کالیبراسیون ترازوی آزمایشگاهی
در دنیای اندازهگیریهای دقیق آزمایشگاهی، عدد نمایش داده شده روی نمایشگر ترازو تنها زمانی ارزش علمی دارد که قابل اعتماد باشد. کالیبراسیون فرآیندی است که این اعتماد را به آزمایشگر هدیه میدهد. بدون کالیبراسیون ترازوی آزمایشگاهی ، دقیقترین ترازوها نیز چیزی جز ابزارهای حدس و گمان نخواهند بود.
تعریف کالیبراسیون به زبان ساده
به زبان خیلی ساده، کالیبراسیون یعنی مقایسه. در این فرآیند، ما مقدار نشان داده شده توسط ترازو را با یک مقدار مرجع و استاندارد (که دقت آن از قبل تایید شده است) مقایسه میکنیم تا بفهمیم ترازوی ما چقدر خطا دارد.
نکته: کالیبراسیون به تنهایی دستگاه را تعمیر یا دستکاری نمیکند، بلکه فقط وضعیت فعلی دستگاه را نسبت به استاندارد مشخص میکند.
چرا ترازوی آزمایشگاهی به کالیبراسیون نیاز دارد؟
حتی بهترین ترازوهای دنیا هم با گذشت زمان دچار تغییر میشوند. دلایل اصلی نیاز به کالیبراسیون عبارتند از:
- استهلاک مکانیکی: فرسودگی قطعات داخلی در طول زمان.
- تغییرات محیطی: نوسانات دما، رطوبت و فشار هوا مستقیماً روی سنسورهای حساس (Load Cell) اثر میگذارند.
- جابجایی: تغییر محل ترازو حتی به اندازه چند سانتیمتر میتواند به دلیل تغییر در شتاب ثقل زمین (g)، دقت ترازو را برهم بزند.
- الزامات قانونی: برای دریافت گواهینامههایی مثل ISO، کالیبراسیون یک اجبار است نه یک انتخاب.
تفاوت بین کالیبراسیون و تنظیم
بسیاری از کاربران این دو واژه را به جای هم به کار میبرند، در حالی که تفاوت ساختاری دارند:
| ویژگی | کالیبراسیون (Calibration) | تنظیم (Adjustment) |
| هدف | مشاهده و ثبت میزان خطا | اصلاح و به حداقل رساندن خطا |
| نتیجه | صدور گواهینامه و گزارش خطا | تغییر در عملکرد فیزیکی یا نرمافزاری دستگاه |
| اولویت | همیشه اول انجام میشود | در صورت نیاز و پس از مشاهده خطا انجام میشود |
در واقع، کالیبراسیون مانند “تشخیص بیماری” توسط پزشک است و تنظیم حکم “درمان” را دارد. شما ابتدا باید کالیبره کنید تا بفهمید دستگاه نیاز به تنظیم دارد یا خیر.
اهمیت و ضرورت کالیبراسیون
چرا یک آزمایشگاه باید هزینه و زمان خود را صرف کالیبراسیون دورهای کند؟ پاسخ در “قابلیت اطمینان” نهفته است.
- تضمین کیفیت و تکرارپذیری: در پروژههای تحقیقاتی، نتایج باید در هر زمان و مکانی قابل تکرار باشند. کالیبراسیون تضمین میکند که «یک گرم» در آزمایشگاه شما، دقیقاً همان «یک گرم» در آزمایشگاههای دیگر است.
- کاهش هزینههای ناشی از خطا: یک خطای کوچک در توزین مواد اولیه در صنایع دارویی یا شیمیایی میتواند باعث خراب شدن کل محموله تولیدی (Batch) و ضررهای مالی سنگین شود.
- رعایت استانداردهای ایمنی: در مواردی که دوز مصرفی یک ماده شیمیایی حیاتی است، خطای ترازو میتواند منجر به خطرات جانی شود.
- انطباق با قوانین (Compliance): برای دریافت استانداردهایی نظیر ISO 9001 یا ISO/IEC 17025، داشتن مستندات کالیبراسیون منظم الزامی است.
انواع روشهای کالیبراسیون ترازوی آزمایشگاهی
ترازوهای مدرن آزمایشگاهی معمولاً به دو روش کلی کالیبره میشوند. انتخاب بین این دو روش به مدل ترازو و سطح دقت مورد نیاز بستگی دارد:
الف) کالیبراسیون داخلی
در این روش، ترازو مجهز به یک یا چند وزنه داخلی استاندارد است که در داخل محفظه دستگاه تعبیه شدهاند.
