實(shí)驗(yàn)室如何做計(jì)量器具校準(zhǔn)結(jié)果的確認(rèn)
計(jì)量器具的校準(zhǔn)報(bào)告只給出被校計(jì)量器具的測(cè)量結(jié)果和其相聯(lián)系的測(cè)量不確定度, 并沒(méi)有給出合格與否的結(jié)論, 這就要求各溯源的計(jì)量器具擁有者根據(jù)計(jì)量校準(zhǔn)結(jié)果, 按照實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)或企業(yè)生產(chǎn)的需求以及被校計(jì)量器具的技術(shù)指標(biāo)來(lái)確認(rèn)其計(jì)量性能是否符合實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)、企業(yè)生產(chǎn)中被測(cè)量值所需滿足量值溯源關(guān)系, 以及保證所測(cè)量值的準(zhǔn)確可靠, 保障實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)或企業(yè)生產(chǎn)的需要。
測(cè)量誤差、測(cè)量不確定度和約定真值之間的關(guān)系
要做好測(cè)量設(shè)備的計(jì)量器具校準(zhǔn)報(bào)告的確認(rèn), 首先要明確測(cè)量誤差、測(cè)量不確定度和約定真值三個(gè)概念之間的關(guān)系。
按照我國(guó)現(xiàn)行的計(jì)量技術(shù)規(guī)范的有關(guān)規(guī)定, 測(cè)量誤差是指“測(cè)量結(jié)果減去被測(cè)量的真值”。根據(jù)誤差來(lái)源的不同, 測(cè)量誤差可以分為系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差兩種。系統(tǒng)誤差是指“在重復(fù)性條件下, 對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行無(wú)限多次測(cè)量所得結(jié)果的平均值與被測(cè)量真值之差”, 即系統(tǒng)誤差 (δX) =總體均值-真值。隨機(jī)誤差是指“測(cè)量結(jié)果與在重復(fù)條件下, 對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行無(wú)限多次測(cè)量所得結(jié)果的平均值之差”, 即隨機(jī)誤差 (δS) =測(cè)量結(jié)果-總體均值。
測(cè)量不確定度是“表征合理地賦予被測(cè)量之值的分散性, 與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)”。
約定真值 (計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際值) 即“在給定地點(diǎn), 取由參考標(biāo)準(zhǔn)復(fù)現(xiàn)而賦予的量值”。在我國(guó)計(jì)量檢定系統(tǒng)表中, 按1/3~1/10準(zhǔn)則確定的高一級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的量值相對(duì)于低一級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn) (或工作計(jì)量器具) 的測(cè)量值來(lái)說(shuō)是約定真值。高一級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)量誤差在這種條件下可以忽略不計(jì)。
根據(jù)上述定義, 對(duì)某一個(gè)被測(cè)量對(duì)象進(jìn)行6次測(cè)量, 分別得到測(cè)量值a1、a2、……、a6, 求得其總體均值為A。設(shè)定約定真值為A0, 擴(kuò)展不確定度為U, 該測(cè)量對(duì)象的最大允許誤差是δM, 測(cè)量結(jié)果的分散性為[A-U、A+U]。繪制測(cè)量誤差、測(cè)量不確定度和約定真值三者之間的邏輯關(guān)系圖 (圖1) 。
計(jì)量器具校準(zhǔn)結(jié)果計(jì)量性能的四種基本狀態(tài)
本文僅需分析正偏差狀態(tài), 負(fù)偏差的狀態(tài)與正偏差完全對(duì)應(yīng)。
2.1 測(cè)量結(jié)果和其相聯(lián)系的測(cè)量不確定度完全落在最大允許誤差內(nèi)
圖1 測(cè)量誤差、測(cè)量不確定度和約定真值
