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캘리브레이터 Calibrator

캘리브레이션 Calibration 의 정의

캘리브레이터 calibrator 란 특정한 적용분야와 관련하여 장비의 정확도를 조정하는데 사용되는 장치입니다. 가장 정교한 산업장비도 캘리브레이션이 이루어지지 않으면 쓸모가 없습니다. 캘리브레이션, 즉 각 장비에 맞게 교정을 함으로써 해당 장비가 예측, 신뢰가 가능하며 품질표준을 충족하는결과를 제공할 수 있도록 합니다.

간단히 정의한다면 캘리브레이션(Calibration)은 제조사의 사양을 충족하도록 장비를 조정하는 프로세스입니다. 캘리브레이션은 또한 때때로 캘리브레이션성적서 또는 인증서를 포함하는 데이터의 작성으로 규정되며 이는 최종사용자에게 해당 제품이 제품 사양에 적합하다는 것을 보장합니다. 예를 들자면, 산업분야를 위한 전세계적 기준을 수립한 ISO 9001 표준을 발행한 국제 표준화 기구(ISO)의 지침들과 같은 외부 지침 또한 준수할 수도 있음을 보장할 수 있는 것입니다. 기업은 자사의 제품 및/또는 서비스가 협력업체와 고객들에게 인정받도록 보장하기 위하여 그러한 표준을 준수합니다. 이러한 점에서 캘리브레이션의 두 번째 정의는 좀 더 적절하게 표현하자면 인증(Certification)이라 칭할 수 있습니다.

대부분의 장비와 센서는 일정한 정확도 사양을 충족하도록 설계됩니다. 장비가 그러한 기술사양을 충족하도록 조정하는 프로세스를 캘리브레이션 Calibration 이라고 하며, 다른 장비들을 캘리브레이션하는데 사용되는 장비를 캘리브레이터 Calibrator 라고 합니다. 캘리브레이터는 캘리브레이션 대상 장비에 따라 다양한 형태와 기능을 가지고 있습니다.

Calibrators

캘리브레이터에 관한 더 자세한 정보

미국 국립표준기술원(NIST)이 정한 추적성Traceability 이란 무엇인가


미국 국립표준기술원(NIST)은 미연방 상무부의 일부이며 국제 단위계(SI)에 일치하는 측정표준과 기술의 개발을 감독합니다. NIST는 또한 캘리브레이션 및 기타 서비스를 통하여 이러한 표준을 미국의 측정제도에 도입하는 책임을 지닙니다. 미국의 산업이 국제표준을 충족하도록 지원하기 위하여 NIST는 다른 여러 프로그램들 중에서도 기업이 측정결과의 추적성을 수립할 수 있게 해주는 시험기관 인정 프로그램을 제공하고 있습니다.

캘리브레이션 프로세스

캘리브레이션을 필요로 하는 장비를 갖춘 기업은 해당 장비를 전문 검교정 기관에 보낼 수 있습니다. 해당 기관에서는 숙련된 기술자가 엄격한 캘리브레이션 요구사항을 충족하여야 하는 측정/시험장비를 활용하여 해당 장비가 기술사양을 충족하도록 도움을 주거나 이미 그러한 기준을 충족하고 있음을 확인시켜 줍니다. 산업 프로세스에서 사용되는 전체 또는 일부 부품들에 대한 캘리브레이션이 가능합니다. 온도 캘리브레이션을 예로 들면, 온도센서가 캘리브레이션이 필요할 수도 있고, 계측기만 캘리브레이션이 필요할 수도 있고, 아니면 계측기와 센서를 같이 시스템 캘리브레이션 해야 할 경우도 있습니다. 캘리브레이션 중에 이루어진 조정은 일정한 허용범위 내에 속해야 합니다. 그러한 허용범위는 해당 장비의 규정된 정확도로부터 매우 작은 범위의 수용 가능한 편차를 나타냅니다.

