MINŐSÉG ÉS MÉRÉSÜGY

 

Párbeszédek a metrológia témaköréből 1. rész

A műszaki irodalomban viszonylag ritkán alkalmazott írói fogás a párbeszédes forma, ami azért előnyös, mert abban az olvasót foglalkoztató kérdések is világosan és egyértelműen fogalmazhatók meg. Ez a felismerés adta a "Párbeszédek a metrológia témaköréből" gyűjtőcím ötletét, és ez a formaválasztás teszi lehetővé, hogy egy-egy párbeszéd jól meghatározott problémával foglalkozzon. Az akkreditált kalibrálólaboratóriumban dolgozó mérnökök és technikusok felkészítése során gyakran kerül sor olyan értelmező megbeszélésekre, amelyek témája sokak számára érdekes lehet. A tervezett cikksorozat ezeknek a beszélgetéseknek a tapasztalataiból merít. A párbeszédek két szereplője: a Mérnök, aki kérdez és a Metrológus, aki válaszol.

* * *

Mérnök:

A napokban kezembe került a sokadik cikk a mérési bizonytalanságról. Figyelmesen végigolvastam, de még mindig számos kérdés megválaszolatlanul maradt a számomra.

 
Metrológus:

Válasszon ki egyet a kérdések közül, és beszéljük meg a problémát.

 
Mérnök:

Nem lesz könnyű egyetlen kérdést kiválasztani, mert a kérdések szorosan kapcsolódnak egymáshoz, de azért megpróbálom. Akkreditált laboratóriumunkban mérőeszközöket kalibrálunk ügyfeleink számára, és természetesen szeretnénk a legjobb képességeink szerint megfelelni az elvárásaiknak.

 
Metrológus:

A legjobb kalibrálási mérőképességük szerint?

 
Mérnök:

A kérdése kissé zavarba hoz. Úgy gondolom: általános értelemben véve a legjobb képességeink szerint. Ennek egyik feltétele, hogy rendszeresen kalibráltassuk egy nálunk magasabb színvonalon működő akkreditált kalibrálólaboratóriumban - vagy az Országos Mérésügyi Hivatalban - azokat a használati etalonjainkat, amelyekkel a hozzánk beérkező mérőeszközöket kalibráljuk.

 
Metrológus:

Úgy van. Csak így lehet biztosítani a kalibrálási eredmények visszavezetettségét. De ha már említettem a kalibrálási mérőképességet, ejtsünk erről az új fogalomról is néhány szót. Eredetileg a legjobb mérőképességről beszéltek, és ez a fogalom alakult át kalibrálási mérőképességé. A fogalom meghatározása az EA 4/02 (korábban EAL-R2) ajánlásban olvasható.

Idézem: "a legjobb mérési képesség (ami mindig egy konkrét mennyiségre, a mérendőre vonatkozik) az a legkisebb mérési bizonytalanság, amit a laboratórium az akkreditált mérési területén el tud érni, amikor a mennyiség mértékegysége, illetve egy vagy több ismert értéke meghatározására, megvalósítására, fenntartására vagy reprodukálására szolgáló, közel ideális etalon vagy az adott mennyiség mérésére tervezett közel ideális mérőeszköz többé-kevésbé begyakorolt kalibrálását végzi. Egy akkreditált kalibráló laboratórium legjobb mérési képessége minősítésének a jelen ajánlásban leírt módszereken és általában tapasztalati bizonyítékokon kell alapulnia és azt rendszerint tapasztalati bizonyítéknak kell alátámasztania vagy megerősítenie".

A fogalom értelmezéséhez az ajánlás A jelű Függeléke ad további tájékoztatást.

 
Mérnök:

Köszönöm a kiegészítő magyarázatot. Visszatérve a visszavezetettségre, ezzel nincs is probléma. Az a gondunk, hogy nem egyformán értelmezzük a használati etalon kalibrálásáról kiadott bizonyítványba foglaltakat, és ezért a laboratóriumban sokat vitatkozunk egymás között. Még több problémát jelent hogyan adjuk meg helyesen a mérési bizonytalanságot az általunk kibocsátott kalibrálási bizonyítványban.

