10. ULUSAL AKUSTİK KONGRESİ YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ODİTORYUMU, İSTANBUL 16-17 Aralık 2013 TİTREŞİM UYARICISI KALİBRASYONU KONUSUNDA ULUSAL DÜZEYDE LABORATUVARLAR ARASI KARŞILAŞTIRMA Eyüp BİLGİÇ, Enver SADIKOĞLU, Cafer KIRBAŞ, Baki KARABÖCE TÜBİTAK Ulusal Metroloji Enstitüsü, Gebze, Kocaeli Tel: 0262 679 50 00, e-posta: eyup.bilgic@tubitak.gov.tr enver.sadikoglu@tubitak.gov.tr e-posta: cafer.kirbas@tubitak.gov.tr e-posta: baki.karaboce@tubitak.gov.tr ÖZET Laboratuvarlar arası karşılaştırmalar (LAK) ve yeterlilik testleri (YT), kalibrasyon/deney laboratuvarlarının teknik yeterliliklerini değerlendirmekte önemli bir araçtır. Bu husus, TS EN ISO/IEC 17025 standardı[1] ve Türk Akreditasyon Kurumu nun rehber dokümanında da belirtilir. Akredite laboratuvarların veya akreditasyon için başvuran laboratuvarların, akreditasyon kapsamlarındaki ölçüm büyüklükleri ile ilgili YT programına ve/veya LAK lara katılmaları ve başarılı sonuçlar elde etmiş olmaları TÜRKAK tarafından aranan bir gerekliliktir. Ülke içinde kalibrasyon laboratuvarlarının titreşim büyüklüklüleri karşılaştırma ihtiyaçları dikkate alınarak, ülkemizde ilk kez üç kurumun katılımıyla titreşim uyarıcı kalibrasyonu konusunda laboratuarlar arası karşılaştırma düzenlenmiştir. Bu bildiride düzenlenmiş olan karşılaştırmanın süreci ve sonuçları sunulmaktadır. Anahtar Kelimeler: Titreşim uyarıcı, Laboratuvarlar arası karşılaştırma, Metroloji INTER LABORATORY COMPARISON ABOUT VIBRATION EXCITER CALIBRATION ON NATIONAL LEVEL ABSTRACT Inter Laboratory Comparisons (ILC) and Proficiency Testing (PT) are important tools for evaluation of calibration/test laboratories qualification technically. This matter is expressed in TS EN ISO 17025 standard and in the Guide published by Turkish Accreditation Association. Participation to ILC and/or PT and obtaining successful results are demanded requisite by TURKAK for laboratories those accredited or applied for accreditation. ILC requirement of calibration laboratories in the scope of vibration has taken into account and first ILC in the country for calibration of vibration exciter was organized by participating three partners. In this paper, the progress and results of ILC are presented. Key Words: Vibration exciter, Interlaboratory comparison, Metrology.
1. GİRİŞ Kalibrasyon/deney hizmeti veren laboratuvarların test kapasitelerinin ve yeterliliklerinin değerlendirilmesi ve belgelendirilmesi TS EN ISO/IEC 17025 standardı kapsamında yapılmaktadır. Akreditasyon belgesi almak isteği olan laboratuvarlar, standardın 5.9 Deney ve kalibrasyon sonuçlarının kalitesinin güvencesi maddesi gereklerinden birisi laboratuvarlar arası karşılaştırmaya (LAK) veya yeterlilik deney (YT) programlarına iştirak etmeleri gerekmektedir. Laboratuvarlar, LAK/YT katılmaları ile uyguladıkları metot ve bu hizmet için oluşturdukları belirsizlik bütçelerinin doğru ve uygunluğunu teyit etmiş olurlar. LAK/YT kapsamında kullanılan ve uygulanılan dokümanlar tanımlanarak yürürlüğe konulmuştur [2-4]. Sahada gerçekleştirilen titreşim ölçümlerinde ölçüm zincirinin kontrolü için titreşim uyarıcılar kullanılmaktadır. Bu cihazlar bir frekansta ve bir seviyede ivme üretmektedir. Ölçümler öncesinde ölçüm sistemi ile titreşim uyarıcının ürettiği ivme düzeyi ölçülür. Böylece en azından belli bir frekanstaki belli bir ivme değerini doğru ölçebilmek, kullanılan ölçüm sistemi için bir ara kontrol niteliği taşımaktadır. Ortaya konulan bu nitelendirme kullanılan titreşim uyarıcıların kalibrasyonlarının önemine dikkat çekmektedir. 