测量仪器校验与管理实务.ppt

测量仪器校验与管理实务,课程大纲,ISO9001及TS对量仪要求,7.6监视和测量设备的控制组织应确定需实施的监视和测量以及所需的监视和测量设备，为产品符合确定的要求提供证据。组织应建立过程，以确保监视和测量活动可行并以与监视和测量的要求相一致的方式实施。当有必要确保结果有效的场合时，测量设备应：a)对照能溯源到国际或国家标准的测量标准，按照规定的时间间隔或在使用前进行校准和（或）验证。当不存在上述标准时，应记录校准或检定的依据；（见4.2.4）b)必要时进行调整或再调整；c)能够识别，以确定其校准状态；d)防止可能使测量结果失效的调整；e)在搬运、维护和贮存期间防止损坏或失效。此外，当发现设备不符合要求时，组织应对以往测量结果的有效性进行评价和记录。组织应对该设备和任何受影响的产品采取适当的措施。校准和验证结果的记录应予保持（见4.2.4）。当计算机软件用于规定要求的监视和测量时，应确认其满足预期用途的能力。确认应在初次使用前进行，并在必要时予以重新确认。,测量仪器控制的重要性,测量数据的作用(质量、成本、安全）：用于判定产品的符合性（控制用测量系统）；用于判定过程是否稳定（分析用测量系统）；对过程进行调整的依据；通过回归分析（或分析研究法）确定两个或两个以上变量是否存在重要关系的依据。测量数据质量（偏倚和变差）低的危害：数据质量定义：测量系统稳定运行情况下，利用多次测量结果的统计特性来评价(与参考值越接近则数据质量越高）。错误地判定产品的符合性；错误地判定过程的稳定性(如掩盖过程的变差，即产生，风险）；错误地对过程进行调整；错误地得出变量之间的重要关系。,差之毫厘谬以千里,计量的定义和内容计量是实现单位统一、量值准确的活动狭义上讲，计量是与不确定度相关联的一种规范化的测量广义上讲，计量是对量的定性分析和定量确认的过程计量的主要对象是物理量、化学量、工程量、生理量、心理量计量的主要内容包括六个方面计量单位与单位制计量器具，包括实现或复现计量单位的计量基准、计量标准和工作计量器具量值传递与溯源，包括检定、校准、测试、检验与检测物理常数、材料与物质特性的测定测量不确定度、数据处理与测量理论及方法计量管理，包括计量保证与计量监督测量相关的定义测量：赋值给具体事物以表示它们之间关于特定特性的关系。赋值过程即为测量过程，而赋予的值定义为测量值。（1963年C.Eisenhart首次提出）,计量基础术语及相关知识,计量的分类（根据其作用与地位）科学计量：指基础性、探索性、先行性计量科学研究工程计量：指各种工程、工业、企业中的实用计量，可以保证经济贸易全球化所必需的一致性和互换性法制计量：主要是保证贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测和组织最高测量标准的公正性和可靠性计量的特点（记忆法至准法源）一致性：指在统一的计量单位基础上，无论在何时何地，使用何种计量器具，以及由何人测量，只要符合有关的要求，测量结果应在给定区间内一致准确性：指测量结果与被测量真值的一致程度溯源性：指任何一个测量结果或测量标准的值，都能通过一条不间断的比较链，与测量基准联系起来的特性法制性：指计量必需的法制保障方面的特性,测量仪器：测量仪器又称计量器具，指单独或连同辅助设备一起用以进行测量的器具，在本教材中视必要与简称“量仪”可互换使用。