Calibration of Non-Automatic Weighing Instruments - NAWI
มาตรฐาน DKD-R 5-7 (Calibration of Non-Automatic Weighing Instruments - NAWI) คือ
แนวทางการสอบเทียบเครื่องชั่งเชิงพาณิชย์และห้องปฏิบัติการที่ได้รับการยอมรับในระดับสากล พัฒนาโดย
Deutscher Kalibrierdienst (DKD) ประเทศเยอรมนี ซึ่งเป็นต้นแบบและถูกนำมาเรียบเรียงเป็นมาตรฐาน
EURAMET cg-18 ในระดับสหภาพยุโรป
หลักการสำคัญของ DKD-R 5-7 ไม่ใช่เพียงการปรับแต่ง (Adjustment) เครื่องชั่ง แต่คือการประเมินและระบุ
ค่าความไม่แน่นอนของการวัด (Measurement Uncertainty) ตลอดช่วงการใช้งาน เพื่อให้ผู้ใช้เครื่องชั่งนำ
ค่าที่ได้ไปประเมินความเหมาะสมในการใช้งานจริง (Process Uncertainty / Minimum Weight)
การสอบเทียบตาม DKD-R 5-7 จะต้องดำเนินการสอบเทียบ 3 การทดสอบหลัก (Three Core Tests) ภายใต้
สภาวะแวดล้อมที่ควบคุม
เป็นการทดสอบความสามารถในการให้ผลลัพธ์ที่คงที่เมื่อวัดมวลก้อนเดิมซ้ำๆ ภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน
วิธีการ: วางตุ้มน้ำหนักมาตรฐาน (โดยทั่วไปเลือกใช้ตุ้มน้ำหนักประมาณ 50% ถึง 100% ของพิกัดชั่ง
สูงสุด Max) บนจานชั่ง นำออก และวางซ้ำในตำแหน่งเดิมอย่างน้อย 5 ถึง 10 ครั้ง
การประเมิน: คำนวณหาค่าส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน (Standard Deviation, $s(r)$)
$s(r)=\sqrt{\frac{1}{n-1}\sum_{i=1}^{n}(l_{i}-l)^{2}}$
(เมื่อ 1, คือค่าที่อ่านได้ และ I คือค่าเฉลี่ย)
เป็นการประเมินผลกระทบเมื่อวางวัตถุไม่อยู่ตรงกลางจานชั่ง (Corner Load Effect)
วิธีการ: ใช้ตุ้มน้ำหนักประมาณ $1/3$ ถึง $1/2$ ของพิกัดสูงสุด Max (หรือตามกำหนดในมาตรฐาน) วาง
ที่ตำแหน่งกึ่งกลางจานชั่ง (ตำแหน่ง1) จากนั้นย้ายไปวางตามตำแหน่งมุมต่างๆ ของจานชั่ง (ตำแหน่ง2
5)
การประเมิน: หาค่าความแตกต่างสูงสุดของการอ่านค่าระหว่างตำแหน่งมุมเทียบกับตำแหน่งกึ่งกลาง
$\Delta I_{ecc}$
$\Delta I_{ecc}=|I_{pos}-I_{center}|$
เป็นการวัดความสัมพันธ์ระหว่างมวลจริงที่วางบนจานชั่งกับค่าที่เครื่องชั่งแสดงผล ตลอดช่วงการใช้งาน
(Calibration Range)
วิธีการ:
O
เลือกจุดสอบเทียบอย่างน้อย 5 จุด ครอบคลุมตั้งแต่ zero ถึง Max
ทำการวัดทั้งขาขึ้น (Increasing Load) และขาลง (Decreasing Load) เพื่อตรวจสอบอาการ
Hysteresis (ความแตกต่างของค่าอ่านได้ ณ จุดเดียวกันระหว่างตอนเพิ่มและลดน้ำหนัก)
การประเมิน: หาค่าความผิดพลาดการแสดงผล (Error of Indication, E)
$E=I-m_{ref}$
(เมื่อ 1 คือค่าที่เครื่องชั่งอ่านได้ และ $m_{ref}$ คือค่ามวลจริงของตุ้มน้ำหนักมาตรฐาน)
ตามหลักการของ GUM (ISO/IEC Guide 98-3) ความไม่แน่นอนรวมขยาย (Expanded Uncertainty, U) มี
สมการพื้นฐานคือ:
$U=k\cdot u_{c}(y)$
โดย k คือ Coverage Factor (โดยทั่วไปกำหนดให้ $k=2$ สำหรับระดับความเชื่อมั่นประมาณ 95%) และ
$u_{c}(y)$ คือความไม่แน่นอนมาตรฐานรวม (Combined Standard Uncertainty)
องค์ประกอบความไม่แน่นอนหลักใน DKD-R 5-7
| ที่ | แหล่งที่มาของความไม่แน่นอน (Uncertainty Source) | ประเภท | สมการคำนวณ ui |
|---|---|---|---|
| 1 | Repeatability $(u_{r})$ | Type A | $u_{r}=s(r)$ หรือ $u_{r}=\frac{s(r)}{\sqrt{n}}$ (ขึ้นกับบริบทการใช้งาน) |
| 2 | Resolution $(u_{res})$ | Type B | $u_{res}=\frac{d}{2\sqrt{3}}$ (เมื่อ d คือค่าความละเอียด Scale Interval) |
| 3 | Reference Mass Standard $(u_{mref})$ | Type B | $u_{mref}=\sqrt{(\frac{U_{std}}{k_{std}})^{2}+u_{drift}^{2}}$ |
| 4 | Eccentricity $(u_{ecc})$ | Type B | $u_{ecc}=\frac{\Delta I_{ecc,max}}{2\cdot L_{ecc}\cdot\sqrt{3}}\cdot L_{x}$ |
| 5 | Buoyancy Effect $(u_{buoy})$ | Type B | ขึ้นกับความหนาแน่นของอากาศและความหนาแน่นของตุ้มน้ำหนัก |
| 6 | Temperature / Environment $(u_{temp})$ | Type B | ประเมินจากค่า Temperature Coefficient ของเครื่องชั่งและความต่างอุณหภูมิ |
รวมค่าความไม่แน่นอนมาตรฐานแบบ Combined Standard Uncertainty:
$u_{c}(E)=\sqrt{u_{r}^{2}+u_{res}^{2}+u_{mref}^{2}+u_{ecc}^{2}+u_{temp}^{2}+\cdot\cdot\cdot}$
การสอบเทียบตาม DKD-R 5-7 ให้ผลลัพธ์ที่สำคัญ 2 ประการสำหรับห้องปฏิบัติการและภาคอุตสาหกรรม:
1. Uncertainty Curve (กราฟความไม่แน่นอน):
ความไม่แน่นอนของการชั่งจะแปรผันตามน้ำหนักที่ชั่ง m โดยปกติจะเขียนอยู่ในรูปฟังก์ชันเส้นตรง:
$U(m)=a+b\cdot m$
2. Minimum Sample Weight (น้ำหนักชั่งขั้นต่ำสุด):
ใช้กำหนดเกณฑ์ความปลอดภัยของการชั่ง (Safety Factor) สำหรับกระบวนการคุณภาพ เช่น ISO 9001,
GMP, GLP หรือ USP Chapter 41 โดยคำนวณจาก:
$m_{min}=k_{safety}\cdot\frac{U(m)}{Req_{\_}Accuracy}$
ศึกษาเนื้อหาและรายละเอียดเชิงลึกของมาตรฐาน DKD-R 5-7 (PDF)