設(shè)定某一個(gè)被測(cè)量對(duì)象的測(cè)量結(jié)果是A, 擴(kuò)展不確定度為U, 其測(cè)量結(jié)果的分散性為[A-U、A+U], 該被測(cè)量對(duì)象的最大允許誤差δM。當(dāng)測(cè)量結(jié)果以及其相聯(lián)系的測(cè)量不確定度完全落在最大允許誤差范圍內(nèi)時(shí) (如圖2所示) , 該校準(zhǔn)結(jié)果是符合被測(cè)量的技術(shù)指標(biāo)。
圖2 第一種基本狀態(tài)
如果測(cè)量結(jié)果A大于該計(jì)量器具的最大允許誤差δM, 但是有部分分散值落在最大允許誤差內(nèi) (如圖3所示) 。此時(shí), 雖有部分測(cè)量值有可能是符合測(cè)量要求的, 但測(cè)量結(jié)果A已經(jīng)超差, 該計(jì)量器具顯然是不符合被測(cè)量的技術(shù)指標(biāo)。
圖3 第二種基本狀態(tài)
如果測(cè)量結(jié)果A小于該計(jì)量器具的最大允許誤差δM, 通常是符合該計(jì)量器具的技術(shù)指標(biāo)。但是, 當(dāng)把被測(cè)量對(duì)象的測(cè)量不確定度一并考慮時(shí), 就會(huì)發(fā)現(xiàn)有部分分散值可能會(huì)落在最大允許誤差之外 (如圖4所示) 。此時(shí), 應(yīng)該注意到該計(jì)量器具在實(shí)際使用中有可能是工作在不符合要求的區(qū)間內(nèi), 因此, 該計(jì)量器具不能百分之百地滿足被測(cè)量的溯源要求。
圖4 第三種基本狀態(tài)
同樣, 當(dāng)測(cè)量結(jié)果A恰好等于該計(jì)量器具的最大允許誤差δM, 那么其一半分散值必然是超出了最大允許誤差 (見(jiàn)圖5所示) 。此時(shí), 該計(jì)量器具在實(shí)際測(cè)量中存在一定的不可靠性, 也應(yīng)該認(rèn)為不能符合被測(cè)量的溯源要求。
圖5 第四種基本狀態(tài)
范例
根據(jù)上述分析, 第1種基本狀態(tài)符合量值溯源要求, 第2種和第4種基本狀態(tài)不符合量值溯源要求, 第3種基本狀態(tài)雖然符合量值溯源要求, 但存在不可靠性。
給出一個(gè)范例來(lái)說(shuō)明第三種基本狀態(tài)。
被測(cè)量對(duì)象是指針式0.5級(jí)電壓表, 量程上限為600 V, 給出的校準(zhǔn)報(bào)告有如下的信息:校準(zhǔn)結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為urel=0.15% (k=2) , 校準(zhǔn)數(shù)據(jù)如表1所示。
表1 校準(zhǔn)數(shù)據(jù)
可以得到技術(shù)指標(biāo)在600 V時(shí)所確定的最大允許誤差為600×0.5%=3 V。
考慮相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的影響, 則計(jì)算出測(cè)量不確定度所產(chǎn)生的結(jié)果為600×0.15%=0.9 V。
從表1可知, 在600 V校準(zhǔn)點(diǎn)的測(cè)量誤差為2.5 V, 已經(jīng)接近于最大允許誤差3 V的邊緣。但是, 當(dāng)將測(cè)量結(jié)果與測(cè)量不確定度一起考慮時(shí), 會(huì)得到600+2.5+0.9=603.4 V, 顯然超出了該電壓表的最大允許測(cè)量范圍600+3=603 V。
由上可知, 在600 V校準(zhǔn)點(diǎn)處有相當(dāng)?shù)目赡苄詴?huì)超出最大允許測(cè)量范圍, 因此該電壓表不符合量值溯源要求, 應(yīng)該予以降級(jí)使用, 或者進(jìn)行修復(fù), 以保證該電壓表95%以上的可靠性。
計(jì)量性能符合性的確認(rèn)
上述四種基本狀態(tài)是根據(jù)校準(zhǔn)報(bào)告按照被校計(jì)量器具的技術(shù)指標(biāo)來(lái)考慮確認(rèn)的。在實(shí)際工作中, 必須結(jié)合實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)或企業(yè)生產(chǎn)的需求與校準(zhǔn)報(bào)告給出的校準(zhǔn)結(jié)果來(lái)綜合分析和確認(rèn)。被校計(jì)量器具符合其技術(shù)指標(biāo)的, 未必就能滿足實(shí)際測(cè)量的要求, 還應(yīng)該根據(jù)1/3~1/10準(zhǔn)則進(jìn)行校準(zhǔn)結(jié)果的確認(rèn)。