- نحوه عملکرد: با فشردن یک دکمه (یا به صورت خودکار توسط سنسورهای حرارتی)، وزنه داخلی روی لودسل قرار میگیرد و دستگاه خودش را تنظیم میکند.
- مزایا: بسیار سریع است، نیاز به جابجایی وزنه توسط کاربر ندارد و از آلودگی وزنه جلوگیری میشود.
- نکته هوشمند: بسیاری از ترازوهای پیشرفته دارای سیستم fully automatic هستند که با تغییر دمای محیط، خودبهخود عملیات کالیبراسیون را انجام میدهند.
ب) کالیبراسیون خارجی
این روش سنتیتر و البته برای تاییدیه رسمی (Certificated) ضروریتر است.
- نحوه عملکرد: کاربر باید از وزنههای استاندارد خارجی با کلاس دقت مشخص (مانند کلاس E2 یا F1) استفاده کند و آنها را به صورت دستی روی سینی ترازو قرار دهد.
- مزایا: امکان تست ترازو در دامنههای مختلف (مثلاً در ۵ نقطه از ظرفیت ترازو) را فراهم میکند که برای رسم نمودار خطی بودن (Linearity) الزامی است.
- محدودیت: نیاز به دقت بالای اپراتور دارد؛ هرگونه تماس دست با وزنه (انتقال چربی یا رطوبت) میتواند کالیبراسیون را بیاعتبار کند.
مقایسه کوتاه:
اگر ترازو قابلیت کالیبراسیون داخلی دارد، برای چک کردن روزانه عالی است؛ اما برای گزارشهای رسمی سالانه، حتماً باید کالیبراسیون خارجی توسط آزمایشگاههای تایید صلاحیت شده انجام شود.
تجهیزات مورد نیاز و کلاس وزنهها
برای کالیبره کردن یک ترازوی آزمایشگاهی ، تنها داشتن یک وزنه کافی نیست؛ بلکه باید از وزنههایی استفاده کرد که دقت آنها با دقت ترازو تناسب داشته باشد. این وزنهها بر اساس استاندارد بینالمللی OIML R111-1 دستهبندی میشوند.
دستهبندی کلاس وزنههای استاندارد
وزنههای مرجع بر اساس میزان خطای مجاز (تلرانس) به کلاسهای مختلفی تقسیم میشوند:
| کلاس وزنه | کاربرد اصلی | سطح دقت |
| کلاس E1 | کالیبراسیون وزنههای کلاس پایینتر و ترازوهای فوقحساس. | بالاترین دقت (بدون شیار تنظیم) |
| کلاس E2 | مناسب برای ترازوهای تحلیلی (Analytical) با دقت 0.1 میلیگرم و بالاتر. | بسیار بالا |
| کلاس F1 | مخصوص ترازوهای دقیق (Precision) با دقت 0.01 تا 0.001 گرم. | بالا |
| کلاس F2 | جهت کنترل ترازوهای صنعتی دقیق در آزمایشگاههای تولیدی. | متوسط به بالا |
| کلاس M1, M2 | مناسب برای ترازوهای تجاری، باسکولها و مصارف عمومی. | معمولی |
تجهیزات جانبی ضروری در فرآیند کالیبراسیون
علاوه بر وزنههای استاندارد، برای یک کالیبراسیون اصولی به ابزارهای زیر نیاز دارید:
- انبرک (Tweezers) یا دستکش مخصوص: هرگز نباید وزنههای کلاس بالا (E و F) را با دست لمس کرد. چربی پوست دست وزن وزنه را تغییر میدهد.
- دماسنج و رطوبتسنج دیجیتال: برای ثبت شرایط محیطی (زیرا چگالی هوا و طول بازوی ترازو با تغییر دما تغییر میکند).
- قلممو و دمنده هوا: برای تمیز کردن سینی ترازو و زدودن گرد و غبار از روی وزنهها.
- تراز (Level): برای اطمینان از اینکه حباب تراز دستگاه دقیقاً در مرکز قرار دارد.
نکته طلایی در انتخاب وزنه
یک قانون سرانگشتی در کالیبراسیون وجود دارد: «عدم قطعیت وزنه کالیبراسیون باید حداکثر 1/3 دقت ترازو باشد.» یعنی اگر ترازوی شما دقت 0.001 گرم دارد، نباید از وزنهای استفاده کنید که خودش 0.001 گرم خطا دارد؛ بلکه باید وزنهای بسیار دقیقتر (مثلاً کلاس E2) انتخاب کنید.
