計量要求導出及測量過程設計講解(共12頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上計量要求導出及測量過程設計測量過程的設計：根據(jù)顧客、法規(guī)或組織對企業(yè)各項管理工作中新涉及的需要提供測量數(shù)據(jù)的工作要求而進行的測量方法/程序的計劃、規(guī)劃、設想、問題解決的方法。設計內(nèi)容一般有：1) 識別顧客對測量的要求（明確測量的目的、原因，期望的效果）；2) 根據(jù)現(xiàn)場情況擬定測量方法和測量設備（保證測量可實現(xiàn)）；3) 導出該測量過程的計量要求（保證測量結果的準確可靠）；4) 根據(jù)計量要求識別過程要素和控制方法（降低測量失準的風險）；5) 確定監(jiān)視方法及頻次（“及時”發(fā)現(xiàn)偶發(fā)因素造成的測量失準）；6) 形成測量過程規(guī)范（測量作業(yè)的指導）；7) 評定該測量方法的不確定度（

2、測量結果可信度的評價）；8) 有效性確認（驗證是否能實現(xiàn)設計要求）。注：A 測量過程的設計一般形成一個文件（測量過程規(guī)范）及三個記錄/附件（計量要求導出、測量不確定度評定、有效性確認）。設計過程的1）、2）內(nèi)容原則上應在設計說明書中體現(xiàn)（可省略）。B 其中測量依據(jù)的技術標準、規(guī)范等文件中已明確規(guī)定所選用測量設備計量特性要求的（如依據(jù)GB 12358-2005選配CO檢測報警儀；依據(jù)GB17167-2006選配能源計量器具；依據(jù)相關檢定規(guī)程/校準規(guī)范選配內(nèi)部校準用標準器以及依據(jù)相關檢驗標準選配理化分析儀器等），可不進行計量要求導出及有效性確認（不需要3）、8）項），只需在測量過程規(guī)范說明依據(jù)何標

3、準、規(guī)范確定的測量方法及測量設備。1 術語和定義：1.1 計量要求（GB/T 19022-2003 A.2）計量要求是顧客根據(jù)相應的生產(chǎn)、檢測過程規(guī)定的測量要求。包括在驗證產(chǎn)品符合顧客規(guī)范的要求加上有生產(chǎn)過程控制及它的輸入而產(chǎn)生的要求?？梢杂米畲笤试S誤差或操作限制等方法表述。應當有足夠詳細的表述以便執(zhí)行者能明確決定特定的測量設備是否能根據(jù)預期用途控制、測量或監(jiān)視規(guī)定的變量或量值。由于測量過程中最重要且必備的要素是測量設備，因此計量要求可分解為：測量設備的計量特性要求+測量過程控制要求（操作者、對被測參數(shù)的限定條件、方法、環(huán)境、測量允許不確定度/允許誤差）。其中“測量設備的計量特性要求”是選配測

4、量設備的主要依據(jù)。測量設備的計量特性要求根據(jù)導出的不同階段可分為“計算要求”、“匹配要求”、“選用要求”。 計算要求：由測量要求推導、計算所得出的計量特性要求；匹配要求：根據(jù)擬選用測量設備的規(guī)格系列所選擇的最接近且優(yōu)于計算要求的計量特性要求。選用要求：實際配備測量設備的規(guī)格系列所規(guī)定的計量特性要求。1.2 計量特性（GB/T 19022-2003 3.4）計量特性 能影響測量結果的可區(qū)分的特性。注1. 測量設備通常有若干個計量特性。注2. 計量特性可作為校準的對象。一般檢定規(guī)程/校準規(guī)范、標準、說明書等資料中稱為：計量性能、技術性能、技術指標等。測量設備的計量特性是由檢定/校準證書獲得的實際特

5、性值。如： 示值誤差：-0.12Pa 重復性：0.05%1.3 計量驗證測量設備的計量特性與設備預期使用的計量要求中所規(guī)定的計量特性要求相比較的活動。驗證通過的原則：一般原則：計量特性應優(yōu)于等于選用要求。特殊情況下應確保：計量特性應優(yōu)于等于計算要求。例：某工序測量電壓，參數(shù)控制要求為15±3V。由此可選擇（0-20）V，MPE:±1V（5%FS）的數(shù)字電壓表（計算要求）。而實際配備的是（0-20）V ，0.05級數(shù)字電壓表（MPE：±0.01V）（選用要求）。周檢經(jīng)校準后給出示值誤差為-0.23V的校準結果（計量特性），顯然計量特性不滿足選用要求，但能滿足計算要求

