Liên kết chuẩn đo lường (traceability): chuỗi hiệu chuẩn từ đơn vị SI tới thiết bị hiện trường

Liên kết chuẩn đo lường là gì: chuỗi hiệu chuẩn không đứt đoạn từ đơn vị SI, chuẩn quốc gia tới thiết bị hiện trường, CIPM MRA, ILAC MRA, VILAS, các trường hợp chuỗi bị đứt và cách kiểm tra.

Một load cell trên công trình báo 152,3 kN. Con số đó đáng tin vì đâu? Vì load cell đã được hiệu chuẩn với một máy chuẩn lực, máy chuẩn lực được hiệu chuẩn bằng lực kế chuẩn, lực kế chuẩn lại được hiệu chuẩn tại viện đo lường quốc gia, và cứ thế lên tới định nghĩa của đơn vị newton. Chuỗi đó gọi là liên kết chuẩn đo lường (metrological traceability). Thiếu một mắt xích, con số 152,3 kN chỉ còn là một con số. Bài này giải thích liên kết chuẩn là gì, vì sao giấy hiệu chuẩn của một phòng thí nghiệm ở Việt Nam được chấp nhận ở nước khác, những trường hợp chuỗi bị đứt và cách kiểm tra liên kết chuẩn trên giấy chứng nhận.

1. Liên kết chuẩn là gì

Theo Từ vựng quốc tế về đo lường học (VIM, JCGM 200:2012), liên kết chuẩn là tính chất của một kết quả đo: kết quả đó liên hệ được với một chuẩn tham chiếu thông qua một chuỗi hiệu chuẩn không đứt đoạn và được lập thành văn bản, trong đó mỗi lần hiệu chuẩn đều đóng góp vào độ không đảm bảo đo. Có ba ý quan trọng:

• Liên kết chuẩn là tính chất của kết quả đo, không phải của một thiết bị hay một công ty. Một thiết bị có giấy hiệu chuẩn nhưng dùng sai dải, sai điều kiện thì kết quả vẫn không có liên kết chuẩn.
• Chuỗi phải không đứt đoạn: mỗi mắt xích được hiệu chuẩn với mắt xích cao hơn còn hiệu lực.
• Mỗi mắt xích phải có độ không đảm bảo đo. Không có độ không đảm bảo thì không đánh giá được mắt xích tiếp theo.

2. Chuỗi từ đơn vị SI tới thiết bị hiện trường

• Đỉnh: đơn vị của Hệ đơn vị quốc tế SI. Viện Đo lường Quốc tế (BIPM) điều phối việc so sánh chuẩn quốc gia giữa các nước.
• Chuẩn quốc gia: ở Việt Nam, Viện Đo lường Việt Nam giữ và duy trì các chuẩn quốc gia, tham gia so sánh với các viện đo lường trong khu vực (chương trình APMP) và quốc tế.
• Chuẩn chính của phòng hiệu chuẩn: lực kế chuẩn, áp kế píttông, căn mẫu, gia tốc kế chuẩn… được hiệu chuẩn tại viện đo lường hoặc tại phòng thí nghiệm có năng lực cao hơn.
• Chuẩn công tác: thiết bị dùng hằng ngày để hiệu chuẩn thiết bị khác, được so định kỳ với chuẩn chính.
• Thiết bị đo sản xuất, hiện trường: load cell, áp kế, đồng hồ so, gia tốc kế quan trắc.

3. Độ không đảm bảo tăng dần theo chuỗi

Mỗi lần hiệu chuẩn cộng thêm độ không đảm bảo của chính phép hiệu chuẩn đó (độ lặp lại, độ phân giải, ảnh hưởng nhiệt độ, độ ổn định của chuẩn…). Vì vậy:

• Càng xuống thấp, độ không đảm bảo càng lớn. Chuỗi ngắn và mỗi bậc đủ tốt thì thiết bị hiện trường mới đạt yêu cầu.
• Chuẩn dùng để hiệu chuẩn nên tốt hơn thiết bị cần hiệu chuẩn nhiều lần. Một quy tắc thực hành hay gặp là tỉ số khoảng 4:1 giữa dung sai của thiết bị và độ không đảm bảo của phép hiệu chuẩn; cách tính và giới hạn của quy tắc này có ở bài về quy tắc quyết định trong loạt.
• Không thể có thiết bị hiện trường "chính xác hơn" chuẩn đã hiệu chuẩn nó.

