仪校员培训课程测量控制

仪校员培训课程:测量控制第一章 概 论第一节 测量的重要性一、 检验和试验的前提工厂在生产时，无论判断购进的原材料配套件是否合乎要求、可否投产，还是判断工序产品可否流向下一道工序，以及成品可否出厂，都离不开正确的检测结果。检验判定合格与否是以检测数据为基础的。如果检测仪具选用不当，其准确度不能满足要求，则任何检测结果及判定都失去了意义。因此，控制好产生测量误差的所有环节，是检验评价的前提。二、 过程控制的基础过程控制的一个重要任务，就是对影响关键或重要特性的过程参数及质量特性和特殊工序的工艺条件，进行适时、有效的监控和验证。这种监控和验证同样离不开测量。过程监控用仪表和过程特性的测量，都必须按照测量控制要求来管理，才能达到预期目的。三、降低消耗的手段企业的能源消耗和物资管理对生产成本的影响是巨大的，而要技能源和物资得到有效的管理，度量准确、提供可供比较的基础数据是非常必要的。不少企业通过实施MRP有效地节约了成本明证，而从RP的实施是以物资准确的计量为基础的。四、 科技进步的依托当今市场竞争剧烈，从而导致技术不断创新与技术进步的蓬勃发展。而任何新产品、新装备、新工艺、新材料投入使用前，都必须经过充分的科学验证。这种验证是以科学数据为前提的。科学的数据又来自于严格的测量控制。第二节 测量系统的基础概念一、 误差1. 定义：测量结果与被测量量（真）值之间的差异。2. 分类：随机误差和系统误差（根据存在形式）随机误差产生于不可预期或随机的时空变化，它引起重复观测时，被测特性的变化。随机误差不能用修正来补偿，但因其期望值为零，只能通过增加观测次数来减少。系统误差是指所有涉及测量条件的误差，在重复观测的条件下，对同一被测特性进行无限多次测量结果的平均值减去被测量值的实值。若一个系统误差来源于对测量结果影响已经识别出的某个因素，则它可以定量给出。若其大小相对于测量所需的准确度是有意义的，则以采用修正值或修正因子予以补偿。二、 不确定度1. 定义：不确定度指在表征被测量值的真值可能处于的数值范围。一般用似然估计法来确定。用于表示测量结果中，合理赋予的，被测量值的一个分散性量值范围。“不确定度”这个词指“不肯定”。因此，测量不确定度是指结果变化的范围。为了准确地理解不确定度概念澄清以下问题：a) 此参数可以是标准差，或标准差的给定倍数。b) 测量不确定度一般保持若干分量。其中，一些分量可由一系列的测量结果的统计分布确定，并以实验标准差表征。另一些分量由实验或其信息新认定的概率分布评定，也可以用标准差表征。c) 所有的不确定度分量，均对分散性有影响。d) 仪器的测量不确定度，是与给定条件下所得的测量结果密切相关的。因此，应指明该测量条件。e) 完善的测量结果应包含被测量值的估计及其分布参数两个部分。f) 此定义是一个可操作性定义，它涉及到可知量。即测量结果及变化程度。g) 其它一个定是测量结果中被测量的估计值中可能产生误差的量度，它与测量的直值所处量值范围的估计是一致的。2. 常见不确定度术语a） 标准不确定度：用标准（偏）差表示的测量不确定度。不确定度可简称为不确定度b） （不确定度的）A类评定：用对一系列重复观测所得数据进 行统计分析，来评定不确定度的方法c） （不确定度的）B类评定：用不同于统计分析的其它方法来评定不确定度的方法d） 合成不确定度：当测量结果由若干分量约束时，这些量的方差与协方差加权和的正平方根，为合成的标准不确定度。其中加权的系数是按测量结果随这些影响因素变化的情况而确定。e） 扩展不确定度：决定于测量结果的取值区间的量。