مراحل گامبهگام فرآیند کالیبراسیون
فرآیند کالیبراسیون فقط قرار دادن یک وزنه روی ترازو نیست؛ بلکه مجموعهای از آزمونهاست که عملکرد ترازو را در شرایط مختلف میسنجد.
مرحله ۱: آمادهسازی محیط و دستگاه
پیش از شروع آزمونها، باید شرایط زیر را محیا کنید:
- پایداری دمایی: ترازو باید حداقل ۳۰ دقیقه تا ۴ ساعت (بسته به دقت) روشن باشد تا قطعات الکترونیکی آن به ثبات دمایی برسند.
- تراز کردن: با استفاده از پیچهای پایه، حباب تراز را دقیقاً در مرکز دایره قرار دهید.
- تمیزکاری: سینی ترازو را با یک قلمموی نرم از هرگونه گرد و غبار پاک کنید.
مرحله ۲: تست تکرارپذیری
این تست نشان میدهد که اگر یک وزنه ثابت را چندین بار روی ترازو بگذارید و بردارید، آیا همیشه یک عدد را نشان میدهد؟
- روش: یک وزنه (معمولاً نزدیک به نصف ظرفیت ترازو) را ۱۰ بار متوالی روی سینی گذاشته و عدد را یادداشت کنید.
- هدف: محاسبه انحراف معیار (s)؛ هر چه این عدد کوچکتر باشد، ترازو قابل اعتمادتر است.
مرحله ۳: تست خطای گوشه
ترازو باید در تمام نقاط سینی، وزن را یکسان نشان دهد.
- روش: یک وزنه را ابتدا در مرکز سینی و سپس در چهار گوشه (شمال، جنوب، شرق و غرب سینی) قرار دهید.
- هدف: اطمینان از اینکه لودسل به محل قرارگیری بار حساس نیست.
مرحله ۴: تست خطی بودن
این تست بررسی میکند که آیا ترازو در تمام بازه ظرفیت خود (از کمترین تا بیشترین وزن) دقت یکسانی دارد یا خیر.
- روش: از وزنههای مختلف استفاده کنید (مثلاً ۲۰٪، ۴۰٪، ۶۰٪، ۸۰٪ و ۱۰۰٪ ظرفیت ترازو) و اعداد را ثبت کنید.
- هدف: رسم یک خطای مستقیم؛ اگر ترازو در وزنهای پایین دقیق اما در وزنهای بالا دارای خطا باشد، مشکل خطی بودن دارد.
مرحله ۵: ثبت دادهها و محاسبات
در پایان، تمام اعداد به دست آمده در فرمهای مخصوص کالیبراسیون یادداشت میشوند. در این مرحله باید:
- خطای سیستماتیک را محاسبه کنید (تفاضل عدد نمایش داده شده و وزن واقعی وزنه).
- عدم قطعیت (Uncertainty) را بر اساس فاکتورهای محیطی و دقت وزنهها برآورد کنید.
یک نکته عملیاتی برای اپراتور:
در تمام این مراحل، از برداشتن وزنهها با دست برهنه خودداری کنید و برای جلوگیری از ایجاد جریان هوا، دربهای شیشهای ترازو (در مدلهای تحلیلی) را حتماً ببندید.
عوامل مؤثر بر دقت ترازو (منابع خطا)
بسیاری از خطاها در آزمایشگاه نه به دلیل نقص فنی ترازو، بلکه به دلیل برهمکنش دستگاه با محیط اطراف رخ میدهند. مهمترین این عوامل عبارتند از:
الف) نوسانات دما
دما بر روی طول بازوهای مکانیکی ترازو و همچنین حساسیت سنسور (Load Cell) اثر میگذارد.
- خطای رانش (Drift): اگر دمای اتاق تغییر کند، عدد روی نمایشگر بدون اینکه وزنهای روی آن باشد، شروع به تغییر میکند.
- راه حل: ترازو را دور از تابش مستقیم آفتاب، رادیاتور یا خروجی کولر قرار دهید.
ب) الکتریسیته ساکن
این یکی از رایجترین منابع خطا در توزین پودرهای خشک و ظروف پلاستیکی است. الکتریسیته ساکن باعث ایجاد نیروهای جاذبه یا دافعه بین سینی و محفظه ترازو میشود.
- نشانه: عدد روی نمایشگر ثابت نمیشود و مدام نوسان میکند.
- راه حل: استفاده از دستگاههای یونیزاتور (Ionizer) یا ظروف توزین آنتیاستاتیک.
