1 เมตรเท่ากับ1ส่วน10 ล้านของระยะทาง เส้นลองติจูดที่ผาดผ่านปารีส จากขั้วโลกเหนือ ถึงเส้นศูนย์สูตร มีการคำนวณ และสร้างเป็นแท่งที่ทำจากทองคำขาวที่ยาว 1 เมตรและมีค่าความเที่ยงตรงประมาณ 0.2 มม.
1889 มีการเปลี่ยนแปลงเป็น เมตรต้นแบบนานาชาติ (International Prototype Metre) ที่ทำมาจาก โลหะผสมทองคำขาวผสม อิริเดียม และถูกเก็บรักษาไว้ที่ BIPM ฝรั่งเศส
1960 ในการประชุมทั่วไปของการวัดและน้ำหนัก ได้มีการกำหนด ระยะ 1 เมตร ถูก กำหนดที่มาใหม่ ให้เท่ากับ 1650763.73 เท่าของความยาวคลื่นของการแผ่รังสีในสูญกาศของก๊าซเฉื่อย (krypton) ที่มี 86 อะตอม
1983 กำหนดความยาว 1 เมตร จากความยาวของการเคลื่อนที่ของแสงระหว่างเวลาในช่วง 1/299 792 458 ของวินาที หรือ (แสงเดินทางด้วยความเร็วคงที่คือ299 792 458 เมตรต่อวินาที โดยไม่ขึ้นกับแหล่งกำเนิดและผู้สังเกต)

ระดับมาตรฐานของระบบการวัด
มาตรฐานของระบบการวัด แบ่งได้ 4 ระดับ
1. มาตรฐานนานาชาติ (International Standard) หน่วยงานคือ CIPM, BIPM, OIML, ISO, IEC,
2. มาตรฐานแห่งชาติ (National Standard/ Primary Standard) หน่วยงาน คือ
NPL(National Physical Lab.UK) ,
NRLM (National Research Laboratory of Metrology, Japan)
NIST (National Institute for Standard and Technology, USA)
PTB(Physikalisch-Technische Bundesanstalt, Germany),
NML (National Metrology Lab. Australia)
NIMT/มว (National Institute of Metrology (Thailand)/สถาบันมาตรวิทยาแห่งชาติ)
3. มาตรฐานขั้นรอง (Secondary Standard) หน่วยงาน คือ ห้องปฏิบัติการของหน่วยงานของรัฐหรือ องค์กรสาธารณะ เช่น สวท. มจธ. การบินไทย ทอ.ศูนย์สอบเทียบของเอกชน
4. มาตรฐานใช้งานหรือ มาตรฐานโรงงาน (Working/Factory Standard) หน่วยงานคือ ห้องควบคุมเครื่องมือ/ ห้องสอบเทียบ ภายในโรงงาน หรือบริษัท การสอบเทียบเน้นการควบคุมทางมาตรวิทยาและการสอบกลับได้ของค่า โดยพิจารณาเป็นระดับขั้นดังนี้
ระดับ 1 พิกัดความเผื่อของผลิตภัณฑ์ที่มีหรือคุณภาพของการวัด เช่น พิกัดความเผื่อของเพลามีค่า ±0.01 มม.
ระดับ 2 การสอบเทียบระบบการวัดผลิตภัณฑ์ เช่นการใช้ เกจก้ามปูตรวจสอบชิ้นงาน การใช้เขาควายวัดเพลา
ระดับ 3 การสอบเทียบระบบการวัดที่ใช้ในการสอบเทียบระบบการวัดผลิตภัณฑ์ เช่นการสอบเทียบเกจก้ามปูโดยใช้เวอร์เนียร์ การเอาเขาควายมาอ่านค่าโดยไม้บรรทัดหรือเวอร์เนียร์
ระดับ 4 การสอบเทียบ โดยใช้มาตรฐานในโรงงาน (เช่น เกจบล๊อก) กับระบบที่ใช้สอบเทียบกับระดับ3 การสอบเทียบเวอร์เนียร์โดยใช้ เกจบล๊อก
ระดับ 5 การสอบเทียบ มาตรฐานในโรงงานกับ มาตรฐานระดับชาติ เช่นการนำเกจบล๊อกที่เป็นมาตรฐานในโรงงานไปสอบเทียบกับ ห้องปฏิบัติการสอบเทียบภายนอก
ระดับ 6 การสอบเทียบระดับนานาชาติหรือสากล คือการสอบเทียบกันระหว่างมาตรฐานระดับชาติกับมาตรฐานระดับชาติด้วยกัน เช่นการสอบเทียบความเร็วของตัวกำเนิดแสงเลเซอร์ที่ใช้ในการสอบเทียบ ระหว่าง NPL(อังกฤษ) กับ PTB(เยอรมัน)
ในแต่ละระดับต้องพยายามรักษาความเที่ยงตรง และค่าความไม่แน่นอนของการวัด รวมถึงพิกัดความเผื่อที่ตอบสนองต่อความต้องการของแต่ละระดับ ความสำเร็จขึ้นกับการใช้งานและค่าใช้จ่ายที่เกิดขึ้นระหว่างการสอบเทียบ ดังนั้นจุดมุ่งหมายทั้งหมดของการสอบเทียบ เป็นสิ่งที่ทำให้เกิดความแน่ใจได้ว่า การวัดจะทำหน้าที่รับรองผลของความเที่ยงตรงตามวัตถุประสงค์
การทำ Calibration มี 2 วิธี
1. ทำเองภายในบริษัท
2. ส่งไปทำที่ภายนอกบริษัท ที่ศูนย์มาตรฐานต่างๆ
ทั้งสองวิธีต้องมีคำนึงถึง การสอบกลับได้ (Traceability) และความไม่แน่นอนในการวัด (Measurement Uncertainty) จึงเป็นประโยชน์และเป็นที่ยอมรับของผู้เกี่ยวข้อง
เครื่องมือวัดอุตสาหกรรมกับงานด้านมาตรวิทยาและ Calibration
Accuracy ของเครื่องวัดฯ มีผลต่อคุณภาพและต้นทุนการผลิตสินค้า ดังนั้น Calibration จึง
1. จะต้องปฏิบัติและปฏิบัติอย่างสม่ำเสมอ
2. ผู้ปฏิบัติจะต้องมีความรู้เรื่อง Calibration
3. รู้ Accuracy และวัตถุประสงค์ของเครื่องมืวัด
4. ต้องมีเครื่องมือมาตรฐานที่ดีพอ (ดีกว่า 4 - 10 เท่า)
5. ต้องมี Traceability
6. ต้องมีห้องปฏิบัติการมาตรฐาน