主要类别有实物量具(如砝码、量块、参考物质、标准信号发生器、标准电阻线圈、标准硬度块），简称量具：量具本身所复现或提供的已知量值，即给定量，就是其本身量值的大小，相当于真值一般测量仪器：除实物量具外的测量仪器按结构和功能特点分类显示式：直接或间接显示测量值，如转速计、温度计、密度计、弹簧压力表、千分尺、电流表、功率表、频率计，按其给出示值的方式，又可分为模拟式、数字式和记录式比较式：使被测量或被测量具与标准量具进行比较。如天平、长度比较仪、电位差计、光度计、测量电桥等积分式：一个量对另一个量的积分确定被测量值，如家用电表累积式：对一个或多个源求和来确定被测量值，如累积式皮带秤、电子轨道衡、总加式电功率表,按计量学用途或在统一单位量值中的作用分类测量基准测量标准工作测量仪器测量设备定义：是为实现测量过程所必需的测量仪器、软件、测量标准、标准物质及辅助设备的组合包含硬件和软件辅助设备：本身不能给出测量值，但是没有它不能进行测量的设备，以及作为检验手段用的工具、工装（模具、夹具）等软件：测量仪器控制软件、使用说明书、测量程序、作业指导书等,测量仪器的计量特性：指影响测量结果的明显特征标称范围、量程（范围）和测量范围简称“三围”标称范围：测量仪器的操纵器件调到特定位置时的示值范围，一般用上下限进行说明，如下限为零可略去下限。如万用表调到100V档，标尺为0-10，标称范围为（0-1000）V量程：标称范围的上下限差的绝对值测量范围：又称工作范围，指测量仪器的误差处于规定的极限范围内被测量的示值范围，小于或等于标称范围，如地秤，在下限时误差大。额定操作条件、极限条件、参考条件额定操作条件：测量仪器规定计量特性处于极限内的使用条件极限条件：规定计量特性不受损或降低，部分仪器可超载参考条件：性能试验或检定、校准、比对时的使用条件,测量仪器的计量特性：指影响测量结果的明显特征示值误差和最大允许误差示值误差：实物量具示值误差=标称值-真值其他测量仪器示值误差=示值-真值示值误差是最主要的计量特性之一最大允许误差(mpe)：给定的误差规格值灵敏度：测量仪器响应的变化除以对应的激励，是重要的计量特性之一分辨力：显示装置能有效辨别的最小示值差，数显：最后一位的最小变化量，模拟：最小刻度的1/2，使用放大镜可以提高,测量仪器的计量特性：指影响测量结果的明显特征偏倚：测量仪器的测量结果平均值与真值的接近程度线性：测量仪器的偏倚在整个测量范围内的变化重复性：同一人、同一测量仪器测量同一零件的同一特性的变差稳定性：偏倚随时间（长期）的变化，是重要的计量特性之一，导致测量仪器不稳定的主要原因是：元器件的老化、零部件的磨损，以及使用、搬运、贮存、维护工作不够细致漂移：测量仪器计量特性的慢变化，通常是几分钟至几个小时，主要是由温度、压力、湿度等外界变化所致，可采用预热等措施减少,参考值：某一个物品可接受的值。需要一个可操作的定义（由更高一级测量设备或全尺寸实验室进行多次测量的平均值）。法定值：由法律定义并强制执行（如计量检定时）。理论值：由科学原理而得（如重力）。给定值：根据某些国家或国际组织的实验工作(由可靠的理论支持)而得。通常被用于替代真值。真值：某一个物品真实的值。真值通常是不可获得的。,准确度与精密度判读,测量仪器的选用原则：技术性：最大允许误差通常为测量对象要求变差的1/3-1/10测量范围的上限与被测量值相差不大，覆盖所有测量值灵敏度不能过高（难以及时达到平衡），也不能过低（影响准确度）要求有较高的稳定性应注意额定操作条件和极限条件经济性：考量基本成本、安装成本、维护成本基本成本：设计制造成本和运行成本安装成本：安装支出成本、连续生产过程的停顿损失费、首次检定费维护成本：维护支出费用、周期检定费用,量值溯源性及其相关：通过一条具有规定不确定度的不间断的比较链，使测量结果或测量标准的值能够与规定的参考标准（通常是国家或国际计量基准）联系起来的特性。