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1、测量设备:
(mwasuringequipment)
实现测量过程所必需的测量仪器、软件、测量标准、标准样品(标准物质)或辅助设备或它们的组合。
注:
(1)测量过程(measarentprocess)指确定量值的一组操作。
(2)测量设备包括计量检测所需要的辅助设备、如计算机及其软件,还包括试验设备等非计量器具,以及相关的软件(规程、规范、指南)等部分。
测量系统:
(mwasuringsystem):
组装起来以进行特定测量的全套测量仪器和其他设备。
例:
测量半导体材料电导率的装置,校准体温计的装置。
注:
(1)测量系统可以包含实物量具和化学试剂
(2)固定安装着的测量系统为测量装备
按照ISO10012—2003标准,测量设备定义的范围很广,包括:
1)标准测量设备(含国家计量基准和标准及各级标准器);
2)各类标准物质(有证标准物质)和测试软件;
3)测量设备及其辅助设备(如专用电源、控温器;
可作长度测量用的工装、模具、胎具、定位器等);
----2----
4)检定装置和校准设备;
5)进货检验、过程检验和最终检验用的产品检验设备;
6)性能试验、寿命试验和环境试验用的试验设备;
7)监视用的测量设备和测量设备连用的记录器和控制器。
测量设备一般有各种不同的分类。
1)按大类可以分为:
硬件和软件。
硬件主要包括:
装置、仪器仪表、量具、辅助设备或它们的组合以及用于统一量值的标准物质;
软件主要包括:
电子软件、操作手册、文件资料等。
2)按溯源标准可以分为:
计量基准(测量基准)、计量标准(测量标准)。
3)按结构可以分为:
仪器仪表、实物量具、传感器及其装置、设备、系统、装备、测量链等,标准物质,软件及手册、文件。
4)按用途可以分为:
一般测量用、检验用、监视用、交接用、贸易用、校准用等。
总之,只要是能够用以直接或间接测出被测对象量值的,都应称为测量设备。
2、(实物)量具(materislmeasure)
使用时以固定形态复现或提供给定量的一个或多个已知值的器具。
砝码;
(单值或多值、带或不带标尺的)量器;
标准电阻;
量块;
标准信号发生器;
参考物质。
这里的给定量亦称为供给量
量具有以下几个特点:
1)量具本身的值是单位量值的复现(用实物来表示单位的量值叫复现它本身直接瓜单位的量值的大小。
)
2)量具一般没有指示器:
在测量过程中没有可以运动的测量元件,没有测量机构。
----3----
3)量具是被动测量器具,由于没有测量机构,一般要依赖其他的方法或装置才能确定被测对象的值,如砝码只有用天平,才能进行质量的测量。
4)量具能复现有关各量的相应准确度(但常常是已知)的值。
3、测量(计量)仪器(仪表)(measuringindtvunent)
将被测量值转换成可直接观察的指示值或等效信息的计量器具。
卡尺、电流表、压力表、温度计、干涉仪、水表、天平等。
其特点如下:
1)它不是单位量什的复现,它是通过转换的一个指示值或等效信息。
2)它是主动测量器具,一放上去,就能得到被测物的量值,如温度计、压力表。
有时由一独立面完备的组件构成的传感器能产生附加或附属功能的部件也属于计量仪器(仪表)如热电偶、变送器、调节器等。
3)它一般都有测量机构(装置)和活动的元件。
4、标准物质(参考物质)(referencematerial[RM])
具有一种或多种足够均匀和很好地确定了的特性,用以校准测量装置、评价测量方法或给材料赋值的一种材料或物质。
这种材料或物质可以是混合的气体,液体或固体,例如校准粘度计用的液体,量热计中作为热容量校准物的蓝宝石,化学分析校准用的溶液,它是属于实物量具的范畴。
四、(测量设备)计量特性(metroiogicalcharacteristic)