ج) جریان هوا
حتی جریان هوای ناشی از راه رفتن سریع یک نفر در نزدیکی ترازو یا سیستم تهویه مطبوع میتواند روی کفه ترازو فشار ایجاد کند.
- اثر شناوری: هوای محیط بر روی وزنه و کفه ترازو نیرویی به سمت بالا وارد میکند. در کالیبراسیونهای فوقدقیق، چگالی هوا باید در محاسبات لحاظ شود.
- راه حل: همیشه از کلاهک یا دربهای شیشهای (Draft Shield) ترازو استفاده کنید.
د) نیروهای مغناطیسی
توزین مواد مغناطیسی یا قرار دادن ترازو روی میزهای فلزی آهنربایی میتواند باعث ایجاد نیروهای مزاحم شود.
- راه حل: برای مواد مغناطیسی، از روش توزین زیرکفهای (Underfloor Weighing) استفاده کنید تا ماده از سنسور فاصله بگیرد.
ه) تراز نبودن سطح
اگر ترازو کاملاً افقی نباشد، نیروی وزن به صورت مورب به سنسور وارد میشود که باعث کمتر نشان دادن وزن واقعی میگردد.
- فرمول خطا: مقدار نمایش داده شده برابر است با W \times \cos(\theta) که در آن \theta زاویه انحراف از سطح افق است.
خلاصه راهبردی:
برای حذف این خطاها، همیشه از میز سنگین ضد ارتعاش (Anti-vibration table) استفاده کنید و اجازه دهید ترازو قبل از استفاده با دمای محیط همدما شود.
فواصل زمانی کالیبراسیون
اینکه هر چند وقت یکبار باید ترازو را کالیبره کنید، به عوامل متعددی بستگی دارد که در اینجا به بررسی آنها میپردازیم:
الف) کالیبراسیون دورهای
این همان کالیبراسیون رسمی است که معمولاً توسط آزمایشگاههای تایید صلاحیت شده (خارجی) انجام میشود. فواصل معمول عبارتند از:
- سالانه (۱۲ ماه): برای مصارف عمومی و آزمایشگاههایی که حساسیت متوسطی دارند.
- ششماهه: برای آزمایشگاههای داروسازی، کنترل کیفیت حساس و صنایعی که طبق استاندارد ISO فعالیت میکنند.
ب) تستهای عملکرد روزانه
کالیبراسیون سالانه به این معنا نیست که در طول سال ترازو دقیق میماند.
- توصیه: در شروع هر روز کاری یا قبل از شروع یک سری آزمایش حساس، اپراتور باید با استفاده از یک وزنهی استاندارد (مثلاً وزنهای در وسط رنج اندازهگیری)، دقت ترازو را چک کند. اگر عدد نمایش داده شده خارج از محدوده مجاز بود، ترازو باید بلافاصله کالیبره رسمی شود.
ج) چه زمانی کالیبراسیون مجدد “اجباری” است؟
جدا از برنامهی زمانی، در موارد زیر ترازو باید دوباره کالیبره شود:
- جابجایی دستگاه: حتی اگر ترازو را از یک میز به میز دیگر در همان اتاق منتقل کنید، به دلیل تغییر احتمالی تراز و اثرات گرانشی، کالیبراسیون الزامی است.
- تعمیرات یا سرویس: پس از هرگونه باز شدن بدنه یا تعویض قطعات داخلی.
- تغییرات شدید محیطی: اگر سیستم تهویه آزمایشگاه خراب شده و دما یا رطوبت به طور چشمگیری تغییر کرده باشد.
- نتایج مشکوک: هرگاه اپراتور احساس کند نتایج توزین با منطق آزمایش سازگار نیست.
د) تحلیل ریسک برای تعیین زمان
برای تعیین فاصله بهینه، به این سه سوال پاسخ دهید:
- تعداد استفاده: آیا ترازو ۱۰۰ بار در روز استفاده میشود یا یک بار در هفته؟ (استفاده زیاد = فاصله کالیبراسیون کوتاهتر)
- اهمیت فرآیند: اگر ترازو خطا داشته باشد، چقدر خسارت وارد میشود؟ (خسارت بالا = فاصله کالیبراسیون کوتاهتر)
- سوابق قبلی: اگر در ۳ سال گذشته ترازوی شما در هر کالیبراسیون “بدون خطا” بوده، میتوانید فواصل را طولانیتر کنید.
