《计量仪器管理》PPT课件.ppt
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1、计量仪器管理与校正,欢迎参加,培训课程,计量仪器管理的重要性,1-1 计量是产品质量的重要保证。1.计量器具是特殊的生产资料 2.计量是产品质量的重要保证*产品质量一般可包括设计质量、制造质量、检测质量和使用质量,它涉及到企业每个部门的每个成员。*计量是客观评价产品优劣的最终技术手段。*计量是控制生产过程工艺参数,确保加工质量的主要技术措施。,计量仪器管理的重要性,1-2 成本考量 1.节能降耗的重要手段 2.企业经济核算的重要依据 1-3 计量对现代社会的影响 1.避免双方买卖的纠纷(交易证明用)2.计量在安全方面的作用。3.计量在环境保护方面的作用 4.在身体健康中的作用,计量仪器管理与校
2、正,一、计量的起源和发展二、法定计量单位 三、测量方法与基础知识 四、计量仪器设备的选择 五、计量仪器设备的使用管理,六、计量仪器设备的校正管理 七、ISO9001对计量的要求 八、校正程序编撰 九、仪器管理审核中常见缺失十、MSA介绍,Q&A,目的,了解 计量单位测量方法测量基础知识测量设备的选定测量设备的使用管理测量设备的校正ISO9001对计量的要求校正程序的编纂,第一章 计量的起源和发展,計量之起源,古稱“度量衡”源于最初的商 品交換。“尺斗和秤”-長度容量和重量。計量追求“單位統一量值准 確可靠”,計 量 的 發 展 階 段,計 量 之 特 點,測 量 值 的 准 確 性,第二章 法
3、定计量单位,國 際 單 位 制,1960年第11屆國際計量大會通過“國際單位制”符號“SI”取自法文Le Systeme International Unites,国际单位制-基本单位,国际单位制-辅助单位,国际单位制-导出单位,国家选定的非国际单位,SI 词 头,计量单位使用方法,法定计量单位和词头名称 a.读写的顺序原则上是与该单位的国际符号表示的顺序一致。(但乘方形式的单位名称,要把指数名称读在指数所表示的单位之前)如:密度单位kg/m3,其中文名称为“千克每立方米”,b.单位的国际符号中的数字符号(“”、“”、“Xn”)的读写 乘号(“”)无对应的符号,即不在读写 除号(“”)对应读写
4、“每”字,无论分母中有几个单位,“每”字只出现一次乘方中的指数的响应名称一般是数字加“次方”两字,但如果是长度单位的2次幂或3次幂,且用以表示面积或体积时,则相应读写为“平方”和“立方”。,计量单位使用方法,法定计量单位和词头的组合书写形式a.相乘形式*不能加词头的单位不应放在最前面。如:瓦特小时应为“Wh”不应为“h W”*若组合单位中某单位的符号又同时是词头符号,并有可能发生混淆时,亦不应放在最前面。如:力矩的单位应写为Nm,不能写为Mn(以免误为毫牛)。,计量单位使用方法,法定计量单位和词头的组合书写形式b.相除形式*当可能发生误解时,应尽量采用分式形式或中间乘号用居中圆点表示负数幂形式
5、。如:速度单位宜用“m/s”“ms-1”不应为“ms-1”以免误为每毫秒。*当分子无量纲而分母有量纲时,一般不用分式而用负数幂的形式。如:波数m-1而不用1/m,计量单位使用方法,法定计量单位的使用规则a.优先使用国际符号;b.组合单位加词头的原则*相乘形式的组合单位加词头,词头应加在组合单位中的第一个单位前。如:Nm加词头M时,应写为MN m,不宜写为N Mm。,计量单位使用方法,法定计量单位的使用规则b.组合单位加词头的原则*相除形式的组合单位加词头,词头应加在分子中的第一个单位前。但以下3种情况例外:kg允许在分母中;当组合单位中分母是长度、面积或体积时可;分子为1的组合单位加词头时可。
6、,计量单位使用方法,法定计量单位的使用规则c.单位的名称或符号要作为整体使用。如:1cm2=1(cm)2;1cm210-2m2d.不能单独使用词头。,计量单位使用方法,法定计量单位的使用规则e.词头不能重叠使用。f.量值应正确表述。如:57kg不应写为5kg7kg;646mm不应写为64 mm 6mm;1.75m不应写为1m75亦不应写为1m75mm。(但非十进制可以,6时30分),计量单位使用方法,关于法定计量单位的基本使用方法可参考:GB3100-93 国际单位制及其应用 GB3101-93 有关量、单位和符号的一般原则,计量单位使用方法,练习判断改错:5KM 5kms 5CM 5m/m
7、5m(5微米)5T,计量单位使用方法,第三章 测量方法与基础知识,测量方法与基础知识,有效数字 误差可疑测定值的舍弃 精度 偏差和公差,测量方法测量方法精度分析不确定度,有效数字,有效数字:所谓有效数字就是从仪器上能直接读出(包括一位估计读数在内)的几位数字。1.0005g五位有效数字0.5000四位有效数字0.0540三位有效数字0.0054二位有效数字0.5一位有效数字,规律,数字1、2、39都可作为有效数字,只有“0”比较特殊。一般0在数字中间或数字后面都是有效数字。0在数字前面时,它只是定位数字,用来表示小数点的位置,而不是有效数字。有关测量数据有效数字及数据修约方法可进一步参考GB8
8、170-87数值修约规则。,练习,请讲出下列数据的有效数字位数:1.050 0.0005 5.000 8.24 1.007 3.2180,有效数字位数:,加减后有效数字位数在加减计算中,计算结果的小数点后位数,应与各加减数值中的小数点后的位数最少的相同。如:0.0213+2.0657+15.53其结果应写为:17.62,有效数字位数:,乘除后有效数字位数在乘除计算中,计算结果有效数字位数,应与各数值中的有效数字的位数最少的相同。而与小数点的位置无关。如:0.0212+2.04688+12.528=5.436169805其结果应写为:5.44,练习,请讲出下列计算后的有效数字位数:5.0001.