三、 测量系统测量：是给具体事物赋值，以表示它们在指定特定特性上的（大小、多少等）关系，这个定义EIENHART(1963)首次给出。i. 四、测量准确度准确度表示测量结果与被测量值之间的一致程度。五、精密度指多次重复测定同一个量时，各测量值之间彼此相符合的程度，常用标准差值表示。六、校准1. 定义：在规定条件下，为确定测量仪器、测量系统的示值、实物量具或标准物质所代表的值与相对应的由参考标准确定的量值之间关系的一组操作。对于校准还应明确以下几点：a） 校准结果可用于评定测量仪器，测量系统或实物量具的示值误差，或给任何标尺上的标示赋值b） 校准也可用于确定其它测量特征c） 应将校准结果记录在“校准证书”或“校准报告”的文件上d） 有时用修正值以“校准因子” 或“校准曲线”表征校准结果七、溯源性（TRACEBILITY）通过连续的比较链，使测量结果能够与有关的测量公共标准（通常是国际或国家测量标准）联系起来的特性。这种连续的比较称为“溯源链”。在GBT9001的4.8中将“TRACEBILITY”译成“可溯源性”，是指通过记载的标志追查项目或活动的历史，应用情况或场所有自动链与国家或国际测量基准联系的特性。八、 测量系统的分辨力分辨力是指测量系统出并如实指示测量标准中微小变化的能力，也称分辨率。九、 测量系统的变差 1、定义：是指多次测量结果的变异程度。通常假设测量过程是准确的，而且分析及结论也常常基于这种假设。 2、类型：偏倚、重复性、再现性、稳定性及线性偏倚： 测量结果的观测平均值与基准值的偏差，通常称准确度。重复性：是由同一个评价人采用同一种测量仪器，多次测量同一零件的同一特性时，获得的测量值变差。再现性：由不同评价人采用相同仪器测量同一零件的同一特性时，测量均值的变差。稳定性（飘移）：是测量系统在某持续时间（即不同时间）测定同一基准或零件的单一特性时，获得的测量值部变差。十、试验软件、比较硬件凡参与测量对测量结果有影响的实体（硬件、软件）都可称为测验软件（比较软件）或比较标准（或试验硬件）。十一、对比1、定义：在规定条件下，对相同准确度等级的同类测量基准测量标准或工作计量器具的量值进行相互比较。第三节 我国一级计量与ISO9001对检测设备控制要求的差源ISO9001标准中，对此提出了一系列要求。而提出的要求，远高于我国传统的计量管理要求。这表明我国的计量管理工作欲与国际接轨还有一个较长的过程。表现如下：一、 不确定度ISO9001标准要求不确定度已知，并与要求的测量能力一致。对于常用标准量具其不确定度可从有关资料中查出。但对非标准的检验设备，则需制造厂提供相应数据或用自己的测量数据来估算。这对自制仪器或进口仪器设备来说尤为重要。二、 试验软件或比较标准（试验硬件）ISO9001要求“如果试验软件或硬件用作检验手段时，使用前应加以校验，以证明其能用于验证生产、安装和服务中产品的可接受性，并按规定复验。”这表明凡参与检验的设备、工装均应纳入计量管理范畴。三、 准确度和精密度ISO9001对量具和检测设备的选择提出了更高的要求四、 周期标准我国传统的计量管理只要求对检测设备进行周期检定，而不是校准。检定只判定其是否合格。五、 标准记录ISO9001要求时校准记录进行保存六、 校准过程控制 ISO9001要求“规定校准检验、测量和试验的过程。其内容包括设备型号、唯一性标识、地点、校验周期、检验方法、验收准则，以及发现问题时应采取的措施。”校准是针对计量器具进行，而检验是针对工件或产品进行的。因此，校准理所当然比检验更为严格。七、 校准依据形成档校准要有充分的依据，仅按照某本书籍介绍的方法或仪器说明书来校准是不够的。