1、GB/T19022—2003标准对计量特性的定义:
计量特性能影响测量结果的可区分的特性。
注a)测量设备通常有若干个计量特性。
注b)计量特性可作为校准的对象。
----4----
计量特性是测量设备通常具有的特性。
测量设备的计量特性指影响测量结果的一些明显的特性。
如测量范围、测量的系统误差和随机误差、测量的重复性、稳定性、分辨力以及测量可靠性等。
测量设备的计量特性在很大程度上取决于测量设备本身的设计、测量设备的制造工艺和所用原材料和原器件的质量。
五、误差(error)
测量设备的示值(给出值)对应输入量的真值之差。
由于真值不能确定,实际上用的是“约定真值”代替真值。
约定真值——对于给定目的具有适当不确定度的,赋予特定量的值,有时该值是约定采用的。
例a、在给定地点,取由参考标准复现而赋予该量的值作为约定真值。
b、常数委员会(CODATA)1986年推荐的阿伏加德罗常数6.0221367×
约定真值有时称为指定值,最佳估计值,约定值或参考值。
也常常用某量的多次测量结果来确定约定真值。
误差按表示方法可分为绝对误差、相对误差和引用误差。
误差按来源来分可分为器具误差、环境误差、人员误差和方法误差。
误差按性质来分可分为系统误差和随机误差。
(11)最大允许误差(maximumpermissibleerrors)
对给定的测量仪器、规范、规程等所允许的误差极限值。
有时也称测量仪器的允许误差值。
(13)测量准确度(accuracyofmeasurement)
测量结果与被测量真值之间的一致程度
a、不要用术语精密度代替准确度
----5----
b、准确度是一个定性概念
应注意精密度,正确度,准确度,精度四个术语的区别,这四个度从本质上说都是表示测量误差的大小。
但按其误差的性质不同也有很大区别。
精密度是表示测量结果中的随机误差大小的程度,是指在一定条件下进行多次测量所得结果彼此之间符合的程度(即分散性),精密度通常用随机不确度定表示,表征测量结果的分散程度。
正确度是表示测量结果中的系统误差大小的程度。
指在规定条件下,在测量中所有系统误差的综合、理论上已定系统误差,可用修正值来消除,对未定系统误差可用系统不确定度来估计,它表征测量结果对真值所偏离的程度。
准确度是表示测量结果中系统误差与随机误差的综合,表示测量结果与真值的一致程度。
也就是指测量结果既不分散,又不分离的程度。
准确度反映了测量的各类误差的综合,若已修正所有已定系统误差,则准确度与精密度一样,也可用不确定度表示。
精度被定义为精密度的简称。
六、计量确认、校准、检定、检验、检测[测试]、验证
1、计量确认(metrologicalconfirmation)
为确保测量设备处于满足预期使用要求的状态所需要的一组操作。
(1)计量确认通常包括:
校准(检定)和验证、各种必要的调整或维修及随后的再校准,与设备预期使用的计量要求相比较以及所要求的封印和标签。
(2)只有测量设备已披证实适合干预期使用并形成文件,计量确认才算完成。
(3)预期使用要求包括:
测量范围、分辨率、最大允许误差等。
(4)计量确认要求通常与产品要求不同,并不在产品要求中规定。
确认(Validation):
通过提供客观证据,对特定的预期用途或应用要求已得到满足的认定
----6----
(1)“已确认”一词用于表示相应状态
(2)确认所使用的条件可以是实物或是模拟的。
计量确认一般包括首先校准和验证、必要的调整或修理,随后的再校准以及所要求的封缄和标记。
计量确认包含校准、验证、调整、维修、封印、标记等6种技术操作的一个综合概念。
在这些操用中首要的是校准。
因为测量设备必须经过校准、进行量值溯源,确定示值误差,才能有效地使用,所以,校准是计量确认的“核心”,“确认”的概念所包括的范围已超过“检定”和“校准”,它除了“校准”含义外,还增加验证、调试和修理,封缄和标志。