量值溯源的最主要技术手段：校准和检定。校准：在规定条件下，确定测量仪器（或测量系统）所指示的量值，或实物量具（或参考物质）所代表的量值，与对应的由其测量标准所复现的量值之间的关系的一组操作。校准的含义：1）在规定条件下，用参考测量标准给包括实物量具（或参考物质）在内的测量仪器的特性赋值，并确定其示值误差。2）将测量仪器所指示或代表的量值，按照比较链或校准链，将其溯源到测量标准所复现的量值。3）自下而上的一种溯源方式，目的确保量值准确，对象是强制性检定之外的测量设备，依据校准规范或校准方法，特殊情况下也可自行制定。,量值溯源性及其相关：检定：查明和确认测量仪器是否符合法定要求的程序。包括检查、加标记和/或出具检定证书。自上而下的量值传递方式，目的确认符合规定要求，对象是强制性检定测量仪器（贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测及组织最高测量标准），依据检定规程进行。监视：对某项事物按规定要求给予应有的观察、注视、检查和验证。测量：以确定量值为目的的一组操作。这里指包括几何量（长度）、温度、力学、电磁学、电子（无线电）时间频率、电离辐射、光学、声学、物理学（含标准物质）等十大类测量的广义测量概念。,贸易结算,安全防护,医疗卫生,环境监测,声级计,PH计,体温计,体温计,血压计,绝缘表,CO测试仪,电子秤,计价器,最高标准,强制检定举例,计量确认流程图,量值溯源体系,夹量具,千分尺,CMM,量块,激光干涉仪,引用量具量块比测,波长标准,干涉比测器,量值溯源示例图,法定计量单位构成示意图,计量单位相关概念：计量单位：定量表示同种量的大小而采用的特定量国际单位制计量单位：简称SI单位，国际法制计量组织制订并在国际间推广的计量单位法定计量单位：指国家法律承认、具有法定地位的计量单位，我国法定计量单位包括所有SI单位和国家指定的非SI单位,记忆法：光电长时暖物质,SI基本单位,SI导出单位（包括SI辅助单位）,SI导出单位（包括SI辅助单位）,y,幺科托,yoct,10-24,20,z,仄普托,zepto,10-21,19,a,阿托,atto,10-18,18,f,飞母托,femto,10-15,17,p,皮可,pico,10-12,16,n,纳诺,nano,10-9,15,微,micro,10-6,14,m,毫,milli,10-3,13,c,厘,centi,10-2,12,d,分,deci,10-1,11,中文,英文,词头符号,词头名称,因数,序号,SI词头,我国法定非SI单位,我国法定非SI单位,法定计量单位的基本使用方法GB3100-93国际单位制及其应用和GB3101-93有关量、单位和符号的一般原则对SI单位的使用方法作出规定，与ISO1000：1992和ISO31-0：1992保持一致法定计量单位名称：除特别说明，指法定计量单位的中文名称，用于叙述性文字和口述中简称和全称可任意使用，原则是表达清楚组合单位的中文名称，原则上与其符号表示的顺序一致，乘号没有对应的中文名称，连读即可，如Nm的名称为“牛顿米”或“牛米”表示相除的斜线(/)，对应名称为“每”，无论分母中有几个单位，“每”只出现一次，如J/kgK为“焦耳每千克开尔文”简称“焦每千克开”单位中有幂，则幂的名称在单位之前。