八、 量具受授目标是100九、 量具失准后的处理ISO9001要求：一旦发现量具失准，就应评定原来检测结果是否继续有效。第四节 检测设备的分类控制按实际生产中的用途，各类检测设备、仪表、量具、装置等，可分为以下三类：一、检验校准用（A类）凡属用于评定产品质量的检验用设备、仪表、量具必须按规定的校准周期进行校准，以确保检验的有效性，凡参与量值传递的校准用仪表、量具必须进行周期校准。二、 工艺参数监控用（B类） 许多过程，尤其是特殊过程，常用一些仪器（电流表、电压表、温度表）来监控或调整工艺参数，以符合工艺档规定。对这类仪表，往往可以采用比对的办法，在线时进行校准，以免影响生产。三、 指示用（C类）这类仪表仅有指示性功能，只需进行一次性校准。第二章 校准程序第一节 概述校准就是要确定仪器的示值误差，以便调整仪器或对示值施加修正值。为了规范校准活动，需要制定相应的标准工作控制程序。一、 校准岗位用于校准的标准器，不能用于其它的目的。标准器的管理和实验应由专业人员承担。二、 校准环境为保证测量结果的有效性，必须在受控条件下对标准器和测量仪器进行校准。除非不可能实现的原因，校准工作应在校准实验室条件下进行。三、 校准人员的培训四、 校准周期 公司的仪校部门要规定校准实验室应遵循的校准链，以确保量值溯源与传递有效。在有效校准周期内也应不定期地抽查审核仪器偏离的状态，并根据上述信息对校准周期作适当的调整。五、 校准记录 根据校准程序的要求，保存适当的记录，既是对校准程序的证实，也是校准程序一个重要的组成部分。第二节 校准实验室校准实验室是从事校准工作的专业部门。一、校准实验室应做到：1、具有履行其职责所需要的职权和资源的管理人员2、 制定明确的程序，保证不受其能影响工作质量的任何商业和其它压力的不利影响。3、所有使用的仪器均应具有经校准的证明，并获得校准结果。4、已知校准用仪器的不确定度5、保存校准的记录6、明确颁发正确的校准报告（或证书）的权限第三节 基准仪器和标准仪器一、国家基准仪器1、必备条件应具有复现、保存、传递单位量值这三种功能，必须具有国家计量行政部门颁发的国家基准证书。1. 标准基准的分类a、 国家基准 B、副基准 C、工作基准ii. 标准仪器1. 标准仪器等级2. 标准仪器是工作计量用器具的校准依据a）溯源性校准有一个溯源链接构，链上每个仪器都直接对应着高一级准确度的标准仪器。校准链的各级标准仪器的准确度都应已知，仪器的溯源链还包括具有溯源性的校准程序，并且满足ISO9001要求。b) 现场使用的檔要求i. 测量极限每个测量仪器的测量系统的文件开头就必须规定测量极限。其有关的内容包括质量水平，应在质量手册中作为规定。ii. 操作规程应形成文件并放置于仪器中，这个文件应能充分说明仪器构成及所使用的、合适的有关要求。iii. 标准仪器文中必须规定标准仪器，仅用于标准，并在档中详细说明合适的标准程序。iv. 记录文件还要规定用于记录校准结果的记录表式。同时，要求这些记录随时可提供。v. 失准处理程序仪器失准后，无论是修理或重新刻划，都要直至不合格被矫正为止。在矫正前，一定要在仪器上清楚地作出标记，以防止偶然地被使用。vi. 培训vii. 审核二、 仪器分类、特性和选择质量控制和质量保证的一个重要要求，是正确地选择监控过程参数或测量尺寸以及分析其相互关系的仪器。掌握所使用仪器可能产生的误差的知识是选择仪器的关键。为此，首先应了解仪器有何操作特性和对仪器性能检查的知识。a) 仪器分类i. 有动力源无动力源仪器无动力源仪器的测量量值完全是由机构直接输出，而且动力源仪器的测量值输出还取决于外加能源的变化。它俩的一个重要区别，是测量结果的获得方式。