 
Metrológus:

Ez valóban gondot jelenthet. 2000. december 31-éig ugyanis érvényben volt az Európai Akkreditálási Együttműködés szervezetének EA 4/01 jelű ajánlása, melynek címe: "Az akkreditált kalibrálólaboratóriumok által kiadott kalibrálási bizonyítványra vonatkozó követelmények". Korábban ennek a ajánlásnak a megfelelője az EAL-R1 jelű ajánlás volt, ami magyar nyelven is megjelent, a Nemzeti Akkreditáló Testület (NAT) Metrológiai Szakmai Akkreditáló Bizottságának (MAB) 22. sz. kiadványaként. [ 1]

 
Mérnök:

Ez a magyar változat nálunk is megtalálható a laboratóriumban, és bár a MAB-ot 1998-ban teljesen átszervezték, és az EAL-ből is EA lett, a bizonyítványokra vonatkozó követelmények alapvetően nem változtak.

 
Metrológus:

Azért jobb erről meggyőződni! Az EA 4/01-et azért vonták vissza, mert időközben megjelent a vizsgáló- és kalibrálólaboratóriumok felkészültségének általános követelményeit előíró ISO/IEC 17025:1999 nemzetközi szabvány. Ennek az 5.10.2 és 5.10.4 fejezetei tárgyalják a kalibrálási bizonyítványra vonatkozó követelményeket.

 
Mérnök:

Van már ennek megfelelő magyar nemzeti szabvány?

 
Metrológus:

Van bizony!, hivatkozási száma: MSZ EN ISO/IEC 17025:2001. A szabvány már magyar nyelven is kapható, de ha kívánja, szívesen ismertetem a követelményekkel kapcsolatos fontosabb változásokat.

 
Mérnök:

Köszönöm.

 
Metrológus:

A bizonyítványnak címet kell adni, például ezt: "Kalibrálási bizonyítvány". Meg kell jelölni a kalibrálás helyszínét, ha a kalibrálás nem a laboratóriumban történik. Minden oldalon fel kell tüntetni az akkreditált kalibrálólaboratórium azonosító jelét és világosan meg kell jelölni a bizonyítvány szövegének a végét. Fel kell tüntetni az ügyfél, azaz a megrendelő nevét és címét. Ha az eredmény érvényessége és alkalmazása szempontjából fontos, fel kell tüntetni a kalibrálásra átvett tétel átvételének időpontját és a mintavételi eljárást, ha ilyen alkalmazásra került. Ezek mind olyan követelmények, amelyek újnak vagy a korábbiakhoz képest módosítottnak tekinthetők, és amelyek nemcsak a kalibrálási, hanem a vizsgálati bizonyítványokra is érvényesek.

 
Mérnök:

Ezt úgy értsem, hogy a kalibrálási bizonyítványokra még további követelmények is vonatkoznak?

 
Metrológus:

Igen. Ha a kalibrálási eredmények értelmezéséhez szükséges, akkor közölni kell a kalibrálási bizonyítványban a mérési eredményeket befolyásoló, a kalibráláskor fennálló környezeti feltételeket. Közölni kell továbbá a mérési bizonytalanságot, és/vagy nyilatkozatot arról, hogy a kalibrált mérőeszköz megfelel-e a meghatározott metrológiai előírásnak, továbbá igazolni kell, hogy a mért értékek visszavezetettek.

 
Mérnök:

Hogyan kell eljárni, ha a mérőeszköz csak részben felel meg a metrológiai előírásnak?

 
Metrológus:

Ilyenkor részletezni kell azt, hogy mely követelményeknek felel meg, és melyeknek nem. Ha a bizonyítvány a mérőeszköz megfelelőségére vonatkozó nyilatkozatot is tartalmaz, de a laboratórium nem közli a bizonyítványban a mérési eredményeket és a kapcsolódó bizonytalanságokat, akkor az azokra vonatkozó adatokat a laboratóriumnak rögzíteni kell és meg kell őriznie.

 
Mérnök:

Van még más újabb követelmény is?

 
Metrológus:

Igen, van. Ha a kalibrálás során a mérőeszközt beszabályozzák vagy javítják, akkor az e műveletek előtt és után végzett kalibrálás eredményeit is meg kell adni, amennyiben azok rendelkezésre állnak.

 
Mérnök:

Lehet-e a bizonyítványban megadni a kalibrálás érvényességi időtartamát? Ez korábban mindig vitatott volt.

 
Metrológus:

Változatlanul érvényes általános szabály, hogy a kalibrálási bizonyítvány (vagy a kalibrálási címke) csak akkor tartalmazhat az érvényességi időre vonatkozó ajánlást, ha az ügyfél igényli. Ez a szabály azonban a nemzeti szabályozásban felülbírálható.

 
Mérnök:

Köszönöm a tájékoztatást. Nagyon jó, hogy az ISO/IEC 17025:1999 nemzetközi szabvány, magyar szabványként is rendelkezésünkre áll, de sajnos meg kell mondanom, hogy a kalibrálási bizonyítvánnyal kapcsolatban nem ez az igazi problémám. Az igazi probléma a mérési bizonytalanság megadásával kapcsolatos.