二次幂为二次方，三次幂为三次方，但如果长度的二次和三次幂分别代表面积则称平方和立方负数幂含义为除，如名称为每摄氏度或负一次方摄氏度,-1,法定计量单位的基本使用方法法定计量单位和词头的符号：是代表单位和词头的字母或特种符号，应采用国际通用符号无论是拉丁字母还是希腊字母，均使用正体单位符号一般用小写，除非单位名称来源于人名时，其符号的第一个字母大写，只有“升”的符号例外，可以使用L，其余如时间单位“秒”的符号为s,电导单位“西【门子】”的符号S，压强、压力、应力的单位“帕【斯卡】”的符号Pa当其表示因数小于10时，词头符号一律用小写，反之用大写，注意区分Y与y，Z与z，P与p，M与m的区别单位符号没有复数形式，不得加任何标记或符号表示量的特性或测量过程的信息，正常语句结尾的标点符号可用由两个以上单位相乘构成的组合单位，相乘单位间的乘点可用可不用，但中文符号必须使用乘点，如Nm的中文符号牛米相除的单位符号用斜线或负指数表示，但分子为1时，采用负指数而不用分数的形式，必要时分母可使用括号表述。如密度单位kg/m或kgm，如m，如W/(Km)不写成W/K/m,6,3,-3,-3,法定计量单位的基本使用方法法定计量单位和词头的使用规则一般在口述和叙述性文字中使用单位的名称和符号作为一个整体使用，如30读作“30摄氏度”，不能读成“30度”或“摄氏30度”用词头构成倍数单位时，不得使用重叠词头，如微千克选用SI单位的倍数单位，一般要求量的值处于0.11000非十进制的单位，不得使用词头构成倍数单位，如亿、万只通过相乘构成的组合单位，词头通常放在第一个单位之前，如力矩单位kNm不宜写成Nkm只通过相除或通过相乘和除构成的组合单位，词头通常放在第一个单位之前，分母中一般不用词头，如摩尔内能单位kJ/mol不宜写成J/mmol，但质量的SI单位kg不作为有词头的单位来看待，如吸收剂量的单位J/kg，分母为面积或体积时，可以使用词头构成倍数单位,计量法规体系中华人民共和国计量法简称计量法1985年9月6日通过（全国人大第十二次会议），86年7月1日实施是调整计量法律关系的法律规范的总称是国家管理计量工作的根本法共6章35条，基本内容：（1）计量立法宗旨（2）调整范围（3）计量单位制（4）计量器具管理（5）计量监督（6）计量授权（7）计量认证（8）计量纠纷的处理（9）计量法律责任调整对象是中华人民共和国境内的所有国家机关、社会团体、中国人民解放军、企事业单位和个人调整的活动：建立计量基准、计量标准，进行计量检定，制造、修理、销售、进口、使用计量器具，使用法定计量单位，开展计量认证，实施仲裁检定和调解计量纠纷，以及进行计量监督等方面所发生的各种法律关系,计量法规体系计量行政法规和规范性文件国务院依据计量法所制定的计量行政法规，如中华人民共和国计量法实施细则、关于在我国统一实行法定计量单位的命令省、直辖市、自治区人大常委会制定的地方计量法规计量规章、规范性文件国务院计量行政部门制定的全国性的单项计量管理办法和技术规范，如中华人民共和国计量法条文解释、强制检定的工作计量器具明细目录、依法管理的计量器具目录、计量检定规程国务院有关主管部门制定的部门计量管理办法，如国防计量监督管理条例、农业部部级质检中心验收和计量认证程序县级以上地方人民政府及计量行政部门制定的地方计量管理办法，如上海市计量监督管理条例,测量误差构成,系统性误差指在相同条件下，重复多次测量同一被测物时，保持固定不变的误差；或在条件改变时，将会按某一明确规律变化的一种测量误差。以上误差是可以分析出误差产生的原因，并经由纠正措施而加以控制误差在限定的范围内重大误差超出规定条件非预期的误差，即明显歪曲测量结果的误差。此部份通常是由人为操作疏忽引起,随机性误差在相同条件下，重复多次测量同一被测物时，一些不可预期之随机变化的测量误差。