2、校准(Calibrsation)
在规定条件下,为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,与对应的由标准所复现的量值之间关系的一组操作。
(1)校准结果既可赋予被测量以示值,又可确定示值的修正值。
(2)校准也可确定其他计量特性,如影响量的作用。
(3)校准结果可以记录在校准证书或校准报告中。
3、检定(verification)
查明和确认计量器具是否符合法定要求的程度,它包括检查,加标记和(或)出具检定证书。
其特点:
(1)检定的对象是计量器具。
(2)检定的目的是统一量值,它主要是评定计量器具的计量性能,判定计量器具是否符合法定要求,而不管计量器具本身的外形尺才如何。
(3)检定的依据是国家部门和地方计量检定规程。
(4)检定的结果是得出合格不合格,合格出具检定证书,不合格出具检定结果通知书。
----7----
(5)它具有法制的概念,能给出合格与不合格定论。
(6)检定的主体是各级法定的或授权的计量检定部门和机构。
4、检验(inspection)
通过观察和判断,适时结合测量、试验所进行的符合性评价。
5、检测:
按照规定的程序为了确定给定的产品、材料、设备、生物体、物理现象、工艺过程或服务的一种或多种特性或性能的技术操作。
测试:
具有试验性质的测量。
也是测量的一种确定“量”的手段,是通过“量”来确定其物体的其他特性。
6、验证
通过提供客观证据时规定要求已得到满足的认定。
注
(1)“已验证”一词用于表示相应的状态。
(2)认定可包括下述活动,如:
——变换方法进行计算;
——将新设计规范与已证实的类似设计规范进行比较;
——进行试验和演示;
——文件发布前的评审。
七、溯源性(traceabilicy)
通过一条具有规定不确定度的不问断的比较链,使测量结果或测量标准的值能够与规定的参考标准,通常是与国家测量标准或国际测量标准联系起来的特性。
(1)此概念常用形容词可溯源的表述
(2)这条不问断的比较链称为溯源链
八、测量不确定度(uncertaincyofmeasurement)
1、定义
----8----
1993年由7个国际组织[国际标准化组织(ISO)]、国际计量局(RIPM)、国际电工委员会(IEC)、国际临床化学联合会(IFCC)、国际法制计量组织(OIML)、国际理论化学和应用化学联合会(IUPAO)国际理论物理和应用物理学联合会(IUPAP)]达成一致以国际标准化组织指南形式发布的定义为“与测量结果有关的参数,它表征合理地赋予被测量的结果的分散性。
”
①此参数可以是诸如标准偏差或其倍数,或说明了置信水准区间的半宽度。
②测量不确定度由多个分量组成,其中一些分量则可用测量列结果的统计分布估算,并用实验标准偏差表征。
另一些分量则可用基于经验或其他信息的假定概率分布估算,也可用标准偏差表征。
③测量结果应理解为被测量之值的最佳估计,而所有的不确定度分量均贡献给了分散性,包括那些由系统效应引起的(如下修正值和参考测量标准有关的)分量。
2、含义:
测量不确定度是表示测量结果的可疑程度,是指由于测量误差的存在而对被测量的量值不能肯定的程度。
被测量的真值所处范围的评定结果。
因此,当报告测量结果时必须对测量结果的质量给出定量的说明,以确定测量结果的可信程度。
测量不确定度就是对测量结果的质量的定量评定。
测量结果是否有用,在很大程度上取决于其不确定度的大小,所以测量结果必须有不确定度说明时,才是完整的和有意义的
造成或影响测量不确定度的因素:
⑴测量设备的因素,如设备的分辨力、稳定性、抗干扰能力、漂移等;
‘
⑵环境条件因素;
⑶操作者的因素,如读数误差;
⑷其它因素,如测量方法、被测对象等可能引起的不确定度。
----9----
测量不确定度是针对某一特定的测量过程而言的,单一的测量设备、人员或被测对象本身均不存在测量不确定度的问题。