6、，因此確認結論可為合格（應注明使用限制）。1.4 容差/公差TT 允許接收的上下限限制范圍。如：煉鋼溫度控制范圍為（16401680），則：T=1680-1640=40軸的加工尺寸為 mm，則：T= -0.10 -(-0.28)=0.18mm1.5 安全裕度A從規(guī)定的最大實體尺寸和最小實體尺寸分別向工件公差帶內(nèi)移動一個尺寸值稱為安全裕度。一般安全裕度值A為工件公差（T）的1/10。且等于允許不確定度U允。1.6 目標不確定度（JJF1001-2011 5.26）根據(jù)測量結果的預期用途，規(guī)定作為上限的測量不確定度（俗稱：允許不確定度）。1.7 分辨力（JJF1001-2011 7.14 7.15

7、）分辨力引起相應示值產(chǎn)生可覺察到變化的被測量的最小變化。 顯示裝置的分辨力能有效辨別的顯示示值間的最小差值。注：對于數(shù)字式顯示裝置，這就是當變化一個末位有效數(shù)字時其示值的變化。2 計量要求導出2.1 顧客對測量的要求目的：識別顧客對相關管理工作所要求的量化指標的測量要求，為計量要求導出提供依據(jù)。測量要求一般由相關的管理部門依據(jù)管理需求提出。一般工業(yè)企業(yè)納入體系的測量工作范圍包括：質(zhì)量檢驗、過程控制、能源計量、環(huán)境監(jiān)測、安全防護、經(jīng)營管理以及量值傳遞等。測量要求一般為控制范圍、控制點或實測值。如：1) 溫度控制范圍：（16751685）2) CO濃度：24mol/mol3) 控制點：26kPa4

8、) 零件的加工尺寸mm；容差T=0.15mm5) 材料含水量：15%6）進廠原料為12.35t7）對于同一測量點（測量設備）由于產(chǎn)品不同，控制點及控制允差可能不同。如：鋼水溫度控制要求： 鋼種Q235HPB300HRB335HRB400溫度/1650-16701650-16701640-16701640-1660則應選擇全部溫度值中最低及最高值作為控制范圍極限，選擇各鋼種控制范圍最小的作為控制允差。即：其控制要求可表示為：溫度控制范圍：（16401670）；容差T=20企業(yè)的工藝技術部門在根據(jù)顧客要求提出測量要求時，為避免概念混淆，建議采用以下術語：1）當被測參數(shù)的值允許在某一區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)時，該

9、區(qū)間用“容差T”表示。如：冶煉Q235號鋼時，鋼水溫度應控制在（1650-1670）之間（測量值為該區(qū)間內(nèi)任意數(shù)值均可），則表示為：容差：T=20軸的直徑尺寸加工應控制在mm內(nèi)，則表示為：容差：T=0.15mm但對于雖然給出了容差，但需要考慮當測量值出現(xiàn)在邊界點時，為減小由于測量誤差的存在而可能產(chǎn)生的被測量實際值顯著超出控制區(qū)間的風險，應規(guī)定允許不確定度U允。U允值的選擇一般有兩種方法：a. 分析允許超出區(qū)間的承受能力。如：冶煉Q235號鋼時，分析結論表明：爐后鋼水溫度如低于1650的下限5以內(nèi)，以及高于1670上限10以內(nèi)，不會影響產(chǎn)品質(zhì)量、能耗、生產(chǎn)效率等，則可確定U允=5。b. 規(guī)定內(nèi)控

10、標準，給出安全裕度A。如：例1：工藝檢驗標準（內(nèi)控標準）可將公差帶內(nèi)移0.02mm（即給出安全裕度A），定為：軸的直徑尺寸加工應控制在mm。此時，U允=A=0.02mm。例2：規(guī)定的材料含水量15%，但正常生產(chǎn)時能保證在10%，則內(nèi)控標準可內(nèi)移2%（即給出安全裕度A），定為材料含水量13%。此時，U允=A=2%。2) 當被測參數(shù)的值只允許是某一設定值（測量值不允許出現(xiàn)對此值的偏離時）或為實測值時，應考慮確定由于測量誤差的存在而允許被測量的實際值偏離設定值的大小，其允許偏離的程度（大?。┯谩霸试S不確定度U允”表示。如：例1：規(guī)定的配料值為15kg，但由于測量誤差的存在，當配料秤的顯示值為15kg