随机性误差又称为偶然性误差，凡无法归类的系统性误差者皆可称为随机性误差，随机性误差不像系统性误差可以解释其误差发生的原因，而经由改进加以控制，如气流、辐射、噪声等,测量不确定度定义：表征合理地赋予被测量值的分散性、是与测量结果相关联的参数对测量结果质量的定量表征，测量结果可用性的衡量测量不确定度是区间，测量误差则是值不确定度分类如图,测量不确定度,测量不确定度评定分类A类评定：用对观测列进行统计分析的方法来评定标准不确定度，在相同测量条件下，对某一输入量进行若干次独立观测，独立观测次数n10特性比较明确且处于统计控制状态下的测量过程，使用合并样本标准差Sp（测量过程的长期组内方差平均值的平方根）可能比通过有限次数的观测值获得的标准差更合适）。,测量不确定度评定分类B类评定：用不同于对观测列统计分析的方法评定不确定度，主要数据来源如下以前的观测数据对有关材料和仪器特性的了解和经验技术说明文件校准证书、检定证书或其他文件提供的数据手册或某些资料给出的参考数据及其不确定度规定试验方法的国家标准或类似技术文件给出的重复性限或再现性限,测量不确定度评定分类B类评定：主要方法已知扩展不确定度U和包含因子k标准不确定度分量相对标准不确定度已知扩展不确定度Up和置信水平的正态分布其他几种常见分布(t、均匀、三角、梯形、二点分布）如果上、下限之差为2a,即重复性限或再现性限求不确定度合成不确定度扩展不确定度,测量不确定度的来源对被测量的定义不完整或不完善如需要测量至微米级别的尺寸，定义被测量时未包含温度和压力。实现被测量定义的不完整如上述例子的温度和压力达不到要求。取样的代表性（如性质不均匀）不充分对被测量过程受环境的影响认知不充分（如支撑方式）对模拟仪器的读数存在人为偏差测量仪器的分辨力和鉴别力不够赋予测量标准和标准物质的值不准用于数据计算的常数不准测量方法和程序的近似性和假定性如被测量表达式的近似程度，电测量中引线电阻引起的压降完全相同的条件下，被测量值的重复性变化,测量不确定度评定流程图,在室温（231）下，用该数字多用表重复测得的显示值Ri列入下表中,测量不确定度评定案例,测量任务对高值电阻（1M，最大允许误差0.1%）进行测量，确定是否满足预期用途要求测量方法见右侧系统图测量仪器5位半的数字多用表经检定合格且在有效期内最大允许误差（0.005%*读数+3*最低位数值）测量时所用档的满量程为1999.9K，最低位数值0.01K环境温度5-25,测量不确定度评定案例,测量数学模型数字多用表显示的电阻值即为电阻值标准不确定度A类评定：B类评定：合成标准不确定度合成标准不确定度：扩展不确定度包含因子k=2,扩展不确定度：测量结果报告电阻器的阻值为（999.40.2）k，扩展不确定度为0.2k，包含因子k=2,符合设计的规格值（10001）k,故可用于生产。,测量仪器控制策划并购买或设计、制造所需的测量仪器清查测量仪器并制订测量仪器清单确定管理类型（检定、内校或外校及免校）确定校验计划（包含校验周期、校验时间及排程）按校验计划进行校验和管理进行测量仪器是否合格的判定校验状态标识并维护（如标签破损或模糊时）针对校验不合格的测量仪器进行评估并视必要采取措施，对该测量仪器所测量的产品进行评估，视必要采取措施，记录所采取的措施,测量仪器控制与管理,管理类型的确定用于贸易结算、安全防护、医疗卫生、环境监测和组织最高计量标准的测量仪器均需检定不用于品质判定（如教学用）的测量仪器可免校、免检定除上述之外的测量仪器均可采用校验的方式内部具备更高一级的测量仪器（必要时）、特定资质的人员、校验环境（照明、温度、湿度等）、校验指导书可内校不具备内校条件时可采用外校（向外校组织索取CNACL认可