2. LABORATUVARLAR ARASI KARŞILAŞTIRMA DÜZENLENMESİ Titreşim uyarıcıların kalibrasyonları kapsamındaki karşılaştırmada idari hususların ortaya konması adına bir protokol oluşturulmuş ve karşılaştırma katılımcıları tarafından kabul edilmiştir. Karşılaştırmada TÜBİTAK UME Titreşim Laboratuvarı karşılaştırmayı düzenleyen pilot laboratuvar görevini yüklenmiştir. Titreşim uyarıcı kalibrasyonu yapabilme yeteneğine sahip iki Laboratuvar ( Lab A ve Lab B) karşılaştırma katılımcısı olmuşlardır. Oluşturulan Protokolün ana başlıkları ve içerikleri aşağıda verilmiştir: Kapsam Karşılaştırma kapsamında, Brüel & Kjaer marka 4294 model, Şekil 1, Titreşim Uyarıcısı kullanılmıştır. Cihaza ait detaylı bilgiler Brüel & Kjaer firmasının web sayfasından edilebilir. http://www.bksv.com/products/transducers/vibration/calibrators/4294.aspx Şekil 1. Brüel & Kjaer marka 4294 Titreşim Uyarıcısı Karşılaştırma ölçümleri sırasında Tablo 1 de verilen nominal değerleri verilen frekans, ivme değerlerinin ölçülmesi beklenmiştir. Tablo 1. Karşılaştırma Ölçüm Parametreleri Parametre Nominal Değeri Frekans, [Hz] 159,2 İvme (rms), [m/s²] 10
Zaman Çizelgesi Karşılaştırmada ölçüm sıralaması katılımcı sayısı da dikkate alınarak yıldız tipi dolaşım tercih edilmiştir. Bu tip dolaşımda transfer standardı, önce pilot laboratuvar sonra katılımcı laboratuvar daha sonra tekrar pilot laboratuvara gönderilir ve katılımcı sayısına göre bu işleme devam edilir. Karşılaştırma öncesinde TÜBİTAK UME tarafından karşılaştırmada kullanılan transfer standardının ivme ve frekans değerleri ölçülerek belirlenmiştir. Ölçümlerin Haziran-Temmuz 2013 döneminde yapılması planlanmış ve ölçümler planlanan dönem içerisinde tamamlanmıştır. Ölçüm sonuçlarının pilot laboratuvara gönderilmesi, sonuçların değerlendirilmesi ve karşılaştırma raporunun hazırlanması Kasım 2013 döneminde tamamlanmıştır. Sigorta Protokolde, karşılaştırma ölçümleri sırasında titreşim uyarıcıda meydana gelen hasarın, hasarı meydana getiren katılımcı laboratuvara ait olacağı bu nedenle cihazın, katılımcı laboratuvar tarafından sigorta edilmesi gerektiği belirtilmiştir. Sonuçların Geçerliliği Karşılaştırmanın başlangıcından bitimine kadar titreşim uyarıcısının sağlam ve ürettiği ivme ve frekans değerinin kararlı kalacağı varsayımı yapılmıştır. Aksi durum oluştuğunda Protokolde karşılaştırmanın durdurulacağı, durumun değerlendirilerek bir karar verileceği ifade edilmiştir. Karşılaştırma süresince sonuçların geçersiz olması durumu ortaya çıkmamıştır. Titreşim Uyarıcısının Transferi Karşılaştırmada kullanılan standart, katılımcıların başvuru sırasındaki taleplerine göre, TÜBİTAK UME den teslim alınmış ve geri teslim