在报告测量结果时企业有责任给出测量结果的质量指标,即评定和表示其测量不确定度,以便使测量结果的人能判定其可靠性。
3、ISO10012—200标准对测量不确定度的要求:
(1)在三种情况下,即进行测量、说明(表述)测量结果和使用测量结果时,都应考虑测量过程,所有重要的测量不确定度。
换句话说,在设计测量过程时,应估计各类测量不确定度的来源和大小,在表述和使用测量结果时,要估计和计算“合成标准不确定度”或“扩展不确定度”,这个参数应加在测量设备的后面。
(2)测量管理体系覆盖的每个测量过程都应评定测量不确定度;
(3)应记录测量不确定度的评定;
(4)测量不确定度分析应在测量设备的计量确认和在测量过程的有效确认前完成;
(5)应对所有已知的测量变量的来源形成文件;
(6)按国际七个组织对测量不确定度表述指南(GUM)中指出的方法评定;
(7)也可使用其它形式文件的和可接受的方法;
(8)评定测量不确定度的记录可采取一个通用的陈述,并附有每个独立的测量过程所特有的变量的说明;
(9)当某些测量不确定度分量较小,从技术或经济方面来说仔细地确定它们是不可取的,可以忽略不计,但应说明理由并记录;
(10)评定测量结果的不确定度应当考虑测量设备校准时的不确定度;
(11)采用统计技术有助于分析以前的和几种类似测量设备校准结果的测量不确定度。
4、表示方法:
----10----
(1)测量不确定度是可以定量评定的。
测量不确定度用标准偏差表示,必要时也可用标准偏差的倍数或置信区间的半宽度表征,因此,该定义的测量不确定度是可以定量评定的。
(2)什么是标准偏差。
[实验]标准[偏]差([experimental]standarddeviation)
对同一被测量作n次测量,表征测量结果分散性量S(x)接下式算出
S(x)=
式中:
Xi为第i次测量的结果
所考虑的n次测量结果的算术平均值
注(a)当将n个值视作分布的取样时,为该分布的期望的无偏差估计。
S2为该分布的差σ2的无偏差估计。
(b)为分布的标准偏差的估计,称为平均值的实验标准偏差。
(c)将平均值的实验标准偏差为平均值的标准偏差是不正确的。
(d)实验标准偏差也称样本标准偏差,简称标准差。
(3)表征分散性的参数可以是标准差σ,也可以是标准差乘以一个倍数k得到kσ,以kσ表示分散性。
K可以取得2到3,如k=2,即用2σ表示分散性,如k=3,即用3σ表示分散性。
采用kσ表示分散性时,k取多少必须说明。
所以标准差或实验标准偏差,是对同一被测量作n次测量表征测量结果分散性的量。
(4)表征分散性的参数,所说置信水准的区间半宽度是指:
如多个值可以95%的概率包含于[a,a+]内,即多个值的95%含于区间[a,a+]内,则区间宽度为a+—a,区间半宽度为1/2[a+,a],则我们说表征分散性的
----11----
参数为1/2[a+,a],它具有置信水准95%。
(5)不确度的A类估算:
(typeAevaluationofuncertainty)
通过对观测列进行统计分析,对标准不确定度进行估算的一种方法,即用对被测量重复观测并根据测量数据进行统计分析的方法,得到的平均值的实验标准偏差就是A类标准不确定度。
u(x)=S(X)/n1/2
(A类不确定度还有其他估算方法、这里就不再细述。
(6)不确定度的B类估算(typeBevaluationofuncertainty)
不是通过对观测列进行统计分析,可用对有关信息或资料对标准不确定度进行估算的一种方法。
B类评定时信息来源有以前测量的数据;
经验和对有关仪器性能或材料特性的一般知识;
生产厂的技术说明书;
检定证书、校准证书、测试报告及其它提供数据的文件;
引用的手册。
B类不确定度的评定方法。
一般根据经验或有关信息和资料,分析判断被测量可能值的区间(-a,a),并假设被测量的值的概率分布,由要求的置信水平(包括概率)估计包含因子k,则测量不确定度为:
