测量仪器管理和校准.ppt
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1、,计量仪器管理与校准,目录,第一章 计量仪器的重要性第二章 法定计量单位 第三章 测量基础知识 第四章 计量仪器的配备与选择 第五章 计量仪器的管理 第六章 计量仪器的校准第七章 国际质量/环境管理标准对计量的要求第八章 测量系统分析(MSA)简介,第一章 计量仪器的重要性,(提问1)计量是实现单位统一、量值准确可靠的活动。计量学是关于测量的科学。计量工作的重要性体现在以下三个方面,而计量工作的展开离不开计量仪器。1 计量是产品质量的重要保证 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。2 计量是节能降耗的重要手段和企业经济核算的重要依据 3
2、计量对现代社会的影响 避免双方买卖的纠纷(交易证明用);计量在安全方面的作用;计量在环境保护方面的作用;在身体健康中的作用;,第二章 法定计量单位,为定量表示同种量的大小而约定地定义和采用的特定量称为单位,单位制是给定量制按给定规则确定的一组基本单位和导出单位。以下是国际单位制中七个基本单位。,国际单位制-辅助单位,国际单位制-导出单位,国际单位制-词头,国家选定的非国际单位,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”,计量单
3、位使用方法,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,即不需读写 除号(“”)对应读写“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(以免误为兆牛)。,计
4、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。如:速度单位宜用“m/s”“ms-1”不应为“ms-1”以免误为每毫秒。,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、
5、面积或体积时可;分子为1的组合单位加词头时可。,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1m75cm。(但非十进制可以,6时30分),计量单位使用方法,练习2判断改错:西瓜5元/斤 5T(5吨)50 mm 1mm;5m(5微米)5H(5小时)身高1m75cm,第三章 测量基础知识,测量方法有效数字 误
6、差 精度,偏差、标准偏差和公差不确定度 测量次数,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
7、测量法/在线测量法,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0.5000g四位有效数字0.0540g三位有效数字0.0054g二位有效数字0.5g 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。,练 习 3,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
8、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思考:为什么?,有效数字位数:,因为15.53的3字已经不是十分准确,保留过多,毫无意义!,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:0.2122.0468812.528=5.43638277968其结果应写为:5.44,练习4,请讲出下列计算后的有效数字位数:5.0001.050+0.00063.95068.24 1.007 3.218026.331995,答案,请讲出下列计算后的有效数字位数
9、:5.0001.050+0.0006计算结果应写为:3.9518.24 1.007 3.2180计算结果应写为:26.3,误 差,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)。,图:测量系统误差分析,系统误差,(提问5)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
10、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