例如, 一個(gè)儀表的允許誤差是±1%, 其溯源得到的測(cè)量不確定度為0.2% (k=2) , 生產(chǎn)工藝上產(chǎn)品要求的準(zhǔn)確度為±5%, 那么根據(jù)1/3~1/10準(zhǔn)則該儀表完全可以滿足測(cè)量要求, 其計(jì)量校準(zhǔn)結(jié)果的確認(rèn)是“符合”。
針對(duì)同樣的儀表, 如果生產(chǎn)工藝上產(chǎn)品要求的準(zhǔn)確度為±2%, 雖然該儀表計(jì)量性能符合其允許誤差, 但是該儀表的測(cè)量結(jié)果加上其測(cè)量不確定度就無(wú)法“勝任”此項(xiàng)測(cè)量, 其計(jì)量校準(zhǔn)結(jié)果的確認(rèn)是“不符合”。
計(jì)量性能符合性確認(rèn)的步序
1) 分析和確定計(jì)量器具的技術(shù)指標(biāo), 掌握其規(guī)定的誤差限;
2) 校準(zhǔn)報(bào)告上所提供的示值誤差的數(shù)值應(yīng)該在規(guī)定的范圍內(nèi);
3) 發(fā)現(xiàn)有的測(cè)量結(jié)果數(shù)據(jù)已經(jīng)接近超差, 就應(yīng)進(jìn)行符合性判斷。計(jì)算出該點(diǎn)的測(cè)量不確定度的數(shù)值, 將其加到示值誤差的絕對(duì)值上, 應(yīng)該保證其和值不超過(guò)最大允許誤差。如果已經(jīng)超過(guò)最大允許誤差, 則應(yīng)該進(jìn)行調(diào)整或者修理。
4) 校準(zhǔn)報(bào)告給出的測(cè)量不確定度的數(shù)值應(yīng)不超過(guò)被測(cè)量設(shè)備的最大允許誤差的1/3。如果超過(guò)了最大允許誤差的1/3, 就使得該計(jì)量器具的技術(shù)指標(biāo)不能保證, 也就是說(shuō), 該儀器可能要被降級(jí)使用了。因?yàn)? 作為測(cè)量不確定度的來(lái)源, 所用的計(jì)量器具的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量是作為合成分量進(jìn)入了總的不確定度, 合成是方和根法, 1/3的平方是1/9, 可以視為微小分量。如果超過(guò)此限就不能忽略了。根據(jù)GB/T 27025-2008《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求》 (ISO/IEC 17025:2005) 第5.6.2.2.1條款中“除非已經(jīng)證實(shí)校準(zhǔn)帶來(lái)的貢獻(xiàn)對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果總的不確定度幾乎沒(méi)有影響, 這種情況下, 實(shí)驗(yàn)室應(yīng)確保所用設(shè)備能夠提供所需的測(cè)量不確定度”。
計(jì)量器具校準(zhǔn)結(jié)果的確認(rèn)書
1) 列出該計(jì)量器具的技術(shù)指標(biāo)或?qū)嶒?yàn)室檢測(cè) (或生產(chǎn)工藝) 對(duì)計(jì)量器具的具體技術(shù)要求;
2) 與校準(zhǔn)報(bào)告相對(duì)應(yīng)的計(jì)量校準(zhǔn)數(shù)據(jù)要進(jìn)行比較;
3) 由使用該計(jì)量器具的部門或人員來(lái)確認(rèn)是否符合使用要求;
4) 填寫相應(yīng)的確認(rèn)書, 并與校準(zhǔn)報(bào)告一起歸檔保存。
確認(rèn)書需要有該計(jì)量器具的型號(hào)、名稱、編號(hào)、使用部門 (人員) 、計(jì)量時(shí)間、計(jì)量周期、計(jì)量部門、確認(rèn)者、技術(shù)指標(biāo)以及相對(duì)應(yīng)的計(jì)量數(shù)據(jù), 如果該計(jì)量器具降級(jí)使用還需要有關(guān)的技術(shù)部門批復(fù)等等信息。
樂(lè)春雷老師請(qǐng)您思考:
實(shí)驗(yàn)室有一支溫度計(jì)外送檢定,檢定結(jié)果不合格,檢定證書同時(shí)給出不確定為4.5℃。在實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)過(guò)程中要求使用的溫度是180℃,溫度范圍±5℃,請(qǐng)問(wèn)這支檢定不合格的溫度計(jì)是否可以在實(shí)驗(yàn)室使用?
上期問(wèn)題答案
標(biāo)準(zhǔn)之間相互沖突或者矛盾一般實(shí)驗(yàn)室要和客戶商議好使用那份標(biāo)準(zhǔn),以商議好的標(biāo)準(zhǔn)為準(zhǔn)。
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