การประเมินผลความเที่ยงตรง (Evaluation Accuracy)
ค่าผิดพลาด (Error)
           ค่าผิดพลาดในการวัด คือ ความแตกต่างระหว่างค่า (Value) ที่แสดงบนเครื่องมือกับค่าจริงของที่วัดได้ (ค่าจริงของจำนวนที่ทำการวัดซึ่งจะรู้เป็นครั้งคราว) ค่าผิดพลาด แบ่งเป็นค่าผิดพลาดแบบสุ่ม ซึ่งเป็นการเกิดขึ้นโดยความบังเอิญ ตามธรรมชาติ ค่าต่างๆที่ได้จะเปลี่ยนแปลงไปและไม่สามารถที่จะทำการคาดคะเนได้จากการทำงานของการวัด ค่าผิดพลาดแบบนึ้เป็นค่าผิดพลาดที่ไม่สามารถควบคุมไม่ให้เกิดขึ้นได้ แหล่งที่มาของค่าผิดพลาด อาจได้แก่ อุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงไป การสั่นสะเทือนของสถานที่ทำงาน การรบกวนของสัญญาณความถี่ทางไฟฟ้า เป็นต้น ค่าผิดพลาดที่เกิดจากตัวแปรที่ควบคุมหรือกำจัดได้ เป็นค่าผิดพลาดจากเหตุที่สามารถทำให้น้อยลงจนเป็นศูนย์ หรือควบคุมไม่ให้มีผลต่อการวัดได้ เช่น ค่าผิดพลาดเนื่องจากการอ่านค่าของพนักงาน หรือค่าผิดพลาดจากความสกปรกของเครื่องมือ เป็นต้น
           ค่าผิดพลาดต่างๆที่เกิดขึ้นเป็นสิ่งจำเป็นที่ต้องรู้ว่ามีอะไรบ้าง และทำการควบคุมให้เกิดค่าผิดพลาดนั้นน้อยที่สุดหรือกำจัดไป เพื่อให้ได้มาซึ่งความเที่ยงตรงของการวัด

ความเที่ยงตรง (Accuracy)
            ความเที่ยงตรงคือคุณภาพที่กำหนดให้เป็นไปตามรูปแบบการวัด สามารถพิจารณาแบ่งเป็น สองส่วน ตามรูปแบบของค่าผิดพลาดได้ โดยค่าผิดพลาดต่างๆ ที่ได้ทำการวิเคราะห์นั้น ควรจะพิจารณาตามชนิดและธรรมชาติของมันเอง
ข้อมูลพื้นฐานที่ใช้ในการวิเคราะห์ความเที่ยงตรงของการวัด อาทิ การพิจารณาวัดขนาด น้ำหนัก เป็นต้น

องค์ประกอบพื้นฐานในการประมวลผลของความเที่ยงตรง สามารถแบ่งออกเป็น 5 องค์ประกอบ
1. มาตรฐาน (Standard)
2. ชิ้นงาน (Workpiece)
3. เครื่องมือ (Instrument)
4. บุคคล (Person)
5. สิ่งแวดล้อม (Environment)
1. มาตรฐาน (Standard)
1.1 สามารถสอบกลับได้ (Traceability)
1.2 สามารถเปรียบเทียบทางเรขาคณิตได้ (Geometric Compatibility)
1.3 สัมประสิทธิการขยายตัวทางความร้อน (Coefficient of Thermal Expansion)
1.4 ช่วงการสอบเทียบ (Calibration Interval)
1.5 ความเสถียร (Stability)
1.6 สมบัติในการยืดหยุ่น (Elastic Properties)
1.7 ตำแหน่งใช้งาน (Position of Use)