11、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,3法则(又称拉依达准则)|X-x|3 则为可信值,练习6,请用3准则法确定是否有可疑值(=0.08166)20.42 20.45 20.48 20.36 20.40 20.20 20.30 20.38 20.44 20.40,精 度,1.正确度-定义:重复测量的平均值与真实值的差。系统误差的影响程度2.精密度-定义:重复测量时,其测量数据间差异的程度。随机误差的影响程度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,偏差、标准偏差和公
12、差,偏差 是指某一测量值减其参考真值所得的代数差。标准偏差 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Si2/(N-1)i=Xi 为参考真值 常用算术平均值估计真值。,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密度的主要措施之一。,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过3即:lim=3 测量列算术平均值的测量极限误差
13、为:lim(x)=3(x)多次测量的结果Xe可表示为:Xe=X 3(x),直接测量列的数据处理,步骤:判断系统误差。若发现则加以消除;求算术平均值;求残余误差;计算单次测量的标准偏差;判断并剔除粗大误差;求算术平均值的标准偏差;确定测量结果。,间接测量列的数据处理,函数误差的基本计算式 y=f(x1,x2,xn)该函数的增量可用全微分表示dy=(f/x1)dx1+(f/x2)dx2+.(f/xn)dxn若各直接测量值存在系统误差x1,x2,xn则函数(被测值)也相应存在系统误差y:y=(f/x1)x1+(f/x2)x2+.(f/xn)xn(上式称为系统误差传递式),间接测量列的数据处理,若各直
14、接测量值存在随机误差则函数也相应存在随机误差。根据误差理论,函数标准偏差y与各直接测量列测得值的标准偏差 x1,x2,xn 的关系如下:y=(f/x1)2 x1 2+(f/x2)2 x2 2+.(f/xn)2 xn 2 上式称为随机误差的传递式,间接测量列的数据处理,若各直接测量值的随机误差服从正态分布。则函数的测量极限误差计算公式为:lim(y)=(f/x1)2 2 lim(x1)+(f/x2)2 2 lim(x2)+.(f/xn)2 2 lim(xn)式中:lim(y)=函数的测量极限误差 lim(xi)=各直接测量列测得值的极限误差,间接测量列的数据处理,间接测量列测量结果的表达:Ye=
15、(Y-Y)lim(y),例1.直接测量的数据处理(提问6)对一工件12次测量,数据如下,求测量结果,讨论,讨论,例2.间接测量的数据处理 在万能工具显微镜上用弓高弦长法测得弓高H=20mm,弦长L=100mm,其系统误差和测量极限误差分别为:H=4m lim(H)=1 m L=5m lim(L)=2 m 试确定该圆弧半径的测量结果。注:R=L2/(8H)+H/2,测量不确定度,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
16、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,标准不确定度的A类评价 用统计方法评定的不确定度。(用实验标准偏差表征)标准不确定度的B类评价 用统计方法评定的不确定度,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。,测量不确定度,A类评定法 对被测量X,在同一条件下进行n次测量,X的实验标准偏差S(x)即不确定度:U(x)=S(x)=S(x)/n,测量不确定度,B类评定法 根据经验或资料分析判断被测量的可能值区间(-a,a)假设的概率分布
17、,由要求的置信水平(包含概率)估计包含因子k,则测量不确定度为:U(x)=a/k a为区间的半宽度.,测量不确定度,合成标准不确定度 若测量结果的标准不确定度由若干个不确定度分量时,可用各不确定度分量合成得到.当各分量互不相关时,合成不确定度Uc为:Uc=Ui2,测量不确定度,扩散不确定度U U=k Uc k为包含因子,测量结果可表示成Ye=yU.被测量Y的可能值以较高的置信概率落在该区间内.即:y-UYy+U,测量不确定度,包含因子k的选择 一般包含因子k=23,当k=2时,区间的置信水平约为95%当k=3时,区间的置信水平约为99%测量不确定度评定与表示指南测量不确定度评定与表示实例,第四
18、章 计量仪器的配备与选择,计量仪器的配备要求,能源计量仪器配备要求(提问7)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。,计量仪器的配备要求,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)原材料进厂检验的计量器具;2)生产过