9、050+0.00063.95068.24 1.007 3.218026.331996,按来源分类(1)标准器及测量仪器的误差;(2)测量方法的误差;(3)操作者的误差;(4)测量环境引起的误差。(5)测量对象本身的缺陷引起的误差。按性质分类(1)系统误差;(2)偶然误差;(3)其它误差(如:粗大误差)。,误差,误差,系统误差,系统误差:在相同条件下,多次测量同一量值时,误差的大小和符号保持不变;或在条件变化时,按某一确定的规律变化。系统误差可分为定值和变值系统误差,定值系统误差,定值系统误差的发现 定值系统误差可用实验法发现,如千分尺调零时就会发现定值系统误差。定值系统误差的消除 定值系统误差
10、可用修正法消除。,变值系统误差,变值系统误差的发现 变值系统误差通过对随机误差分布规律的检查来发现,常用残差观察法,如残差大体正负相间无明显规律变化可认为无变值系统误差;如呈周期或线形分布规律则可判定存在变值系统误差。变值系统误差的消除 变值系统误差可用抵消法消除。,偶然误差,偶然误差 在一定测量条件下,多次测量同一量值时,误差的大小和符号以不可预定的方式变化的测量误差。偶然误差一般呈正态分布且有界。偶然误差可通过概率和数理统计方法,估算其范围,通过对测量数据的分析处理,减少其对测量结果的影响。,粗大误差,粗大误差 超出在规定条件下预计的测量误差。这种误差是由于某种不正常的原因所造成的,如读数
11、错误、突然振动等。粗大误差明显歪曲了测量结果,应予以剔除。,可疑测定值的舍弃,四倍法:(可疑值-M)/4(M为先剔除可疑值的平均值,为标准偏差)3法则(又称拉依达准则)|X-x|3 则为可信值,练习,请用3准则法确定是否有可疑值(=0.07866 x=20.391)20.42 20.45 20.52 20.36 20.40 20.24 20.30 20.38 20.44 20.40,精度,1、正确度-系统误差的影响程度 定义:重复测量的平均值与真实值的差。2、精密度-随机误差的影响程度 定义:重复测量时,其测量数据间差异的程度。3、准确度-综合影响程度(不确定度或极限误差表示),正确度和精密度
12、,偏差、公差和残余误差,偏差 是指某一测量值减其参考真值所得的代数差。残余误差 多次测量,反映数据分散程度的量。公差 某一数据允许的变动范围。,标准偏差,标准偏差i2/Ni=Xi 为真值 当用算术平均值代替真值,标准偏差可用下式计算:(Xix)2/(N-1),标准偏差,误差理论证明,测量列算术平均值xi的标准偏差x与单次测量的标准偏差有下列关系:x/N x 比小 N 倍,其分布较集中;因此,多次测量取平均值是提高测量精度的主要措施之一。,极限误差的确定,随机误差的有界性可知,随机误差不会超过某一范围,测量极限误差就是指测量结果的误差极限范围。一般认为在测量中任意测量一次,测得值对真值的差不会超
13、过3即:lim=3 测量列算术平均值的测量极限误差为:lim(x)=3(x)多次测量的结果Xe可表示为:Xe=X 3(x),测量方法,直接测量法 直接测量法是将被测量的量直接地用同类标准的量来比较得到被测量值的测量方法,在进行中不必测量与被测的量有函数关系的其它量,但要对不属于测量对象而却影响被测量值的影响量进行修正。间接测量法 间接测量法是通过对被测量的量有函数关系的其它量的测量,能得到被测量值的测量方法。如:通过测量液柱高度来求得压力量值。,测量方法,绝对测量法 计量器具可以直接测得被测量的整个量值,这种测量称为绝对测量。相对测量法 计量器具仅指示被测量相对于标准量的偏差,从而得到被测量的
14、方法称为相对测量。例如用接触式干涉仪检定量块。接触测量法/非接触测量法离线测量法/在线测量法,前面对误差的分类,我们得知:随机误差有其不可修正的特性。系统误差虽可加以修正,但修正因子或修正量的本身,亦可能隐含有不确定性。所以由以上两点我们引申出:测量误差必存在于每一测量作业中,而此误差在评估及修正的过程中所衍生出来的不确定性,若加以量化,即为“测量不确定度”而ISO国际标准对“测量不确定度”给了一个定义:是一个测量量的真值其存在范围的估计值。因此测量不确定度的表达是以一区间范围表示之:YUt,测量不确定度,測量不確定度,不確定度愈小測量結果的質量愈高 不確定度愈大測量結果的質量低。測量不確定度