edilmiştir. Kargo ile teslim almayı tercih eden katılımcıların kargo giderlerini karşılayacakları protokolde ayrıca belirtilmiştir. Ölçümler İle İlgili Esaslar Karşılaştırma kapsamındaki ölçümleri her bir katılımcının adresindeki çalışma ortamlarında, kendilerine ait ve izlenebilirlikleri sağlanmış titreşim ölçüm donanımı ile gerçekleştirilecektir. Ölçümler için ortam şartları Sıcaklık : (23 ± 3) C ve ölçüm sırasındaki değişim ± 0,5 C Bağıl Nem : < % 70 Titreşim uyarıcısı, yüzeyi düzgün ve teraziye getirilmiş bir zemin üzerine konulmalıdır. Uygun olmayan yüzeylerde titreşim uyarıcı seviyesi değişken olabilir. Ölçüm sırasında ağırlığı 50 g geçmeyen ivmeölçer kullanılacaktır. Bu ivmeölçerin tercihen, kalibrasyon laboratuvarlarındaki referans ivmeölçer olması beklenmektedir. İvmeölçer titreşim uyarıcısına vida veya balmumu kullanılarak monte edilecektir. Bunların dışındaki diğer montaj yöntemleri kullanılmayacaktır. Montaj işlemi
uyarıcının hareketli kafasına ve hareketine zarar vermeyecek şekilde yapılacaktır. Vida ile montaj için 0,4 N m tork değeri aşılmayacaktır. İvmeölçer kablosunun, titreşim uyarıcısının çalışmasını engellemeden takılmasına dikkat edilmelidir. Sonuçların Raporlanması Katılımcı laboratuvarlardan ölçüm sonuçlarını ve belirsizlik değerlerini önceden belirlenmiş bir formatta pilot laboratuvara göndermeleri istenmiştir. Ayrıca beyan edilen belirsizlik değerlerinin, EA 4/02 ye [3] uygun olarak, standart belirsizliğin normal dağılım için yaklaşık % 95 güvenilirlik seviyesini sağlayan k=2 kapsam faktörü ile çarpımının sonucu elde edilen genişletilmiş belirsizlik değerleri olması gerektiği vurgulanmıştır. Değerlendirme Karşılaştırmada referans değer, TÜBİTAK UME de alınan ölçüm sonuçları üzerinden belirlenmiştir. Katılımcı laboratuvarların ölçüm sonuçları, ISO/IEC 17043 [4] standardında belirtilen ve eşitlik (1) e göre hesaplanan değerine göre değerlendirilmiştir. x lab : Katılımcı laboratuvarın ölçüm sonucu x ref : TÜBİTAK UME nin ölçüm sonucu U lab : Katılımcı laboratuvarın ölçüm belirsizliği U ref : TÜBİTAK UME nin ölçüm belirsizliği E n = x U lab 2 lab x ref + U 2 ref (1) değerine göre laboratuvarın ölçüm sonuçlarının değerlendirilmesi aşağıda verilen koşullara göre yapılmıştır. 1 ise başarılı > 1 ise başarısız 3. LAK ÖLÇÜMLERİ VE DEĞERLENDİRMESİ Karşılaştırmada kullanılan Brüel&Kjaer Marka 4294 Model titreşim uyarıcının kararlılık ölçümleri 12 Nisan 2013-26 Temmuz 2013 tarihleri arasında yapılmıştır. Karşılaştırma öncesinde, karşılaştırma sırasında ve sonrasında yapılan izleme ölçümlerinin sonuçları incelenmiştir. Yapılan değerlendirmede karşılaştırmada kullanılan titreşim uyarıcının hem ivme hem de frekans değerlerinde kayma olduğu ancak, karşılaştırmayı düzenleyen UME nin belirsizlik değeri dikkate alınarak yapılan değerlendirmede ise bu kaymanın ihmal edilebilir seviyede kayma olduğu gözlenmiştir. Bu nedenle karşılaştırma referans değeri olarak, kararlılık ölçümlerinin aritmetik ortalaması alınmıştır. Karşılaştırma referans değerleri Tablo 2 de, titreşim uyarıcının ivme seviyesi ve frekans kararlılıkları Şekil 2 ve Şekil 3 te verilmiştir.