在构造方面，无动力源仪器比有动力源仪器简单得多，制造成本也较低。从费用方面来讲，无动力源有一定优势。因此，在选择仪器时，应权衡测量要求和相应成本之间的关第。寻求折中。ii. 零位平衡摆动指针式仪器此分类是按仪器的显示方式来划分的。一般来说，零位平衡式仪器比摆动指针仪器准确度高，但摆动指针式仪器在工作现场使用更多。若从校准角度看，零位平衡式仪器更可取。因为它的校准准度较高。iii. 监视用控制用仪器这是按仪器的使用方式来划分的。从功能看，两种仪器的重要区别在于：监视仪器仅有适当的监视识别功能，而控制仪器的输出形式多为自动系统的相关部分。v. 模拟式数字式仪器此分类是按其测量信息的传递来划分的，模拟式仪器的给出连续的测量值的变化。其读数值是不确定的，数字式仪器的输出是不连续的，这种输出是一个有限的量值。b) 仪器的静态特性对于特定工况应用的仪器，评价其测量的准确度时，温度是必须考虑的。其它特性为敏感性，线性都围绕着温度的变化。而有不同反映。也应予以以考虑。这些属性称为仪器的静态特性。通常将仪器的这些静态特性列成数表。随仪器一起提供给使用者。这个数表仅在标准的校准条件下适用。i. 准确度准确度用来表征测量结果与被测量直值之间的一致程度，是定性的区间，也即测量值读数允许误差的范围。ii. 容差是一个与准确度密切相关的术语。它限定超了期望值的最大值。容差是限定某些过程参数和零件制造的最大偏差。iii. 精密度重复性再现性精密度是仪器随机误差的自由度，不能与测量准确度相混淆。高精密度仪器可能其准确度不一定高。因为测量可能出现偏倚。当然，这种偏倚可通过对校准值的修正来排除。重复性是同一评价人采用同一个测量仪器多次测量同一零件的同一特性时，所获得的测量值的变化。而再现性是不同的评价人采用同一测量仪器，测量同一零件的同一特性时，测量均值的变化。重复性描述输出读数接近的程度，再现性是描述测量读数的密集程度，这两个术语都是用来描述一定的测量条件下，输出的复现性。如果测量条件恒定不变，称为重复性。如果测量条件变化，称为再现性。v. 偏倚是用来描述整个量程内恒定不变的误差的，这个误差可通过校准加以修正。iv. 线性线性是在量具预期的工作范围内的偏倚值的差值，该差值可能表征其非线性的程度。v. 测量的灵敏度是指当测量输入变化时，给测量仪器输出读数带来的变化。vi. 灵敏度干扰在温度和压力受控的条件下，仪器的标准才是有效的。由于环境变化会给静态特性带来一定的变化，灵敏度干扰就是这个变化程度的度量。可以将环境变化的影响，分为两个方面考虑：零飘和灵敏度飘移。vii. 零飘是描述由于测量仪器周周环境条件的变化而引起的仪器的零读数的改变。三、灵敏度飘移（刻度因素飘移）所谓灵敏度飘移，是指随环境条件变化，对仪器测量灵敏度的影响的总计四、滞后性五、盲区、不同的输入和输出滞后变化的范围称为盲区。任何仪器都存在着盲区。六、初始最小读数如果仪器的输入逐渐从零开始增加，在仪器的输出读数变化以前，测量系统将不能识别基本过程分布中所有的被测特性。这种可识别的最低位置称为仪器的初始最小读数。七、分辨力是检出并如实指示被测特性微小变化的能力，应当指出所选仪器之分辨力并非越高越好。实际上，只要所选仪器的分辨力能满足测量要求即可。动态特性描述的是在测量数值变化时，仪器输出达到稳定时的回应。其类型可分为零阶、一阶和二阶特性。对零阶仪器：动态特性可忽略不计。对一阶仪器，测量读数随着时间的阶跃响应。如：水银温度计费用、寿命和维护成本是与仪器的性能密切相关的因素。提高仪器的准确和分辨力，很明显会增加它的制造成本。同样，在考虑寿命和维护时，要重视购置的费用。