4. Vì sao giấy hiệu chuẩn được thừa nhận quốc tế

• CIPM MRA (ký năm 1999): các viện đo lường quốc gia thừa nhận chuẩn quốc gia và giấy hiệu chuẩn của nhau, dựa trên kết quả so sánh quốc tế. Năng lực đo và hiệu chuẩn (CMC) của từng viện được công bố trên cơ sở dữ liệu KCDB của BIPM.
• ILAC MRA và thỏa thuận khu vực APAC MRA: các tổ chức công nhận thừa nhận kết quả công nhận của nhau. Ở Việt Nam, Văn phòng Công nhận Chất lượng (BoA) công nhận phòng thí nghiệm theo ISO/IEC 17025 với chương trình VILAS.
• Chính sách về liên kết chuẩn của ILAC (ILAC P10) chấp nhận liên kết chuẩn qua viện đo lường quốc gia có CMC phù hợp hoặc qua phòng hiệu chuẩn được công nhận bởi tổ chức thuộc ILAC MRA. Ngoài hai đường này, phòng thí nghiệm phải tự chứng minh liên kết chuẩn bằng bằng chứng đầy đủ.

5. Đỉnh chuỗi thay đổi: định nghĩa lại SI năm 2019

• Từ ngày 20/5/2019, cả bảy đơn vị cơ bản của SI được định nghĩa bằng cách cố định giá trị các hằng số tự nhiên. Kilogam không còn gắn với một vật mẫu bằng kim loại mà gắn với hằng số Planck, hiện thực bằng cân Kibble hoặc phương pháp đếm nguyên tử.
• Với người dùng ở hiện trường, không có gì thay đổi về giá trị: một newton vẫn là một newton. Thay đổi nằm ở đỉnh chuỗi: không còn rủi ro vật mẫu bị trôi khối lượng theo thời gian, và về nguyên tắc nước nào có thiết bị phù hợp cũng hiện thực được đơn vị.
• Các đại lượng trong loạt bài này đều dẫn xuất từ đơn vị cơ bản: lực (N = kg·m/s²), áp suất (Pa = N/m²), chuyển vị (m), gia tốc rung (m/s²).

6. Những trường hợp chuỗi bị đứt

Các lỗi trên hay gặp khi đánh giá nội bộ hoặc khi khách hàng kiểm tra. Lỗi thứ tư và thứ sáu khó thấy nhất: giấy tờ đầy đủ, chuẩn còn hạn, nhưng độ không đảm bảo của phép đo không còn phù hợp với mục đích sử dụng.

7. Kiểm tra liên kết chuẩn trên giấy chứng nhận

1. Đơn vị cấp giấy: có dấu công nhận (ví dụ VILAS kèm số hiệu) và phép hiệu chuẩn đó có nằm trong phạm vi được công nhận không. Tra danh mục phạm vi công nhận trên trang của BoA: đại lượng, dải đo, quy trình và CMC.
2. Mục chuẩn sử dụng: giấy tốt thường ghi chuẩn nào đã dùng, số giấy chứng nhận và nơi hiệu chuẩn chuẩn đó.
3. Kết quả có độ không đảm bảo kèm hệ số phủ k (thường k = 2, mức tin cậy khoảng 95 %).
4. Dải và điểm hiệu chuẩn bao trùm vùng thiết bị thực sự được dùng.
5. Ngày hiệu chuẩn và chu kỳ do người dùng đặt ra vẫn còn hiệu lực ở thời điểm đo.
6. Điều kiện môi trường lúc hiệu chuẩn (nhiệt độ, độ ẩm) và điều kiện sử dụng thực tế có khác xa nhau không.

8. Hiệu chuẩn nội bộ có liên kết chuẩn không

Có, nếu làm đủ: chuẩn công tác được hiệu chuẩn ở nơi có liên kết chuẩn; có quy trình hiệu chuẩn bằng văn bản; người làm được đào tạo; điều kiện môi trường được kiểm soát; mỗi kết quả có độ không đảm bảo; hồ sơ lưu đầy đủ. Hiệu chuẩn nội bộ giúp giảm chi phí và rút ngắn thời gian với các thiết bị dùng nhiều (đồng hồ áp suất, đồng hồ so, load cell trong dây chuyền). Thiết bị dùng làm chuẩn thì nên gửi phòng hiệu chuẩn được công nhận.

9. Xem thêm

• Cảm biến lực (load cell): cấu tạo, nguyên lý và cách chế tạo.
• Các bài khác trong loạt: kiểm định, hiệu chuẩn và thử nghiệm khác nhau thế nào; ISO/IEC 17025 và công nhận VILAS; cách đọc giấy chứng nhận hiệu chuẩn; độ không đảm bảo đo theo GUM.