15、的分類-標准不確定度-合成不確定度-擴展不確定度,GUM的由来,测量不确定度导则(Guide to the Expression of uncertainty in measurement)1963年美国国家标准局(NBS)的Eisenhart建议用不确定度;1977年国际电离辐射咨询委员会(CCEMRI)讨论表达不确定度的几种建议;1978年国际计量局(CIPM)着手统一测量不确定度;1993年国际标准化组织(ISO)正式发布了测量不确定度导则,统一评定方法和表示方法。,測量不確定度的評定,测量不确定度的来源,(1)被测量的定义不完整 例如:定义被测量是一根标称值1m长的钢棒的长度。若要求测
16、准到微米级,则该测量的定义就不完整,因为被测量受温度和压力的影响已比较明显。完整的定义为:标称值1m长的钢棒在25.00和101325Pa时的长度。,(2)被测量的定义值的实现不理想,即方法 例如:标称值1m长的钢棒在25.00和101325Pa时的长度。由于测量时温度和压力实际上达不到定义的要求,使测量结果引入不确定度。,测量不确定度的来源,(3)被测量的样本不能完全代表定义的被测量 例如:取某材料的一部分作样本进行测量,由于材料的均匀性使得样本不能完全代表定义的被测量,由样本引入不确定度。,测量不确定度的来源,(4)对环境条件的影响认识不足或环境条件的不完善测量。仍以钢棒的长度为例,不仅温
17、度和压力有影响,实际上湿度和支撑方式都有影响,若认识不足,没采取措施,就引入不确定度。,测量不确定度的来源,(5)人员对模拟式仪器的读数偏差。(6)测量仪器的分辨力或鉴别域的限制。(7)测量标准或标准物质的给定值或标定值不准确。(8)数据处理时所引用的常数和其他参数不准确。(9)测量方法,测量系统和测量程序引起不确定度。(10)同一条件下,被测量的各种随机影响和变化。(11)修正系统误差的不完善。(12)不明显的粗大误差。,测量不确定度的来源,测量不確定度的分类,根据数值评定方法不同:A类:由观测列统计分析所作评定的不确定度,用实验标准偏差表征。B类:由不同于观测列统计分析所作评定的不确定度,
18、用根据经验或资料及假设的概率分布估计的标准偏差表征。,根据表示的方式不同:标准不确定度:以标准差表示的不确定度。合成不确定度:当测量结果是由若干个其他量的值求得时,按其他量的方差和协方差算得的标准不确定度.扩展不确定度:确定测量结果区间的量,合理的赋予被测量之值分布大部分(90%以上)可望含于此区间.,测量不確定度的分类,一:基本方法:单次测量结果实验标准偏差和平均值的实验标准差:在重复性条件下进行n次测量,观测值为:Xi(x1,x2.x3.)平均值X=(x1+x2+x3+xn)/n单次测量的实验标准偏差:(Xix)2/(N-1),A类评定:,测量不確定度的评定方法,测量不確定度的评定方法,平
19、均值的实验标准偏差:即为测量结果的标准不确定度 u(a)=s(xi)/n,说明:1)方差时更为基本的量,但实验标准差的量 纲和测量结果一致所以用的更为广泛.2)实验标准偏差反映了Xk的在平均值上下 的分散性.3)n值应足够多,一般大于5 4)理论上讲,所有的不确定度都可以用A类 评定得出,B类评定:,一.信息来源1)以前观测的数据2)对有关的技术资料和测量仪器的特性的了解和经验3)生产部门提供的技术说明文件4)证书给出的:“等,级”5)手册或某些资料给出的参考数据及其不确定度6)规定的实验方法的国家标准或类似技术文件中给出的重复性r和复现性R.,测量不確定度的评定方法,B类评定:,二:评定方法