19、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据的场合都必须配备适当的计
20、量仪器。,计量仪器主要特性,(一)有关工作范围的特性(二)有关工作条件的特性(三)有关响应方面的特性(四)有关准确度方面的特性(五)有关性能方面的特性,(一)有关工作范围的特性,测量仪器的示值测量仪器所给出的量的值。标称值测量仪器上表明其特性或指导其使用的量值,该值为修约值或近似值。标称范围测量仪器的操纵器件调到特定位置时可得到的示值范围。量程标称范围两极限之差的模。测量范围(工作范围)测量仪器的误差处在规定极限内的一组被测量的值。,(二)有关 工作条件的特性,额定操作条件测量仪器的规定计量特性处于给定极限内的使用条件。一般规定被测量和影响量的范围或额定值。极限条件测量仪器的规定计量特性不受损
21、也不降低,其后仍可在额定操作条件下运行而能承受的极限条件,极限条件可包括被测量和影响量的极限值。,(三)有关响应方面的特性,响应特性在确定条件下,激励与对应响应之间的关系。灵敏度测量仪器响应的变化除以对应的激励变化。鉴别力使测量仪器产生未察觉的响应变化的最大激励变化,这种激励变化应缓慢而单调地进行。显示装置的分辨力显示装置能有效辨别的最小的示值差。死区不致引起测量仪器响应发生变化的激励双向变动的最大区间。响应时间激励受到规定突变的瞬间,与响应达到并保持其最终稳定值在规定极限内的瞬间,这两者之间的时间间隔,(四)有关准确度方面的特性,1.最大允许误差对给定测量仪器,规范、规程等所允许的误差极限值
22、。2.基值误差为核查仪器而选用在规定的示值或规定的被测量值处的测量仪器误差。零值误差被测量为零值的基值误差。,(五)有关性能方面的特性,稳定性测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力。超然性测量仪器不改变被测量的能力。可靠性测量仪器在规定条件下和规定时间内,完成功能的能力。测量仪器的重复性在相同测量条件下,重复测量同一个被测量,测量仪器提供相近示值的能力。,测量系统各项定义,测量系统:是与量测结果有关的仪器、设备、软件、程序、操作人员、环境的集合.偏移:量测结果的观测平均值与基准值的差值.线性:指量测系统在预期的工作范围内偏倚的变化.稳定性:量测系统在某持续时间内量测同一基准或零件的单一特性时获
23、得的量测总变差重复性:一人使用同一量具多次量测同一零件之差量再现性:不同人所量测同一零件多次平均之间的差量,测量系統-偏移,偏移=观察平均值-参考平均值,偏移,观察平均值,测量系统-线性,参考值,观察平均值,末偏倚,偏倚,测量系统-稳定性,稳定性,第2次,第1次,测量系统-重复性,重复性,同一操作员同一量具同一零件,测量系统-再現性,人员 B,人员 C,人员 A,再現性,不同操作員同一量具同一零件,计量仪器的选择要求,在采购、选择计量仪器时,主要应考虑以下几个方面:1.应选择有资质的厂商生产的计量仪器。2.应考虑计量仪器的准确度、稳定度、量程、分辨力等因素。3.应考虑技术、经济性因素。用于工艺
24、过程监控的计量设备还要对动态性能予以考虑,如频率响应、响应时间及跟踪误差等指标要满足要求。单件或小批量生产应选用通用(万能)计量仪器,大批量生产应选用专用计量仪器。,选配考虑因素,技术特性a.使用方便、操作简单可靠;b.易于搬运、安装、拆卸;易于和检定(或校准)装置连接装配;c.使用期易于防护;防磁、防干扰等性能好;d.所须专用辅助设施少;e.对环境、操作人员条件要求合理不苛刻。,选配考虑因素,经济特性a.价钱便宜;b.操作、维护、保护和检定(或校准)费用少;c.能修理、寿命长;d.利用率高;e.使用时所须场地少;f.需操作人员少。g.测量仪器厂商可提供相关说明书、提供培训等售后服务。,第五章
25、 计量仪器的管理,计量仪器的验收;(见计量仪器采购、入库制度计量仪器的分类;计量管理体系建立;计量仪器的使用与保养;,第五章 计量仪器的管理,5-1 计量仪器的分类 凡直接或间接从事量测、分析、校准、检验、测试等作业的设备统称之。1、按被测量的量来分类,测量仪器可分为十类:(1)几何量计量仪器:(2)温度计量仪器:(3)力学计量仪器:(4)电磁学计量仪器:(5)无线电(电子)计量仪器:(6)时间频率计量仪器:(7)电离辐射计量仪器;(8)光学计量仪器;(9)声学计量仪器;(10)化学计量仪器或物质(标准物质);,第五章 计量仪器的管理,几何量计量仪器:如光波干涉仪、量块(00、0、1、2、3、
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