כיול

כִּיּוּל (או קליברציה) של מכשיר מדידה הוא פעולה המאפשרת הערכה של דיוק המדידה, וכוונון כלי המדידה כך שיהיה מדויק יותר. בניסוח מדעי, הכיול מאפשר להעריך את שגיאת המדידה. בכל מדידה קיימת שגיאת מדידה, או אי-ודאות, שנחשבת לחלק בלתי נפרד מתוצאת המדידה. בדרך כלל הגודל נמדד באופן עקיף ואת הגודל המבוקש מסיקים מתוך חוק פיזיקלי, למשל במדידת התנגדות חשמלית מודדים מתח וזרם שמהם מסיקים את ההתנגדות לפי חוק אוהם. במקרה זה צריך לקשר גם את השגיאות המתאימות. הלשכה הבין-לאומית למידות ולמשקלות (BIPM) מגדירה "כיול הוא ההשוואה המתועדת של מכשיר המדידה שיש לכייל, מול התקן ייחוס (Reference) שניתן לעקוב אחריו. יש לציין כי התקן הייחוס אינו בהכרח מכשיר אלא יכול להיות למשל מסה, חלק מכני, התקן ייחוס פיזי, נוזל ייחוס או גז." כאשר מכיילים מכשיר מדידה עם מכשיר אחר בעל דיוק גבוה יותר (מכשיר ייחוס), התהליך תמיד כולל אי ודאות מסוימת. אי ודאות פירושה כמות ה"ספק" בתהליך הכיול, כך שהיא מספרת עד כמה תהליך הכיול היה "טוב". אי ודאות יכולה להיגרם ממקורות שונים, כגון המכשיר הנבדק, התקן הייחוס, שיטת הכיול או תנאי סביבה. הכיול מקשר בין הגודל המבוקש ושגיאת המדידה שלו, לגדלים הנמדדים בפועל בניסוי והשגיאה שלהם, באמצעות שימוש ב"סטנדרטי מדידה", שיכולים להיות דגמים בעלי גודל ושגיאה ידועים, או מכשיר אחר בעל שגיאה ידועה המודד את אותו הגודל. נהוג לחלק את השגיאות לשגיאה אקראית (Precision), שהיא טווח התוצאות המתקבל במדידה בתנאים זהים (נקראת גם סטיית תקן או סטייה מהממוצע או הדירות), ולשגיאה שיטתית (Accuracy) שהיא הסטייה של ממוצע המדידות מהערך ה"אמיתי". כיול נועד למצוא את השגיאה השיטתית, כיונון נועד להפחית אותה. את השגיאה האקראית ניתן להפחית באמצעות מדידות רבות יותר בתנאים זהים. התוצאה של כיול יכולה להיות מוצגת באופנים רבים. בין הנפוצים: גודל קבוע להוספה או להכפלת התוצאה, פונקציה הקושרת תנאי סביבה וגודל נמדד לגודל המבוקש והשגיאה, ועוד. כל אלו עזרים חיצוניים לצמצום שגיאה אצל המשתמש, אך קיימת אפשרות לצמצם אותה פיזית במכשיר, התהליך נקרא כיונון (Adjustment), שזה כמו "איפוס" של מכשיר המדידה. למשל, המטרה של כיול מצלמות ראש סיכה יכולה להיות מציאת כל הפרמטרים של המצלמה: אורך מוקד, נקודת מרכז המסך, הזווית בין צירי המצלמה, קנה המידה של המצלמה בכל אחד מהצירים ועוד. כדי לכייל מצלמות ולקבל תוצאה זו, ניתן לצלם כמה תמונות של לוח משבצות מוטה בזוויות שונות, לא ידועות, ביחס למצלמה, ולהפיק את כל המידע הנדרש על המצלמה. כאשר מכיילים מכשיר מדידה עם מכשיר אחר בעל דיוק גבוה יותר (מכשיר ייחוס), התהליך תמיד כולל אי ודאות מסוימת. אי ודאות פירושה כמות השגיאה בתהליך הכיול, כך שהיא מספרת עד כמה תהליך הכיול היה מדויק. אי ודאות יכולה להיגרם ממקורות שונים, כגון המכשיר הנבדק, התקן הייחוס, שיטת הכיול או תנאי סביבה. אי ודאות במדידה ניתנת לחישוב והיא מייצגת את הפיזור של הערכים הנמדדים, ומייצגת את דיוק וטיב הכיול. כיול המכשירים מתבצע על ידי מעבדה מוסמכת על ידי אנשי מקצוע מומחים ומיומנים בתחום הכיול. הסמכת המעבדה מתבצעת על פי עקרונות אחידים עולמיים, ולרוב מבוססת על התקן הבינלאומי ISO/IEC 17025. תקן זה ניתן למעבדה על ידי גוף החבר בארגון ILAC - International Laboratory Accreditation Cooperation מעבדת בדיקה וכיול מקבלת תעודת הסמכה בה מוגדר באילו תחומים היא מוסמכת לכייל, מהם ערכי טווח הכיול וכן את דיוק המדידה בכל תחום. בישראל הסמכת מעבדות היא בסמכות הרשות הלאומית להסמכת מעבדות. כיול תקופתי למכשירים נדרש בהתאם לשימוש ולאופי המכשיר והמוצר. בקביעת תדירות הכיול נלקחים בחשבון הפרמטרים הבאים: מידת חשיבות המדידה המבוצעת במכשיר הנחיות יצרן היסטוריית היציבות של המכשיר דרישות אסדרה ומערכת האיכות השלכות ועלויות של כיול כושל שיקולים נוספים בהתאם לאופי המוצר והמכשיר קיימות מדידות עם השלכות חוקיות או עסקיות - למשל מדידת מהירות רכב בדיון בעבירות התנועה, שקילה או מדידת נפח של סחורות ועוד. הכיול חייב להתבצע עם כלי מדידה עם דיוק יותר גבוהה מהכלי הנבדק, בעל עקיבות (אנ') (כאשר שרשרת הכיולים מובילה לאמות מידה בינלאומיות). ישנם תקנים בין לאומיים שונים לשיטת ביצוע הכיול. במדינת ישראל מוסדר נושא כיול מכשירי המדידה עבור מדידות אלו בחוק מידות ומשקלות. הדרישות לכיול מוגדרות בנוהלי איכות של מכון התקנים הישראלי, בהתאם לנוהלי איכות בתקנים בינלאומיים. מדיה וקבצים בנושא כיול בוויקישיתוף שאלות נפוצות - כיול, באתר הרשות הלאומית להסמכת מעבדות International Vocabulary of Metrology – Basic and General Concepts and Associated Terms VIM, 3rd edition, JCGM 200:2008, המכון הבינלאומי למשקלות ומידות (BIMP) בפריז Experimentation and Measurement המכון הלאומי (של ארצות הברית) לתקנים וטכנולוגיה (NIST) International Vocabulary of Metrology 2008 2.39 Experimentation and Measurement p.93 Zhengyou Zhang, Flexible Camera Calibration By Viewing a Plane From Unknown Orientations »ABOUT ILAC (באנגלית)