计量检测体系中测量过程验证与控制初探.doc

计量检测体系中关键测量过程验证与控制初探李刚 张华 杨克友 王勇 闫良云摘要：文章介绍了在计量检测体系确认工作中，对有代表性的关键测量过程的验证与控制方法的探索与分析。关键词：计量检测体系；关键测量过程；验证；过程控制1引言有效的计量检测体系可确保测量设备和测量过程适用于预期使用要求，是现代企业计量的一种科学管理模式。张钢总厂根据GB/T 190222003/ISO 10012：2003测量管理体系-测量过程和测量设备的要求和JJF1112-2003计量检测体系确认规范建立并完善计量检测体系。新版国家标准于2004年3月1日正式实施，张钢总厂是全国首批申请新版计量确认的单位。标准中明确了满足计量要求是计量检测体系的根本目的，强调对测量过程的控制要求。在7.2.2测量过程设计中指出：“应根据顾客、组织和法律法规的要求确定计量要求。为了满足这些规定要求而设计的测量过程应形成文件，并确认有效”，“对每一测量过程，应识别有关的过程要素和控制。要素和控制限的选择要与不符合规定的要求时引起的风险相称。这些过程要素和控制应包括操作者、设备、环境条件、影响量和应用方法的影响”。2具体方案测量设备的计量特性与顾客的计量要求的直接比较称为验证。在实际工作中，由于测量设备数量众多，因此可以选择关键性操作作为相类似操作的代表，即关键测量过程，对其进行验证，并控制测量过程。我们对验证与控制的方法进行了大量的探索工作。我们选择了多个有代表性的关键操作点，下面以1#高炉水冷压力测量系统为例进行说明。2.1验证根据顾客、组织和法律法规的要求确定计量要求，确定和量化测量过程预期用途所要求的性能特性，并与测量设备计量特性进行对比，对比项目见表1表1 关键检测点计量验证一览表计 量 要 求测 量 设 备 的 计 量 特 性确认状态序号测试点及参数名称测量范围最大测量误差稳定性分辨力环境条件测量设备名称测量范围最大测量误差稳定性分辨力测量不确定度合格不合格2.1.1计量要求的导出此关键点中顾客提出的计量要求，即高炉建设前给设计部门提供的工艺要求，主要通过查阅原工艺要求及设计图纸获得。a.测量范围与最大测量误差根据工艺要求及设计图纸，1#高炉要求水冷压力系统在（0-400）kPa，其最大允许波动范围为15 kPa。b.稳定性由于设计要求中并没有明确给出稳定性的要求，因此需对稳定性指标进行量化计算。根据JJF1094-2002测量仪器特性评定中稳定性的评定方法之二，在规定的时间间隔内，测量最大值与最小值之差除以平均值得到相对变化量，再除以时间间隔即得到测量稳定性。选取验证点300kPa，因此该点计量要求中的稳定性可根据如下公式导出：其稳定周期为一天，即计量要求的稳定性为0.100/天。c.分辨力根据工艺要求及设计图纸参数确定其分辨力需达到1 kPa。d.环境条件根据生产现场环境情况和需配备设备的技术要求，环境条件设定为温度0-40，湿度80%。2.1.2评定测量设备的计量特性该测量点采用处于有效的校准状态的压力变送器（精度0.5级）和电子电位差计（精度0.5级）组成压力测量系统，根据测量仪器特性评定对其计量特性进行评定。a.测量范围1#高炉水冷压力测量系统所用JC-BP3C3N型压力变送器和DCR92-100型电子电位差计的测量范围均为（0-600）kPa。b.最大测量误差根据检定规程规定，0.5级压力变送器最大允许误差为3 kPa，0.5级电子电位差计最大允许误差为3 kPa，经合成后，该系统最大允许误差如下：根据测量设备配备原则，测量设备的最大允许误差与所检测的工艺参数控制限的对应值应选择在1/31/10之间。本次计量要求中的工艺参数控制限为P=15 kPa，对应值/P=0.28，结果在1/31/10之间，因此该测量设备的最大允许误差符合要求。c.稳定性首先用标准设备CST-2002压力校验仪和被验证压力测量系统对同一恒定的300 kPa压力信号进行测量，每日进行5次重复测量作为一组，持续20日，数据见表28表2 