u(x)=a/k式中:
a为区间半宽度。
(7)(确定)合成标准不确定度(combinedstandarduncertainty)
当测量结果是由若干个其他量的值求得时,接其他各量的方差或(和)协方差算得的标准不确定度。
合成标准不确定度u。
为对各个不确定度,包括A类不确定度和B类不确定度进行合成(适当时要考虑协方差),通常采用平方和开方的和方根合成得出如下式:
----12----
u(合)=[u2(x)+u2(b1)+u2(b2)+u2(b3)+……+u2(bn)]1/2
Uc为合成标准不确定度;
UA为A类评定标准不确定度;
UBi为B类评定标准不确定度;
Ubi是代表贡献于测量结果不确定度每个不确定度分量,由估计标准差表示,它等于估计方差的正平方根。
(8)(确定)扩展不确定度(expandeduncertainty)
确定测量结果区间的量,合理赋予被测量之值分布的大部分可望含于此区间。
扩展不确定度有时也称展伸不确定度或范围不确定度。
扩展不确定度用U表示,U由合成不确定度Uc乘以包含因子k得到
u(扩)=k·
u(合)
因此测量结果Y=y±
U。
y是被测量的最佳估计值。
由y—U到y+U为一个区间,被测量Y的可能值以较高的置信概率落在该区间,即y—U≤Y≤y+U
5.不确定度的累计影响
校准测量设备要使用测量标准,而测量标准的校准应使用不确定度较小准确度校高的测量标准,以此种方式溯源,直至使用不确定度最小的国际或国家测量标准。
向上溯源,不确定度越往上越小,而向下传递,则不确定度越积越大。
本条款要求在校准测量设备或测量标准在校准时,都应考虑这种不确定度的累计影响。
在我国正式发布的检定系统表中,一般都规定了每一环节的累计不确定度,供方可以直接引用而不必计算。
如果对于某些特殊测量设备,无现成的校准链可用,则应自行设计,尽可能减少校准环节的数量,并对每一环节的不确定度进行计算,并形成文件,供校准时引用。
计算总不确定度时应考虑其参数(不确定度值)是否危及被校测量设备的测量
----13----
不确定度,通俗点说,校准误差太大,影响测量准确度。
在大多数测量领域、校准误差不应大于被确认的设备在其使用时允许误差的1/3,最好是1/10。
如果不能满足这个要求,则应采取措施。
6.测量设备
测量设备的配备如何才能满足以上规定的计量要求?
总的原则是,测量设备固有的最大允许误差与工艺过程参数控制限或产品检验公差极限的对应值之比应选择1/3~1/10。
在选择以上对应值时,除测量设备固有的最大允许误差外,在某些情况下还应考虑测量标准、人员操作、环境条件和不同测量方法所带来的误差影响。
可用下列公差表示:
P=(1/3~1/10)
a12+a22+a32+a42+a52<P
式中:
p——产品公差或工艺参数控制限;
a1——测量设备的(最大)允许误差;
a2——人员操作误差;
a3——环境因素变化带来的误差;
a4——不同测量方法带来的误差;
a5——测量标准带来的误差。
测量设备的配备水平可参照以上5个方面等的影响因素,特别是测量设备的计量特性来决定。
九、计量职能metrologicalfunction
组织中负责确定并实施测量管理体系的行政和技术职能。
计量职能就是负责确立和实施测量管理体系的职能。
建立计量管理机构,规定计量部门的职能是测量管理体系必不可少的先决条件。
.----14----
确立了计量职能在测量管理体系中的核心地位。
.计量职能的管理者是测量管理体系的组织者和实施者。
计量职能包括行政和技术方面的职能。
行政管理和技术保障是计量工作基础,两者缺一不可。
这充分反映了计量工作的内在规律,是计量职能区别于其他管理职能的显著特点。
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