장비의 캘리브레이션 주기

제조사는 보통 보유 장비에 대한 최초 캘리브레이션을 수행합니다. 그 이후 캘리브레이션은 자체적으로 이루어질 수도 있고 제 3자 캘리브레이터관 또는 해당 장비의 제조사에 의하여 이루어질 수도 있습니다. 다시 캘리브레이션 하는 주기는 장비의 유형에 따라 달라지게 됩니다. 예를 들어 유량계의 재교정에 대한 결정은 주로 해당 유량계가 적용분야에서 얼마나 잘 기능하는가에 따라 달라집니다. 유량계를 통과하는 액체가 마모성 또는 부식성을 가지고 있다면 유량계의 부품은 짧은 시간 내에 열화 됩니다. 양호한 환경에서는 한 유량계를 재교정이 필요 없이 수년 간 사용할 수도 있습니다. 그러나 원칙적으로 재교정은 최소 연 1회 이루어져야 합니다. 물론 위험성이 큰 적용분야에서는 캘리브레이션 주기가 더 짧아질 것입니다.

일반적인 캘리브레이션에 필요한 것

캘리브레이션의 일반원칙을 설명하는데 있어 저울이 상당히 유용합니다. 아르키메데스와 레오나르도 다빈치는 균형을 유지하여 무게를 측정하기 위하여 기계식 지렛대에 캘리브레이션된 균형추를 위치시키는 방법을 사용하였습니다. 이러한 장치는 다양한 형태가 있는데 다수의 지렛대를 사용하기도 하며 각각의 지렛대는 길이가 다르며 단일 기준무게로 균형이 맞춰져 있습니다. 여기에 캘리브레이션된 용수철이 기준무게를 대신하게 합니다.

유압식 및 전자식(스트레인 게이지 기반) 로드셀의 도입은 칭량 기술에 있어 처음으로 이루어진 중요한 디자인의 변화였습니다. 오늘날 가공 플랜트에서는 대부분의 적용분야에 있어 전자식 로드셀을 선호합니다. 변환기와 로드셀이 제대로 기능하는지 여부를 점검하려면 사용자는 다음 질문에 답을 하여야 합니다.
저울에 아무 것도 올려져 있지 않거나 어떠한 하중도 가해지지 않는 경우 0을 가리키고 있는가?
무게가 배로 늘어나면 저울이 가리키는 수치도 배가 되는가?
하중의 위치가 변하여도(하중이 고르게 분배되지 않아도) 저울은 동일한 무게를 가리키는가?
만약 이 질문들에 대한 답이 예라면 셀과 변환기는 정상적으로 기능하고 있을 것입니다.

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Black Body Calibrator 흑체 캘리브레이터 (Black Body Calibrator)
블랙바디(Black body)는 적외선 온도계의 캘리브레이션에 사용됩니다. 보통 블랙바디는 높은 방사율을 가진 표적면으로 이루어져 있습니다. 표적면의 온도는 매우 엄격한 수준의 허용치까지 제어 가능합니다. 적외선 온도계의 캘리브레이션을 위하여 온도계는 표적면의 온도를 측정합니다. 표적면의 제어온도는 온도계가 측정한 수치와 비교됩니다. 그 이후 두 측정치 간의 차이가 최소가 될 때까지 온도계에 대한 조정이 이루어집니다. 표적면의 높은 방사율은 방사율 오류를 최소화합니다.
Block 캘리브레이터 블록 캘리브레이터 (Block Calibrator)
블록 캘리브레이터는 온도 탐침기의 캘리브레이션에 사용됩니다. 블록 캘리브레이터는 정밀한 온도까지 가열 가능한 금속 블록을 포함하고 있습니다. 온도 센서 프로브(탐침기)는 블록 내에 삽입할 수 있으며 탐침기의 측정 온도를 블록의 제어온도와 비교할 수 있습니다. 온도 센서 프로브(탐침기)는 보통 조정이 불가능하기 때문에 이는 캘리브레이션이라기 보다는 검증 프로세스라 할 수 있습니다.
시뮬레이터 시뮬레이터 및 신호 기준
패널 미터나 온도 제어기와 같은 장비를 캘리브레이션할 때에는 알려진 정밀 전기신호를 입력하여야 합니다. 장비의 표시 또는 출력수치는 그 이후 입력수치와 일치하도록 조정 가능합니다. 신호 기준은 정밀한 신호를 생성하는데 사용됩니다. 신호 기준은 전압 기준, 전류 기준 그리고 주파수 기준으로 사용 가능합니다. 써모커플과 같이 센서를 인식하는 장비를 캘리브레이션하는 경우 시뮬레이터라 불리는 특수한 유형의 신호 기준을 사용합니다. 시뮬레이터는 센서의 입력을 정확하게 재현할 수 있습니다. 다수의 신호 기준 및 시뮬레이터는 신호를 생성할 뿐만 아니라 이를 인식할 수도 있습니다.
샌드배스 유동식 샌드 배스 캘리브레이터 (Sand bath)
3축 가속도계는 X, Y 그리고 Z 축의 진동을 측정합니다. 세 개의 결정을 갖추고 있으며 각각의 결정은 서로 다른 축의 진동에 반응합니다. 출력도 세 가지 신호를 가지고 있으며 각각의 출력신호는 세 축 중 하나의 진동을 나타냅니다. ACC301은 경량의 티타늄 구조와 10mV/g의 출력 그리고 3에서 10 kHz의 주파수 범위에 대한 +/-500 g의 동적 범위를 가지고 있습니다.
냉점 캘리브레이터 ice point™ 냉점 캘리브레이션 챔버
ice point™ 냉점 캘리브레이션 챔버는 가장 정밀하고 안정적인 0°C 기준 챔버를 만들어내기 위하여 열전 냉각 소자를 이용합니다. 기준 챔버는 온도 센서 프로브 캘리브레이션에 사용되지만 흔히 써모커플을 인식하는 장비의 캘리브레이션 및 검증을 위한 써모커플 신호를 재현하기 위해서도 사용됩니다.