2. ชิ้นงาน (Workpiece)
2.1 ความเป็นจริงของรูปทรงเรขาคณิตมที่ซ้อนอยู่
2.2 ลักษณะที่เกี่ยวข้อง เช่น ผิวสำเร็จ รอยขีดข่วน
2.3 สมบัติในการยืดหยุ่น
2.4 ความสะอาด
2.5 ความเสียหายของผิว
2.6 ความร้อน
2.7 มวลที่มีผลต่อ การเปลี่ยนรูปในช่วงยืดหยุ่น (Elastic Deformation)
2.8 ความจริงที่สนับสนุนรูปทรง
2.9 คำจำกัดความของลักษณะที่ชัดเจน ที่ต้องการวัด
2.10 จุดอ้างอิงของชิ้นงานที่เพียงพอ

3. เครื่องมือ
3.1 มีอัตราการขยายตัวที่พอเหมาะเพื่อความเที่ยงตรงตามวัตถุประสงค์
3.2 การขยายการตรวจสอบภายใต้สภาวะการใช้งาน
3.3 ผลกระทบที่เกิดจากแรงเสียดทาน และBack lack
3.4 จุดสัมผัสทางเรขาคณิตที่ถูกต้องทั่วชิ้นงานและมาตรฐาน
3.5 ไฟฟ้า หรือระบบนิวเมติก ที่นำไปสู่ระบบขยายต้องทำงานภายใต้ขอบเขตที่กำหนด
3.6 ระบบควบคุมความดันต้องทำงานภายใต้ขอบเขต
3.7 จุดสัมผัสที่เกี่ยวข้องกับทรงเรขาคณิตต้องถูกต้องและตรวจสอบหาจุดสึกหรอ
3.8 จุดหมุนและจุดเลื่อนต้องไม่สึกหรอและเสียหาย
3.9 การเปลี่ยนแปลงรูปร่างทำให้เกิดผลกระทบต่อเครื่องมือ เช่นนำชิ้นงานหนักมาวัด
3.10 อุปกรณ์ช่วยงาน (เหล็กฉาก โต๊ะระดับ) ตรวจสอบว่าทำงานได้ดี และมีการสอบเทียบ

4. บุคลากร
4.1 การฝึกอบรม
4.2 ทักษะ
4.3 ความรู้สึกต่อคุณค่าของความแม่นยำ
4.4 มีแนวคิดและทัศนคติต่อความเที่ยงตรงที่ได้
4.5 มีใจกว้าง มีทัศนคติและความเชื่อมั่นโดยส่วนตัวต่อความเที่ยงตรง
4.6 มีการวางแผนเทคนิคการวัด เพื่อประหยัดและสม่ำเสมอต่อความแม่นยำที่ต้องการ
4.7 ตระหนักถึงขอบเขตของการประเมินผลที่เที่ยงตรง
4.8 ความสามารถในการเลือกเครื่องมือที่มีคุณภาพสูงและมีมาตรฐานและความต้องการทางเรขาคณิคตและความสามารถที่เกี่ยวกับความแม่นยำ
4.9 มีความรู้สึกตระหนักเกี่ยวกับค่าใช้จ่ายในการวัด

5. สิ่งแวดล้อม
5.1 มาตรฐานของอุณหภูมิในการวัด คือ ทางกล 20 C (68 F) และทางไฟฟ้า 23 C (73.4 F)
5.2 อุณหภูมิระหว่างชิ้นงานมาตรฐานและเครื่องมือต้องเท่ากัน ความแตกต่างเพียง 1 องศาอาจจะทำให้เกิดความผิดพลาดได้
5.3 การขยายตัวของอุณหภูมิมีผลกระทบ จาก ความร้อนที่เกิดจากแสงไฟ อุปกรณ์ทำความร้อน แสงอาทิตย์ และจากร่างกายมนุษย์
5.4 ผลกระทบจากวงจรในระบบควบคุมอุณหภูมิ
5.5 การทำความสะอาด เพื่อให้ปราศจากฝุ่น
5.6 การสั่นสะเทือนที่น้อยที่สุด ช่วยทำให้เกิดความแม่นยำสูง
5.7 การจับถือด้วยมือทำให้เกิดการผิดพลาด เนื่องจากการขยายตัว จากอุณหภูมิในตัวของมนุษย์ (37 C) ที่สูงกว่ามาตรฐานปกติ (20 C) อาจทำให้เหล็กที่ยาว 1 นิ้ว ขยายตัวไปได้ ถึง .0002 นิ้ว หรือ 4 ไมครอน
5.8 การจัดให้มีแสงสว่างที่เพียงพอ คือ 1000 LUX
5.9 ความชื้นสัมพัทธ์
 

DOWNLOAD ข้อมูลเพิ่มเติม

การใช้บริการสอบเทียบอย่างมีประสิทธิภาพ
เครื่องหมายการรับรองสำคัญอย่างไร
การวัด Calibration Measurement Capability