 
Metrológus:

Vagyis arról kellene beszélnünk, hogyan számítsák ki és közöljék a kalibrálási bizonyítványban a laboratóriumuk által biztosított vagy vállalt mérési bizonytalanságot?

 
Mérnök:

Igen. És még arról is, amit már említettem: a használati etalonunk kalibrálásáról kapott bizonyítványban szereplő kalibrálási bizonytalanságot hogyan kell nekünk értelmeznünk.

 
Metrológus:

Kezdjük az utóbbival! A használati etalon visszaérkezik a kalibrálólaboratóriumba, és vele együtt érkezik a használati etalont kalibráló - magasabb szinten működő - laboratórium által kiadott kalibrálási bizonyítvány. Ez a leggyakoribb eset, bár arra is van példa, hogy a kalibrálólaboratórium egy pontosabb használati etalonjával maga kalibrálja a használati etalonját, betartva természetesen a visszavezetett biztosítására vonatkozó szabályokat. A használati etalon kalibrálási bizonyítványa általában a következő szöveget tartalmazza:

"A mérési bizonytalanság a kiterjesztett mérési bizonytalanság, amely az eredő mérési bizonytalanságnak a k kiterjesztési tényezővel megszorzott értéke (k=2). Ez a kiterjesztett mérési bizonytalanság tartalmazza az etalonból, a kalibrálás módszeréből, a környezeti feltételekből stb. eredő bizonytalanságokat. Normális (Gauss) eloszlás estén a k=2-vel szorzott érték közelítőleg 95 %-os fedési valószínűségnek felel meg."

Hozzáteszem, hogyha a mérőeszköznek több mérési tartománya van, akkor minden egyes tartományra külön adják meg a bizonytalanságokat, amennyiben azok eltérnek egymástól. A kiszámítás módszerét illetően pedig az EA 4/02 ajánlásra [ 2] hivatkoznak. Ez elég egyértelmű, nem?

 
Mérnök:

Bizonyára… Ha jól értem, a bizonyítványban közölt érték a kalibrálás bizonytalansága, vagyis a magasabb szinten működő laboratórium szolgáltatásának a minőségét jellemzi.

 
Metrológus:

Pontosan. Ha a bizonyítványt kiadó laboratórium azonos típusú használati etalonokat kalibrál, akkor a kalibráláshoz ugyanazt a referenciaetalont használva, változatlan kalibrálási feltételek biztosítása esetén, kalibrálási bizonytalanságként mindig ugyanaz az érték kerül be a kalibrálási bizonyítványba.

 
Mérnök:

Nem akarok akadékoskodni, de két tojás sem tökéletesen egyforma. Két kalibrálásra bemutatott használati etalon lehet ugyanolyan típusú, de a metrológiai jellemzőik konkrét értékei azért valamennyire csak eltérnek egymástól. Arra gondolok, hogy nem egyformán használják azokat, sőt már a gyártásuk pillanatában sem voltak teljesen egyformák. Ez nem befolyásolja a kalibrálási bizonytalanságot?

 
Metrológus:

Nem bizony! Érdekes az a megjegyzése, hogy a használati etalonok, ha azonos típusúak is, már a gyártásuk pillanatában is különböznek egymástól. Ez természetesen igaz. A gyártó által megadott pontossági adatok azonban mindegyik példányra érvényesek, mert nem egy mérőeszköz-példányra, hanem az adott mérőeszköz-típusra érvényesek

 
Mérnök:

Ha jól értem, akkor a gyártó által megadott pontossági adat és a kalibrálási bizonyítványban közölt mérési bizonytalanság ebben a tekintetben - úgymond - hasonló tulajdonságú. Az első azt mondja meg, hogy a gyártó egy adott mérőeszköz típust milyen minőségi színvonalon képes előállítani, a második pedig azt, hogy egy laboratórium milyen minőségi színvonalon képes egy adott "típusú" kalibrálási feladatot elvégezni. A kalibrálási bizonytalanság ezek szerint független a vizsgált mérőeszköz-példány metrológiai jellemzőitől - például a pontosságától - feltéve, hogy a mérőeszköz "közel tökéletes".

 
Metrológus:

Valóban erről van szó. Megjegyzem, a "közel tökéletes" minősítés pontos jelentését tisztázni kell. Ez azt jelenti, hogy a mérőeszköz metrológiai tulajdonságai nem befolyásolják kalibrálása pontosságát.