جدول پیشنهادی فواصل زمانی
| نوع بررسی | توسط چه کسی؟ | زمانبندی | هدف |
| تست روزانه | اپراتور آزمایشگاه | هر روز صبح | اطمینان از عدم تغییر ناگهانی |
| کالیبراسیون داخلی | خود دستگاه (Auto-Cal) | تغییر دما / زمانبندی خودکار | پایداری در طول روز |
| کالیبراسیون رسمی | متخصص آزمایشگاه مرجع | ۶ تا ۱۲ ماه یکبار | صدور گواهینامه و ردیابی استانداردهای ملی |
تحلیل نتایج و گواهینامه کالیبراسیون
پس از اتمام فرآیند کالیبراسیون توسط متخصص، یک گواهینامه کالیبراسیون (Calibration Certificate) صادر میشود. این برگه نباید فقط در بایگانی خاک بخورد؛ بلکه باید به دقت تحلیل شود.
اجزای حیاتی گواهینامه:
- قابلیت ردیابی (Traceability): سندی که نشان میدهد وزنههای استفاده شده، خودشان توسط مراجع بالاتر (مثل سازمان استاندارد ملی) تایید شدهاند.
- خطای اندازهگیری (Error): تفاوت بین عدد نمایشدادهشده و وزن واقعی. اگر این خطا از MPE (حداکثر خطای مجاز) فراتر رود، دستگاه باید تعمیر یا جایگزین شود.
- عدم قطعیت (Uncertainty): این مهمترین عدد در گواهینامه است. عدم قطعیت بیانگر محدوده تردید در اندازهگیری است.
- یعنی اگر ترازو عدد 10.000 گرم را نشان میدهد و عدم قطعیت 0.002 است، وزن واقعی چیزی بین 9.998 تا 10.002 گرم است.
تفسیر وضعیت قبولی (Pass/Fail)
صرفِ داشتن گواهینامه به معنای سالم بودن ترازو نیست. شما باید “تلرانس” فرآیند خود را با خطای گزارش شده مقایسه کنید. اگر خطای ترازو + عدم قطعیت آن، از تلرانس مجاز آزمایش شما بزرگتر باشد، آن ترازو برای آن آزمایش خاص غیرقابل استفاده است.
جدول عیبیابی سریع
در صورتی که ترازو در هنگام کالیبراسیون یا استفاده روزانه دچار مشکل شد، از این جدول برای ریشهیابی سریع استفاده کنید:
| مشکل مشاهده شده | علت احتمالی | راه حل پیشنهادی |
| نوسان دائمی عدد نمایشگر | جریان هوا یا الکتریسیته ساکن | بستن درب شیشهای / استفاده از دستگاه یونیزاتور |
| تغییر تدریجی عدد (Drift) | عدم همدمایی ترازو با محیط | اجازه دهید ترازو ۳۰ دقیقه روشن بماند (Warm-up) |
| خطای غیرعادی در گوشهها | تراز نبودن دستگاه یا نقص مکانیکی | تنظیم حباب تراز / بررسی تمیز بودن زیر سینی |
| نمایش وزن کمتر از واقعی | اصطکاک سینی با بدنه یا عدم تراز | اطمینان از آزاد بودن سینی / کالیبراسیون مجدد |
| پاسخ ندادن به وزنههای سبک | فعال بودن فیلترهای لرزشگیر | تنظیمات نرمافزاری ترازو (Stability settings) |
| خطای کالیبراسیون (Aborted) | استفاده از وزنه با کلاس نامناسب | جایگزینی وزنه استاندارد با کلاس بالاتر (مثلاً E2) |
نتیجهگیری
کالیبراسیون ترازوی آزمایشگاهی یک اقدام تشریفاتی یا صرفاً برای کسب مجوزهای قانونی نیست؛ بلکه تضمینکننده اعتبار علمی کار شماست. بدون کالیبراسیون منظم، تمام دادههای بهدستآمده در آزمایشگاه زیر سوال میروند.
نکات کلیدی برای یادآوری:
- کالیبراسیون فقط خطا را نشان میدهد، تنظیم (Adjustment) خطا را اصلاح میکند.
- شرایط محیطی (دما، تراز بودن و الکتریسیته ساکن) به اندازه خودِ ترازو در دقت نتایج نقش دارند.
- استفاده از وزنههای کلاس متناسب (مانند E2 برای ترازوهای دقیق) الزامی است.
با پیادهسازی یک برنامه کالیبراسیون منظم (روزانه توسط اپراتور و سالانه توسط آزمایشگاه مرجع)، میتوانید از صحت نتایج خود اطمینان حاصل کرده و عمر مفید تجهیزات گرانقیمت آزمایشگاهی خود را افزایش دهید.