此外，有关维护的开支也必须包括在费用的预算中，作为一个规律。可将仪器的购置费用以及维护费用的总和除以此仪器的预期寿命当作评定的标准。“每年费用”是一个必须考虑的条件，可作为改进设计的依据。八、 量误差来源a) 概述测量误差可分为随机误差和系统误差。随机误差的大小及符号事先不可能知道，但随观测次数增多，将遵循一定的统计规律。系统误差可能会集中在真值的一侧。即所有误差都是正的或者都是负的。在同样条件下，系统误差的大涉及符号均固定不变，或按一定的规定变化，它通常可以预先设法知道。b) 随机误差随机误差只能用概率的方法确定。如：2c) 系统误差i. 测量本身所致系统干扰例如用水银温度计测出的湿度可能会低于当时放入温度计时的温度。ii. 测量系统的环境影响如湿度、温度、压力等iii. 系统误差的其它来源1. 仪器原件的磨损；2. 连接导线；3. 热电动势iv. 使用智能仪器减少误差九、 测量和校准程序的实践a) 测量标准仪器的选择首先要尽可能使其对环境的不敏感，其次考虑的是性能的保持。第三要考虑的是其测量范围及准确度的要求。第四是新的技术和仪器不断发展，及时更新仪器。b) 测量仪器的选择同选择测量仪器标准器类似。c) 测量准确度的分析1. 识别和定量分析的各种误差源2. 确定环境的影响d) 校准过程企业应指定专门的操作者对每个仪器负责，专门的操作者应保证所负责的仪器，按校准计划规定时间进行校准。e) 确定测量仪器校准周期的准则i. 影响校准频次的因素1. 应尽可能减少测量仪器在使用中不符合技术规范的分险；2. 维持最少的校准费用ii. 校准周期的初步选择1. 仪器制造商的建议2. 使用范围与程度3. 环境影响4. 所追求的测量准确度iii. 校准周期的复审方法1. 自动调整或阶段调整法2. 控制图法3. 日程表时间法4. “在用”时间法（时间累计法）5. “在用”测试法或“黑匣子”测试法十、 校准后的过程如果在测量准确度极限内，将校准结果记在仪器的记录页上，然后可投入使用。如果在测量准确度极限外，要考虑比测量仪器是事可调整及调整范围。可以调整则调好再使用，不能调整或调整范围不够，则撤出此仪器并明显标识。a) 测量和校准体系文件i. 档校对和发布1. 手册的校对和发布人签名2. 手册的发布、实施日期和出版数量3. 手册本身的管理（包括修正程序）ii. 测量系统1. 整个现场测量要求的描述2. 每个测量系统的测量极限要求3. 现场使用的所有仪器都应具有唯一性编号标识4. 仪器的使用者和责任者5. 各类仪器的说明6. 每种类型仪器的校准周期7. 适用的仪器使用的操作指南8. 使用仪器时，任何环境控制信息或者采取的相应防护措施9. 使用仪器操作者的培训iii. 校准程序1. 用于校准的校准仪器2. 校准仪器管理和贮存方法3. 校准要求的校准环境条件4. 记录校准结果的规范和格式5. 仪器自身带有表明校准结果的规范化的标识（包括标明下次校准时间）6. 发现仪器越出校准极限的处理程序7. 对于某些超出校准极限的仪器，做好标识并撤出使用场所的方法8. 校准系统与国家基准的溯源性9. 履行仪器校准的责任人员参加培训的过程和再教育课程的要求iv. 校准复审1. 对校准系统操作持续有效性的复审程序2. 每次复审的结果a) 仪器记录系统中第个仪器应分别记录，至少保持如下规定内容：1. 仪器的型号2. 校准责任人的姓名3. 校准频次要求4. 上次校准的日期5. 校准结果 这些数据装订在一起成为现场仪器手册b) 度的标准第三节 长度测量仪器长度测量包括测量长度、宽度和高度（包括孔和槽的深度）以及构析的角度。对于这样的测量，都需要有一个平面作为基