 
Mérnök:

Visszatérve a kérdésemre; azzal tehát nem is kell foglalkoznunk, hogy a használati etalon kalibrálása bizonytalanságát hogyan számították ki. Ez az egyik kiinduló adat lesz a mi kalibrálási bizonytalanságunk kiszámításánál, vagyis az általunk vállalt kalibrálási bizonytalanság egyik összetevője. Tény viszont, hogy a gyártó által megadott pontossági jellemzők nem mérési bizonytalanságot, hanem a mérőeszközre jellemző pontossági adatokat (vagy esetleg hibákat) tartalmaz, sokszor alig érthető formában.

 
Metrológus:

Sajnos, ez így igaz. A kérdés azonban bonyolultabb annál, semhogy mostani beszélgetésünkben megtárgyalhatnánk. A gyártói specifikációk nem mindig egyértelműek, és a mérnöknek vagy a metrológusnak meg kell tanulnia, hogyan lehet és kell a sorok között olvasni!

Javasolom, térjünk vissza az eredeti témánkhoz.

 
Mérnök:

Rendben van. A kalibrálási bizonyítványból előbb idézett szöveggel kapcsolatban van még két kérdésem. Az első: mi a fedési valószínűség?

 
Metrológus:

Ez a coverage probability angol kifejezés egyik lehetséges magyar fordítása, amit a GUM [ 2] fordításakor megbízhatósági valószínűség-nek fordítottak. Ez annak a valószínűsége, hogy a kiterjesztett bizonytalanság, mint tartomány, az esetek adott százalékában - az idézett szövegben 95%-ában - magába foglalja a mérési eredmény helyes értékét. Mi a második kérdése?

 
Mérnök:

Mi van akkor, ha az eloszlás nem normális?

 
Metrológus:

Jó kérdés. Most csak röviden válaszolok: ha az eloszlás nem normális, akkor a k=2 kiterjesztési tényező értékhez nem a "közelítőleg 95% fedési valószínűség" tartozik.

 
Mérnök:

Hanem kisebb?

 
Metrológus:

Nagyobb. A laboratóriumi mérési gyakorlatban többnyire feltételezhető, hogy az eloszlás normális. Gyakran előfordul azonban az egyenletes eloszlás, a trapéz-eloszlás és a háromszög-eloszlás is. Ezeknél az eloszlásoknál a k=2 értékhez nagyobb fedési valószínűség tartozik, mint normális eloszlás esetén. Érdeklik a számszerű adatok is?

 
Mérnök:

Köszönöm, most nem. Ez így eléggé megnyugtató. Vagyis a lényeg: hogyha nem ismerem az eloszlás típusát, akkor is helyesen járok el, ha a k=2 értéket választom a kiterjesztett bizonytalanság meghatározásához. Ezt úgy értem, biztos lehetek abban, hogy nem fogom alábecsülni a mérési bizonytalanságot. Szeretném, ha inkább arról beszélnénk még, milyen meggondolások alapján kell meghatároznunk az általunk kiadott kalibrálási bizonyítványban a kalibrálási bizonytalanságot.

 
Metrológus:

Induljunk ki abból, hogy a kalibrálás a mérés egy különleges fajtája. Kalibráláskor a mérendő mennyiség nem más, mint a kalibrálásra bemutatott mérőeszköz rendszeres hibája. A kalibrálás célja ennek a hibának a meghatározása, és a mérőeszköz értékmutatására vonatkozó helyesbítések megadása az ügyfél számára. A kalibrálási bizonyítványban megadott bizonytalanság, mint azt már megbeszéltük, a laboratórium kalibrálási szolgáltatásának minőségét jellemzi. Ezt a bizonytalanságot olyan formában kell közölnünk, hogy a mérőeszköz használója kiinduló adatként vehesse figyelembe akkor, amikor a kalibrált mérőeszközzel valamilyen mérést végez, és ki akarja számítani a mérés bizonytalanságát.

 
Mérnök:

Hogyan tudja a mi laboratóriumunk megállapítani, hogy a kalibrált mérőeszközzel végzett mérésnek mekkora lesz a bizonytalansága?

 
Metrológus:

Sehogyan! De ez nem is a kalibrálólaboratórium feladata, hanem, azé, aki a mérőeszközt használja, aki elvégzi az adott mérést.