证书、校验范围），部分测量仪器只有其厂商才有能力校验时，可以由厂商进行校验或验证，但必须要求厂商提供校验或验证的证据,检定或校验周期的确定（ISO）周期为3个月至5年不等，确定原则：参照JJF1139计量器具检定周期确定原则和方法计量器具的特性、性能和使用频率可靠性指标（R），一般取R(t)90%检定或校准的合格情况进行调整（延长或缩短）确定方法：固定阶梯法初始检定或校准周期定为3，6，9，12，15，50个月，根据合格率确定是否调整周期增量反应法与固定阶梯法类似，但确认与调整的有关参数的选择和变化是一个密切的函数关系,检定或校验周期的确定（美国NCSL法）以工程直觉判定周期：目前最通用的方法（特别是对新购仪器）需要有对该科目专精的人员凭经验确定其周期，使得测量仪器在该周期内测量变差在预期范围内专业如：长度、电流等以检定或校验数据判定周期：适用于同厂牌、同型号或同一种类的测量仪器以检定或校验数据确定是否延长或缩短周期变动的周期适用于单一型号之仪器仅依校验之结果（校验合格则延长一段时间，校验不合格则缩短一段时间），无论以往校验记录及可靠性接收准则,检定或校验周期的确定（美国NCSL法）以使用时间判定周期：适用于同厂牌、同型号或同一种类的测量仪器使用计时器或标签记录使用时间统计并分析使用时间以测试结果判定周期：适用于同厂牌、同型号之仪器使用校验设备按规定周期检查测量仪器的重要参数，依据收集到的数据统计分析确定测量仪器的校验周期检定或校验周期的执行按校验计划规定的时间执行校验,校验指导书及内校注意事项,校验指导书主要包含内容待校件：适用的待校测量仪器标准件：经CNACL认可的实验室校验校验环境：温度、湿度等方面的要求校验范围：对测量仪器的测量范围或是局部进行校准校验步骤：校验的操作步骤判定标准：校验后的测量仪器是否可以接收的准则主管审核：主管对校验结果进行审核，合格则进入下一流程，不合格评估测量仪器及其测量过的产品标识：针对校验过的测量仪器进行标识（如合格、不合格、限度使用、报废等）,内校注意事项主要包含内容确定是否具备进行内校的条件依校验指导书进行校验标准件精度不能与待校件同级，一般标准件精度须高于待校件的10倍校验人员须为合格人员且需有证明文件等标准件须有可追溯性（送CNACL检定）校验后应判定是否合格应出具校验报告，并经主管签署针对所校验的测量仪器进行标识,测量仪器常见管理缺失,Plan阶段常见管理缺失：未对校验人员确定所需的能力与培训未规定测量仪器的分辨率未规划测量仪器所需的校验周期或校验周期不合理未规定测量仪器进行校验的条件（如更高一级的测量设备、环境温度及湿度等）未规划测量仪器校准或检定的接受准则（如需追溯到国家/国际标准）测量仪器的控制类型策划不正确如砝码是标准件，但却定义为免校件。内部进行校验且保留相应记录，但无作业指导书未策划校验状态的标识使用个人仪器时，未将个人拥有的仪器纳入校验计划中,Do阶段常见管理缺失：校验人员无相应资格或未接受所确定的培训测量仪器精密度不符合要求定义需要校验的测量仪器却未进行校验新购之测量仪器无相应的校验报告或供应商提供的相关校验记录标准块规、标准砝码只进行内部校验用于校验的标准仪器，却出现检测和校验混用的情形校验和分析未满足使用需求如量程0-100mm的千分尺，校验点20，40，60，80，但该千分尺却用于测量900.1mm的尺寸。测量仪器超过校验日期，尚未校验仍在现场使用，未做任何处置校验时，校验环境不符合要求如三座标要求的校验温度202，但实际校验时室内温度记录为23。校验或分析之后未进行是否允收判定或判定错误。判定是否合格之后未对测量仪器进行标识或标识