压力测量系统验证数据表压力变送器1234567891011121314151617181920测量次数13003013023003013002992993022993002993003002993003003003032992301299303299301301300300300299301299300297298303302300302298330030030129830029930130129930030129830129929930330029930029943023023012992992983013012993003012983022983002993012982992985299301300300299300300300300301301300302301300302302298299300求和1502.01503.01507.01496.01500.01498.01501.01501.01500.01499.01504.01494.01505.01495.01496.01507.01505.01495.01503.01494.0平均值X300.40300.60301.40299.20300.00299.60300.20300.20300.00299.80300.80298.80301.00299.00299.20301.40301.00299.00300.60298.80极差R3.003.003.002.002.003.002.002.003.002.001.002.002.004.002.004.002.002.004.002.00稳定性R/X0.01000.01000.01000.00670.00670.01000.00670.00670.01000.00670.00330.00670.00660.01340.00670.01330.00660.00670.01330.0067选取稳定性项目中最大值0.0134作为压力测量系统的稳定性，时间间隔为一天，即稳定性为0.0134/天。 d.分辨力带数字装置的测量仪器分辨力，为最低位数字显示变化一个步进量时的示值差，则该压力测量系统分辨力为1 kPa。e.测量不确定度建立数学模型：yX标 + d 其中：X标标准测量系统的读数 d 被验证测量系统的修正值不确定度的主要来源：测量引入的不确定度（A类）：由表2中数据计算重复测量引入的不确定度，根据贝塞尔公式得=0.13kPa标准引入的不确定度（B类）：由检定系统表查出，标准装置引入的不确定度在300 kPa点为u23.710-2 kPa；环境温度引入的不确定度（B类）： 在正常的校准过程中，环境温度的波动不大，对测量带带的影响相对很小，因此不予考虑u30合成不确定度：=0.14kPa扩展不确定度：Ukuc20.14kPa0.28kPa（k取2）2.1.3确认状态测量设备的计量特性均符合计量要求，因此该关键测量过程的测量设备计量特性满足1#高炉水冷压力测量系统计量要求。见表3表3 关键检测点计量验证一览表（1#高炉水冷压力测量系统）计 量 要 求测 量 设 备 的 计 量 特 性确认状态序号测试点及参数名称测量范围最大测量误差稳定性分辨力环境条件测量设备名称测量范围最大测量误差稳定性分辨力测量不确定度合格不合格11#高炉水冷压力测量系统(0-400)kPa15 kPa0.100/天1 kPa温度0-40湿度80%压力变送器(0-600)kPa3 kPa0.0134/天1 kPa0.28kPa电子电位差计(0-600)kPa3 kPa1 kPa2.2控制为监控测量过程是否处于控制状态，选择测量过程统计控制方法，根据表2数据作控制图。2.2.1极差控制图以组数为横坐标，以极差为纵坐标，以极差平均值为基线。 相关参数计算如下：平均极差/ n50.00 / 202.50控制图上限 UCLD42.1142.505.28控制图下限 LCLD302.450作极差控制图如图一R=2.50LCL=0UCL=5.28图一 极差控制图2.2.2均值控制图根据判稳准则，在R图判稳的前提下，以组数为横坐标，以均值为纵坐标，以总平均值为基线。 相关参数计算如下：平均极差/ n6001.00 / 20300.05控制图上限 UCLA2300.050.5772.50301.49控制图下限 LCLA2300.080.5772.50298.61作均值控制图如图二LCL=298.61UCL=301.49X=300.05图二 均值控制图测量过程的极差和均值分别落在极差控制图和均值控制图的控制线内，说明测量过程是受控的，工作过程稳定。对测量过程应定期进行受控情况的检查，如果出现不受控的情况应及时进行改进直至测量过程受控。3结语以上对关键测量过程验证与控制设计方案得到了审核专家的肯定，并顺利通过计量检测体系的确认工作，取得了完善计量检测体系合格证书。参考文献：中华人民共和国国家质量监督检验检检疫总局发布. GB/T 190222003/ISO 10012：2003测量管理体系-测量过程和测量设备的