자주 묻는 질문

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캘리브레이션이 중요한 이유

1934년 4월 12일에 뉴햄프셔의 워싱턴 산 정상에서 풍속계가 그 당시까지의 가장 높았던 시간당 231마일의 지상풍속을 측정하였습니다. 1933년에 캘리브레이션이 이루어졌던 워싱턴 산의 풍속계는 세계기록 측정이 이루어진 후에 다시 캘리브레이션 되었고 정확한 것으로 증명되었습니다. 1997년 12월 태풍이 괌을 강타했을 때 그 기록이 깨진 듯 했습니다 — 미 공군기지의 풍속계는 광풍의 속도를 시간당 236마일로 기록하였습니다. 그러나 해당 수치는 미 기후재해위원회(National Climate Extremes Committee)가 괌의 풍속계를 신뢰할 수 없다고 판정함에 따라 유효성이 인정되지 않았습니다. 계측 전문가들에게 종전 기록의 유지는 캘리브레이션의 중요성에 대한 실례가 되었습니다.

각주: 시간당 231마일보다 빠른 풍속은 토네이도 안에서 발생하는 것으로 생각되지만 어떠한 기록 장치도 토네이도처럼 극한의 상황에서 버텨내질 못하였습니다. 소문과는 반대로 워싱턴 산의 풍속계는 1934년의 폭풍에도 견뎌냈습니다. 오늘날 이 풍속계는 산정상의 관측소 박물관에 위치해 있습니다. 캘리브레이션이 제대로 이루어지지 않았을 경우의 좀 더 현실적인 예에 대해서는 냉동식품의 조리법에 관한 내용인 “오븐의 온도는 다를 수 있습니다”만 살펴보아도 됩니다. 이러한 경고문이 있는 이유는 대부분의 가정용 오븐은 공장 출시 이후에 다시 캘리브레이션이 이루어지는 일이 없기 때문입니다. 소비자에게는 이정도 오차 범위는 아무런 문제가 없지만 제조사에게는 다릅니다. 기업이 ISO 9001을 준수하려면 장비의 캘리브레이션이 필요합니다. 그러나 이러한 규칙만으로는 최고의 기업들이 캘리브레이션을 정확히 그리고 자주 수행하는 일의 중요성을 인식하고 있는지를 설명하지 못합니다.

제대로 구축된 캘리브레이션 프로그램이 가져올 수 있는 품질, 생산성 그리고 수익에 있어서의 이득을 고려한다면 캘리브레이션 비용은 타당한 것입니다. 간단한 캘리브레이션업무는 보유 중인 캘리브레이터를 활용하여 자체적으로 적절히 이루어질 수 있지만 캘리브레이션을 높은 우선순위로 두고 있는 대부분의 중견기업이나 대기업은 독립적인 검교정 기관의 서비스를 선택합니다. 독립적인 검교정 기관이 사용하는 종류의 장비들은 고가이며 그러한 장비의 운용에는 숙련된 기술자가 필요합니다. 특정 인증을 받아야 된다면 비용은 더욱 늘어나게 됩니다. 상당한 규모를 가진 기업이라면 일상적으로 이루어지는 다수의 캘리브레이션 업무를 수행하기 위한 캘리브레이터 및 자동화 장비에 투자하는 것을 고려할 수도 있습니다.