20、1)已知置信区间和置信因子.2)已知扩展不确定度和包含因子3)已知扩展不确定度和置信水平的正态分布4)已知扩展不确定度,置信水平和有效自由度的 t分布.5)其他分布:均匀分布 反正弦分布 三角分布,测量不確定度的评定方法,1)在缺乏任何信息时,一般估计为均匀分布2)如果已知被测量的量值出现在A+和A-的中心值附近的概率大于边界时,按三角分布3)Xi本为重复性条件下几个观测值的算数平均值,可估计为正态分布.4)如果被测量即受随机影响,又受系统影响,而对测量的影响又缺乏其他任何信息,可视为均匀分布.5)可采用同行的共识,利用长期观测结果的分布来判定,分布形态判断的一般方法:,测量不確定度的评定方法
21、,合成标准不确定度的评定,一关于线性与相关线性相关非线性不相关(独立)二合成标准不确定度见不确定传播定律三合成标准不确定度的自由度四流程,测量不確定度的评定方法,扩展不确定度的评定,一输出量的分布特征1)每个输出量的三个参量:标准不确定度,自由度,分布特征2)输出量的三个参量:合成标准不确定度 有效自由度 分布特征,测量不確定度的评定方法,扩展不确定度的评定,二.扩展不确定度的含义:1.U:标准差的倍数 U=k*uc2.Up=kp*uc(y):概率p的置信区间的半宽三.包含因子的选择:1)如果uc(y)的自由度较小,并要求具有规定的置信水平P时,当接近正态分布时用T分布的临界值.(查表).2)
22、如果能够确定分布不是正态分布而是其他分布,则不能按k=23来取值.,测量不確定度的评定方法,扩展不确定度U=kuc公式K覆盖因子(2-3)uc 标准合成不确定度,测量不确定度公式,测量不確定度的报告方法,何时用合成标准不确定度,通常在报告以下测量结果时使用合成标准不确定度Uc:1、基本参数;2、基本计量学研究3、复现国际单位制单位的国际比对。,何时用扩展不确定度,除传统用合成标准不确定度Uc表示者外,其它报告一般采用扩展不确定度U表示不确定度。尤其对商业、工业及涉及健康和安全的法规要求均用扩展不确定度U。,测量不確定度的报告方法,结果的表达方法,设被测量是标称值为100g的标准砝码ms1、合成
23、标准不确定度的表达:ms=100.02147 Uc=0.35mgms=100.02147(0.00035)g2、扩展不确定度的表达:ms=100.02147 U=0.00070g(k=2)ms=(100.021470.00079)g,k=2.26自由度=9,P=0.95由T分布确定,测量不確定度的报告方法,注意事项,1、取1-2位有效数字,测量结果的末位与不确定度的末位相对应。2、Uc和U单独给出时,数值前一般不加正负号。3、给出U时k不取2,必须说明k是如何选取的。实际应用时,为方便起见,除文件规定者外,一般取k=24、合格评定中,通常要求标准程序及其它影响量引入的不确定度不大于被校仪器允许
24、误差极限,则判该仪器为合格。,测量不確定度的报告方法,第四章 测量仪器设备的选择,计量仪器的配备要求,能源计量仪器配备要求1)能源计量仪器的配备必须实行生产和生活分别计量的原则,生产和生活要分别安装能源计量仪器,分别进行计量。2)生产用能源计量仪器的配备应按企业用能计算、统计、管理的需要配备。配备时应考虑对计量仪器的选型、准确度、稳定度、测量范围等有关要求的选择。3)班组及重点机台、炉窑(有单独考核意义的)可根据有关部门或省、自治区、直辖市能源计量仪器配备规定进行配备。4)生活用能的水、电、煤气应每户一表。,工艺及质量管理计量器具配备要求 工艺及质量管理计量器具包括以下四个方面:1)原材料进厂
25、检验的计量器具;2)生产过程中工艺参数控制及检验的计量器具;3)产品质量检验的计量器具;4)生产安全和环境监测的计量器具。对于工艺及质量管理计量器具,主要按企业对工艺策划和质量策划的要求配备。如进料检验标准、半成品检验标准、成品检验标准、作业指导书、QC工程图。同时必须考虑有关的国家标准、行业标准和有关法律法规要求。,计量仪器的配备要求,经营管理计量仪器配备要求 经营管理计量仪器包括以下三个方面:1)物料进、出厂的计量仪器;2)原材料消耗和半成品流转的计量仪器;3)定额指标管理的计量仪器;配备经营管理计量仪器,主要目的是进行经济核算或考核,在配备时应满足以上目的。原则上,对于需获得经济核算的数
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