11、時，實際配料量很可能不等于15kg，應分析允許偏離設定值（15kg）的承受能力，假如經(jīng)分析確定，實際配料量不少于14.85kg或不多于15.5kg對于產(chǎn)品質(zhì)量及成本的影響均可接受，則可規(guī)定該配料測量過程的允許不確定度U允=0.15kg例2：根據(jù)進出廠物料結算量與供（需）方稱量的允許差值，規(guī)定稱重測量的允許不確定度U允2.2 轉化為計量要求目的：為測量過程設計中選配測量設備、控制過程要素提供依據(jù)。2.2.1 測量結果的允許不確定度1）如測量過程給出了安全裕度或允許不確定度，則U允值等同之。 2）如測量過程只給出容差，沒有給出安全裕度等參數(shù)指標時，測量結果的允許不確定度一般為：U允=T/C （C值

12、可根據(jù)被測量的重要性選擇10, 6, 4）一般C值選6，非常重要的關鍵測量可選C=10但計算得到的U允應反饋給相關技術部門并得到其認可（考慮測量值為邊界點時允許超出的最大值），否則應由相關方會商確定合理的U允。2.2.2測量設備測量范圍的選擇1） 一般情況：測量設備的示值范圍能涵蓋被測參數(shù)范圍并適當外延即可。如：被測參數(shù)為： 210 且溫度較穩(wěn)定 計算要求：要求測量設備的測量范圍應在200-220 （外延10）匹配要求：根據(jù)溫度測量設備的規(guī)格系列，擬選用（200250）玻璃液體溫度計或（0300）半導體溫度計等。選用要求：實際選用（0300）半導體溫度計2） 對被測參數(shù)有過載可能的壓力、質(zhì)量、

13、溫度等參數(shù)的測量時，擬選用計量器具的測量上限須留有過載余量。3） 當擬選用的計量器具的測量原理為非線性或小量程誤差較大時，應選擇被測量值大于該計量器具的最小測量值。例1：被測參數(shù)為（150200）kPa，擬選用彈簧管式壓力表，如何確定其測量范圍？解：考慮到彈簧管式壓力表非線性工作原理，欲避開1/20小量程及保留1/3的過載余量，則有：計算要求：最小被測量（150 kPa）應高于壓力表的1/20FS，則：壓力表的測量上限應150 kPa×20/1=3000 kPa 最大被測量（200 kPa）應低于壓力表的2/3FS，則：壓力表的測量上限應200 kPa×3/2=300 kP

14、a即：所選壓力表的測量上限應在（300-3000）kPa之間 匹配要求：根據(jù)壓力表的規(guī)格系列，擬選用（00.4）MPa的壓力表選用要求：實際選用（00.6）MPa的壓力表2.2.3測量設備的允許誤差或準確度等級的選擇2.2.3.1測量設備允許誤差（示值不確定度）的確定。測量設備的允許誤差U1由測量允許不確定度U允導出： U1=aU允 式中系數(shù)a的選擇： 測量不確定度U允是由測量設備示值誤差引入的不確定度U1及由其他因素引入的不確定度U2的合成。依據(jù)GB/T 3177-2009標準的選定原則，若估計U13 U2時， a=0.9若估計3 U2U12U2， a=0.8若估計U1U2， a=0.7最終

15、應保證經(jīng)評定得到的測量不確定度小于U允2.2.3.2計算得到測量設備的允許誤差U1后，即可與相應測量設備的檢定規(guī)程（或標準）中所給出的最大允許誤差MPE值相比較，若MPEU1，則該測量設備的準確度滿足要求。如該測量設備準確度按等級劃分，可給出對應的等級要求。例2：某生產(chǎn)過程控制要求為（0.100.25）MPa，擬選用（00.4）MPa彈簧管壓力表，如何選擇準確度等級？解： 計算要求：因為容差 T= 0.25-0.10 = 0.15 MPa，則： U允=T/6=0.025 MPa U1 = 0.9 U允=0.9×0.025 MPa = 0.0225MPa 因壓力表準確度按級別劃分。其級

16、別的確定按最大允許引用誤差的分子部分劃分，計算其引用誤差： U1/FS = 100%×0.0225/0.4=5.6% 即：5.6級匹配要求：根據(jù)壓力表的規(guī)格系列，擬選用（00.4）MPa 4.0級壓力表選用要求：實際選用（00.4）MPa 2.5級壓力表。例3：某零件加工尺寸要求為mm，驗收測量時規(guī)定的安全裕度為A=0.015mm如何選擇測量設備？解： 計算要求：因為安全裕度 A= 0.015mm，則：U允= A= 0.015mm U1 = 0.8 U允=0.8×0.015mm = 0.012mm 匹配要求：查：2550mm千分尺的最大允許誤差為±0.004mm，