 
Mérnök:

Szeretném összefoglalni, és értelmezni az eddig hallottakat. A visszavezetettség elvét a kalibrálások láncolatával szokták szemléltetni. A lánc egy adott szakaszán három szintet képzelek el egymás alatt: Legfelül van egy magasabb színvonalon működő kalibrálólaboratórium, amely a mienknél pontosabb etalonokkal rendelkezik, és kalibrálja a mi használati etalonunkat. Ez a magasabb szinten működő laboratórium az általa kiadott kalibrálási bizonyítványban az általa végzett kalibrálás bizonytalanságát közli, ami a mi kalibrálási bizonyítványunkban megadott kalibrálási bizonytalanság kiszámításához az egyik kiinduló adat.

Mi vagyunk a középső szinten. Az általunk végzett kalibrálás bizonytalanságának több összetevője van. Az egyikről éppen most szóltam; ez a mi használati etalonunk kalibrálásának a "fentről" közölt bizonytalansága. A többi összetevő a mi kalibrálási eljárásunktól függő módon alakul, de itt is ugyanazok a bizonytalanság-források szerepelnek, mint abban a szövegben, amit ön idézett:az etalonból, a kalibrálás módszeréből, a környezeti feltételekből stb. eredő bizonytalanságok.

És végül a harmadik szinten helyezkedik el a mérőeszköz-használó, akinek az általunk kiadott kalibrálási bizonytalanságot a saját mérése bizonytalanságának egyik összetevőjeként kell értelmeznie és számításba vennie.

 
Metrológus:

Igen pontosan foglalta össze a kérdés lényegét. Van-e még a témával kapcsolatos további kérdése?

 
Mérnök:

Hát… Nem is tudom. Talán még egy problémát említenék. Térjünk vissza egy gondolat erejéig a kalibrálási mérőképesség fogalmának a meghatározásához. Nekem a "közel ideális" etalon vagy a "közel tökéletes" mérőeszköz kifejezés nem túl rokonszenves. Mert ez egy elvont fogalom! A gyakorlatban semmi sem tökéletes, a mérőeszközök sem és azok "viselkedése" sem. Csak egy példát említek: egy alacsony felbontású digitális multiméter kalibrálásakor az utolsó ablakban megjelenő számjegy változatlan marad akkor is, ha a kalibrátor alapjelét érzékelhető mértékben változtatjuk. Ismételt mérések esetén nincs szóródás az értékmutatásokban. Ilyenkor mit lehet csinálni?

 
Metrológus:

A jelenség oka, mint helyesen mondta, a multiméter korlátozott felbontóképessége. Ha például az utolsó jelzett számjegy 0,1 V-nak felel meg, akkor az ennek megfelelő értékmutatást 0,0 V-nak, változásának határait ± 0,05 V-nak, kell tekinteni, és azt kell feltételezni, hogy e határok között a lehetséges értékek eloszlása egyenletes. Ebben az esetben alighanem a korlátozott felbontás lesz a meghatározó bizonytalanság-összetevő. Világos?

 
Mérnök:

Igen.

 
Metrológus:

Ez az általam említett példa megtalálható az EA 4/02 ajánlásban az Internet-ről angol nyelven letölthető 2. Kiegészítésében [ 3] . A mérőeszköz használók sokszor a kalibrálási bizonyítványban megadott bizonytalanságot tekintik a mérésük bizonytalanságának, mintha más tényezők nem is befolyásolnák a mérés eredményét. Arról ne is beszéljünk, hogy kalibrálatlan mérőeszköz esetében a gépkönyvben feltüntetett adatokat, például a pontossági osztályt fogadják el, mint mérési bizonytalanságot. Ez nagyon hibás felfogás és helytelen gyakorlat. Ennek egyik oka, hogy a mérési hiba és a mérési bizonytalanság fogalmát azonosnak tekintik, vagy tévesen értelmezik.

 
Mérnök:

Ha lehet, jó lenne erről bővebben is beszélni!

 
Metrológus:

Szívesen. Azt javasolom azonban, hogy ez majd egy későbbi beszélgetésünk témája legyen.

 
BL

Irodalom:

[1] EA 4/01 jelű (korábban EAL-R1 jelű) ajánlása, melynek címe: "Akkreditált kalibrálólaboratóriumok által kiadott bizonyítványokra vonatkozó követelmények". OMH-MAB Tanfolyami segédanyag, 1996 szeptember.

[2] EA 4/02 (korábban EAL-R2) "Expression of the Uncertainty of Measurement in Calibration". Magyar változat: MAB 22 ajánlás, megjelent a Mérésügyi Közlemények 1998. évi 3. Számában.

[3] Az EA 4/02 dokumentumának 2. Kiegészítése. Letölthető az Internetről: www.european-accreditation.org.

A laprendszer készítője: UFE