Jak kalibrovat hladinoměry? Lze to vůbec?

Kalibrace je osvědčeným postupem pro průmyslová odvětví, která používají přesné přístroje k měření délky, hmotnosti, teploty, tlaku, průtoku, objemu a dalších. Měření výšky hladiny však nelze kalibrovat, protože pro něj neexistuje externí referenční bod.

Jde zkalibrovat hladinoměr? Mudrc by řekl: „Velmi opatrně.“ Většina výrobců nabízí certifikáty potvrzující kalibraci hladinoměrů, ale ty nejsou ve skutečnosti srovnatelné s jinými normami a schváleními. Krátká odpověď na tuto otázku by měla znít: Nelze. Ale proč?

Vysvětlení je složité. Abyste zjistili, co odlišuje úroveň (výšku hladiny) od ostatních měření, je důležité nejprve pochopit, co to je kalibrace.

Co je kalibrace?

Kalibrace je úkon ověřování a jemného doladění výstupu zařízení podle standardu nebo reference. Tato reference má neměnnou a známou hodnotu a všechny nástroje, které se odchylují od této hodnoty, by měly být upraveny tak, aby její výstup odpovídal standardu. V případě kalibrace s metrologickou návazností lze referenci vysledovat zpět k národnímu nebo mezinárodnímu standardu, čímž jsou zajištěny plošně srovnatelné výsledky měření.

Jako jednoduchý příklad vezměme kalibraci hodin u vašeho budíku. Při pohledu na něj zjistíte hodinu a minutu. Ale téměř všechny nezávislé (nepropojené) hodiny a hodinky nakonec poběží rychleji nebo pomaleji. Při nastavení správného času zkontrolujte svůj smartphone (musí být nastaven na synchronizaci hodin s operátorem) a poté proveďte úpravy hodin tak, aby se čas na budíku shodoval s časem na vašem smartphonu. V tomto případě je čas vašeho smartphonu referenčním bodem a vy kalibrujete hodiny podle tohoto důvěryhodného standardu.

Jaká je ale metrologická návaznost pro správný čas pro váš smartphone – nebo pro internet, satelity GPS a nespočet dalších zařízení po celém světě? Konečným odkazem jsou hlavní hodiny na americké námořní observatoři, které každou sekundu měří na základě frekvence emitovaného světelného záření izotopu ¹³³Cs. 1 sekunda je pak definována jako doba trvání 9 192 631 770 period záření, které odpovídá přechodu mezi dvěma hladinami velmi jemné struktury základního stavu tohoto izotopu. Tento atomový chronometr ve Washingtonu, D.C., je zdrojem metrologické návaznosti pro měření času.

Metrologie a kalibrace s metrologickou návazností ve světě

Metrologie je věda a studium o měření. Většina metrologických norem vychází z Národního institutu pro standardy a technologie (NIST), který je odpovědným metrologickým orgánem za „rozvíjení, udržování a šíření národních norem“ při ministerstvu obchodu USA.

Tyto a další instituty jsou zdrojem kalibrace s metrologickou návazností pro teplotu, tlak, délku, hmotnost, průtok, objem, vlhkost a mnoho dalších měření – ale ne pro výšku hladiny.

Problém s kalibrací měření výšky hladiny

Hlavní charakteristikou metrologické návaznosti je definovaný a standardizovaný proces měření. Jinými slovy, externí laboratoře nebo samotní zákazníci by měli být schopni dohledat kalibraci a v případě potřeby nezávisle potvrdit dosažené hodnoty. V tom spočívá problém. Zatímco procesy standardizace sekundy (čas), metru (délka), stupně (teplota), baru (tlak) atd. jsou dobře zdokumentovány a definovány, neexistuje oficiálně definovaná metoda pro měření výšky hladiny. Pro hladinu není možno dohledat žádnou kalibraci, protože chybí reference. Výška hladiny nemá ekvivalent „hlavních hodin“.

Někteří zákazníci by ale řekli: „Ten a ten výrobce nabízí kalibrační certifikáty pro své hladinoměry! Proč ne?“ Buďme upřímní: Někteří lidé prostě chtějí oficiálně vypadající kus papíru se správnými slovy. Jen málo lidí může posoudit, zda skutečně splňuje požadavky norem.

Při pokusu o kalibraci výšky hladiny se velmi často považuje hladinoměr za zařízení k měření délky. Existují skutečně národní a mezinárodní reference a standardy pro měření délek. Nicméně délka není výška hladiny. Proč? Důvod spočívá v měřených médiích hladinoměrů: kapaliny.

U plovákových hladinoměrů se hloubka ponoření – a tedy poloha plováku – mění s hustotou kapaliny, což vede k různým odchylkám výstupního signálu od „skutečné“ výšky hladiny. Dokonce i se zařízením s radarem nebo vedenou mikrovlnou dochází k odlišnému signálu v důsledku různých hodnot Dk (propustnost kyslíku) nebo permitivit pro různé kapaliny. Například voda zobrazí o něco vyšší hladinu než stejná hladina benzínu. Kromě toho výrobci radarových hladinoměrů používají pro své „kalibrace“ jiné zkušební procesy než výrobci plovákových hladinoměrů. Srovnatelnost? Žádná.

Jedinou možností kalibrace výšky hladiny je tedy definování interního procesu měření, který se týká pouze vlastního standardu společnosti. Tento přístup samozřejmě znamená, že výsledky nejsou srovnatelné s naměřenými výškami hladin na zařízení od jiných výrobců.

Naděje pro standard kalibrace výšky hladiny

Takže hladinoměr nemůže být nikdy zkalibrován? O něco delší odpověď je: „Ne, zatím ne.“ V současné době Mezinárodní elektrotechnická komise (IEC) připravuje standard, který by mohl poskytnout určitou jasnost ohledně kalibrace výšky hladiny.

Inženýři a technici společnosti KSR KUEBLER Niveau-Messtechnik GmbH berou problematiku kalibrace velmi vážně. Výrobce pro své hladinoměry nabízí protokoly o měření a testování, které dokumentují charakteristické hodnoty snímače. Avšak aby zákazníci nebyli klamáni zavádějícím mylným názvoslovím, jednoduše je tento proces nazván „pětibodovým měřením“ namísto „kalibrace“.

---

Kam dál?

Můžete si přečíst související články Magnetické stavoznaky s horní montáží, Měření výšky hladiny kapalin v jaderných elektrárnách, Jak správně určit spínaný bod plovákového limitního spínače?, Stavoznaky s vizuální signalizací pro měření výšky hladiny, nebo se podívat na naše další články, případně si projít kategorii související s tímto článkem (Měření výšky hladiny), nebo si prohlédnout relevantní produkt (). Bližší informace a výpis všech výrobků najdete na stránkách výrobce KSR Kuebler.

Pokud budete potřebovat více informací, nebo byste nám rádi něco sdělili, neváhejte kontaktovat přímo našeho specialistu, ať už přes formulář, nebo emailem.