Tablo 2. Karşılaştırma Referans ve Belirsizlik Değerleri Karşılaştırma Referans Değerleri, x ref Birim (%), (k=2) Birim İvme 9,952 m/s² 0,91 % Frekans 159,154 Hz 0,01 Hz Şekil 2. Titreşim uyarıcının ivme seviyesinin kararlılığı Şekil 3. Titreşim uyarıcının frekans kararlılığı Lab A ve Lab B nin karşılaştırma ölçüm sonuçları değerlendirilmeleri Tablo 3 ve Tablo 4 te verilmiştir. Tablo 3. İvme Seviyesi için Hesaplanan En faktörü ve Karşılaştırmanın Değerlendirmesi İvme, x lab (m/s²) (%), (k=2) (m/s²), (k=2) Lab A 9,93 1,0 0,099-0,17 Başarılı Lab B 9,99 1,5 0,150 0,21 Başarılı
Tablo 4. Frekans için Hesaplanan En faktörü ve Karşılaştırmanın Değerlendirmesi Frekans, x lab (Hz) (%), (k=2) (Hz), (k=2) Lab A 159,163 1,00 1,592 0,006 Başarılı Lab B 159,154 0,50 0,796 0,000 Başarılı TÜBİTAK UME nin karşılaştırmada referans olarak kullanılan ölçüm sonuçları, UME nin bu alanda verdiği hizmetlerin bir göstergesidir. TUBİTAK UME nin sonuçları için de bir değerlendirme yapılması istendiğinde eşitlik (1) ile verilen değerleri UME için hesaplanamayacaktır. Titreşim alanında yapılan uluslararası karşılaştırmalarda (CCAUV.V-K1, EURAMET AUV.V-K1 Karşılaştırmaları) karşılaştırmayı düzenleyen pilot laboratuvarın sonuçlarının da değerlendirilmeye alınabilmesi için karşılaştırma ortalama ve belirsizlik değerleri (Tablo 5) hesaplanmasında ağırlıklı ortalama değerleri dikkate alınır. Ağırlıklı ortalama değerlerinde tüm katılımcıların belirsizlik değerleri dikkate alınır. Böyle bir durum dikkate alınarak yapılan hesaplama ve karşılaştırmanın değerlendirme sonuçları Tablo 6 ve Tablo 7 de verilmiştir. Tablo 5. İvme için Ağırlıklı Ortalama Kullanılarak Hesaplanan Referans Değerler ve Belirsizlikleri Referans Değer, x ref Belirsizlik, U ref (k=2) İvme, m/s² 9,950 0,0608 Frekans, Hz 159,154 Tablo 6. İvme için Ağırlıklı Ortalama Kullanılarak Hesaplanan Referans Değer Kullanıldığında Hesaplanan faktörü ve Karşılaştırmanın Değerlendirmesi İvme, x lab m/s² m/s², k=2 Lab A 9,93 0,099-0,25 Başarılı Lab B 9,99 0,150 0,28 Başarılı UME 9,95 0,090 0,04 Başarılı
Tablo 7. Frekans için Ağırlıklı Ortalama Kullanılarak Hesaplanan Referans Değer Kullanıldığında Hesaplanan faktörü ve Karşılaştırmanın Değerlendirmesi Frekans, x lab Hz Hz, k=2 Lab A 159,163 1,592 0,006 Başarılı Lab B 159,154 0,796 0,000 Başarılı UME 159,154 0,01-0,003 Başarılı SONUÇ Ülkemizde titreşim alanında ilk kez düzenlenen titreşim uyarıcıların kalibrasyonu kapsamındaki karşılaştırma ölçümleri tamamlanmıştır. Karşılaştırma teknik protokolünde tanımlanan değerlendirme yöntemi kullanılarak yapılan hesaplamalar sonucunda katılımcı laboratuvarlar için ivme ve frekans büyüklükleri için hesaplanan normalizasyon hatası 1 şartını sağlanmaktadır. Bu nedenle katılımcı laboratuvarların Titreşim Uyarıcı kalibrasyonları için beyan ettikleri belirsizlik değerlerinin laboratuvarların kalibrasyon yeteneklerini desteklediği sonucuna varılmıştır. KAYNAKLAR [1] TS EN ISO/IEC 17025 Deney ve Kalibrasyon Laboratuvarlarının Yeterliliği İçin Genel Şartlar [2] P704, TÜRKAK Yeterlilik Deneyleri ve Laboratuvarlar arası Karşılaştırma Programları Prosedürü, Rev 3, 26.01.2006 [3] EA 4/02 Expression of the Uncertainty of Measurement in Calibration, Rev 00, December 1999 [4] ISO/IEC 17043 Conformity Assessment - General Requirements For Proficiency Testing, 2010, First Edition