17、故擬選用該規(guī)格千分尺。選用要求：實際選用（2550）mm千分尺（MPE：±0.004mm）。2.2.3.3如測量是由多臺測量設備組合而成的測量裝置完成，則測量裝置的允許誤差誤差(不確定度)應滿足2.2.3.1要求，即：=MPE總U1式中：MPEi第i臺測量設備的最大允許誤差例4：某溫度測量選用熱電偶+PLC系統(tǒng)組成測量裝置設本測量過程的測量值為465，允許測量不確定度U允=5。選擇測量裝置的測量范圍為（0-800），故測量裝置的最大允許誤差U1為：U1=aU允 因本測量過程為自動測量，數(shù)字顯示，且受其他因素影響較小。故取a=0.9，所以有： U1=0.9U允 =0.9×5=

18、±4.5因測量裝置的誤差MPE總由熱電偶誤差MPE1及PLC模塊轉換誤差MPE2組成，則：1）PLC模塊轉換誤差MPE2：試選擇10位PLC模塊以滿足分辨力1的要求。則其轉換誤差MPE2為： MPE2=800×1/210=±0.782）熱電偶的最大允許誤差MPE1可由上述結果計算： MPE1=±4.57查JJG351-1996工作用廉金屬的檢定規(guī)程可知K型,II級熱電偶在測量端溫度為465時的最大允許誤差MPE=±0.75%*t=±3.49，MPE 1，所以選擇K型,II級熱電偶可滿足要求。2.2.4測量設備分辨力的選擇1) 當被測參

19、數(shù)對計量器具分辨力有明確要求時，應保證所選測量設備的分辨力小于等于要求的分辨力。2) 當被測參數(shù)未明確分辨力要求，但對測量結果的保留位數(shù)有要求時，應保證所選測量設備的分辨力小于等于擬保留位數(shù)的末位。3) 對于指針/刻度指示儀器原則上沒有分辨力的概念。但需要時可以其估讀能力與要求的分辨力比較。4）一般可選擇分辨力為T/10。2.2.5 測量設備重復性的選擇當被測參數(shù)對測量設備的重復性有要求時，應保證所選測量設備的重復性限小于等于要求的重復性，若該測量設備的檢定/校準規(guī)范中沒有重復性參數(shù)的檢查項目，應與校準機構商議重復性的校準及方法。2.2.6 測量設備其他計量特性的選擇應根據(jù)被測參數(shù)及擬選用測量

20、方法的特點，確定是否需規(guī)定所必須限制的計量特性要求，并依此要求選擇測量設備。2.2.7測量過程控制要求2.2.7.1操作者 根據(jù)被測參數(shù)的重要性及測量過程的難易程度及特點規(guī)定操作者的能力或資質(zhì)要求。2.2.7.2對被測參數(shù)的限定條件 針對諸如測量時機、取樣規(guī)定、樣品溫度、測量部位、樣品安放等影響測量結果的因素做出規(guī)定。2.2.7.3方法 規(guī)定測量操作程序。2.2.7.4環(huán)境 對影響測量結果的或測量設備正常運行的環(huán)境條件做出規(guī)定。2.3 有效確認1）所設計測量方法的測量結果x1與其他已經(jīng)確認的方法的測量結果x2進行比較，當：|x1-x2| 成立時，可判定測量結果有效。2）所設計測量方法的測量結果

21、x1與采用準確度等級更高的測量設備所得測量結果x2進行比較，當：|x1-x2|U1 成立時，可判定測量結果有效。3）所設計測量結果x1其他多臺等精度測量設備所得測量結果的均值比較，當： 成立時，可判定測量結果有效。4）利用統(tǒng)計技術進行測量系統(tǒng)分析（多用于機械制造中的幾何量測量）。5）通過生產(chǎn)效果驗證，檢查測量參數(shù)所對應產(chǎn)品相關指標是否達到設計、工藝等技術要求（通過過程特征的連續(xù)分析方法來確認有效的測量過程）。3 監(jiān)視3.1 監(jiān)視方法測量過程的監(jiān)視包含對所有過程要素是否按照測量過程規(guī)范的要求實施并滿足預期要求的檢查。“測量過程應設計成能防止出現(xiàn)錯誤的測量結果，并確保能迅速檢測出存在的問題”（GB/T 19022-2003 7.2.2）?！按_保迅速發(fā)現(xiàn)存在的問題”（8.2.4）這是設計監(jiān)視方法基本原則。一個合理的監(jiān)視方法應確保迅速發(fā)現(xiàn)錯誤的測量結果（即測量結果失準）。監(jiān)視一般采用以下方法：1）定性監(jiān)視對管理性