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待测仪器进行仪器校准统计控制的案例分析全过程
前面我们介绍了仪器校准过程要进行统计的目的及方法，接着来，我们用几个案例来说明：这几个例子均与用作压力测量传递标准的仪器有关。
我们的主要目的是要确定仪器的合并标准偏差Sr。对于包含该仪器的某一过程来说, Sr是该过程不确定度的一个分量。值得注意的是,在以下各例中,Sr·与压力的单次测量相关;包括了与所加压力及仪器输出有关的随机效应。
(1) 数字压力计的仪器校准案例
待测仪器是QC编号为62001的数字压力计(DPG),其输出是一与所加压力或正比的电压,工作范围为200～2000psig。该仪器每9053天校准一次,每次校准均由工作范围内等间隔分布的10次观测组成。校准方法是与～Ruska静重仪相比较。对8年时间内共进行的29次校准进行了研究。
*值可由以下仪器输出与所加压力之间的方程给出:
P=C0+C1V+C2V2
其中, P——所加压力[psig];V——仪器输出[电压];C0、C1、C2——由校准史确定的常数。
对校准数据进行这样的分析:每一组数据与*值相比后得出一组残数,将残数表达为所加压力的百分率或ppm。对于每一次校准,都可以残数中确定一平均值和标准偏差Sw,所有校准的平均值合起来就可得出Sb。
图1是62001DPG的x图,其中圆圈代表的是每一次校准的平均残数值,粗黑线为±τ95,Sb极限。图2所示的是62001ppG的S图,圆圈代表的是每一次校准的Sw值。由于用10个数据点进行曲线拟合时得出三个系数,因此自由度为7,由此可确定F值。对某一次特定的校准而言,Sp值是由过去所有校准的结果组合而得的。
在六年前的仪器校准中发现该DPG失控,但此时的Sr值并未显示出失控状态,通过对校准数据的分析表明,对于600≤P≤2000psi, Sb=106 ppm,据此我们决定,该仪器必须在以下前提下使用:
a.只用于600≤P≤2000psi的范围;
b.没有别的仪器可用时方可使用。
??这一决定是在始终一致的校准史的基础上做出的。在下一次常规校准中,使用该仪器的过程被判断为受控。
(2) 数字压力计的仪器校准案例分析
例1中讨论的DPG具有数字输出读数功能,分辨率为±0.1psig。将上例中的DPG加上数字输出就是本例的研究对象,其QC编号为62000。图3是62000DPG的S图,从中可见明显的失控状态。经分析认为,这种失控状态是由低数字分辨引起的,而不是仪器的性能问题。理由是:
a.相对来说比较低的数字输出对不确定度的影响比较大:在2000～200 psig的压力范围内不确定度为200～2000 ppm。
b.同一仪器在例1中是处于受控状态的。
DPG62000的合成标准偏差为:
其中,Sd是与数字分辨率相关的标准偏差。
上图中的数据结束于1992年6月的标准,从这次校准以后面板显示器发生故障, DPG6200停止使用。
(3) 石英压力计的仪器校准案例
本仪器是一压力测量范围为15～300 psig的带面板读数输出功能的Mensor石英压力计(QM ),其QC编号为60300。该QM每90天校准一次,每次均由整个工作范围上等间隔分布的10次观测组成。我们对6年的时间内所做的25次校准进行了研究。
QM的输出与所加压力之间的关系是极不线性的。线性内插法只可用于压力值的测量而不能用于仪器校准,因为内插法虽可得到令人满意的结果却无法确定自由度。为了估计自由度数,尝试了几种不同的曲线拟合法。结果表明将压力范围分为三个子区域并分别确定三个五阶多项式的结果*,因此可以为自由度数为5:20个数据点可得出15个系数。
图4和图5分别为QM 60300的x-图和S图。1993年3月,仪器的某一个元件在使用中发生故障因而进行了更换,由于这次修理改变了仪器的性能,故原来的*值不再有效。维修后的仪器状态应以新的*值公式为依据。
在六年前的校准中,由于某种原因,以Ruska静重测试仪替代了Ametek测试仪,结果发现,因范围所限,P<85 psig="" sw="670ppm。1994年12月恢复使用了Ametek测试仪,校准结果的Sw值就似乎更为合理。在研究了长期的校准情况后,我们认为该仪器可以继续使用。为了验证过程仍处于受控状态,我们计算了P"> 85psig的Sw值,结果如图4和图5中的虚线所示,从此可推断,使用该仪器的测量是受控的。
1993年3月以前的合并标准偏差为77ppm,而当前值为90ppm。
(4)石英压力计的仪器校准案例分析
这是一个压力测量范围为10～200psig带面板读数输出的Mensor石英压力计,QC编号为61870。该QM每90天校准一次,每次校准包含工作范围内等间隔分布的20次观测。校准方法是与Ametek静重测试仪相比。在6年的时间内共进行了25次校准。
与QM 60300一样,它也表现出极强的非线性。采用例3中所述的曲线拟合法对该QM的校准数据进行分析,结果认为自由度数为5比较恰当。
图6和图7分别为QM 61870的x-图和S
图。标准偏差为:
Sb= 62,Sw= 33,Sr= 70
??由于机械故障,该仪器于1994年3月停止使用,经维修后恢复使用,于94年9月进行了校准。同例3一样,由于这次校准使用的不是Ametek测试仪,因此P<85 psig="" p="">85 psig的Sw值如图中虚线所示,从中可得出这样的结论:使用该仪器的测量是受控的,但标准偏差表现出了上升的趋势,因此须多加关注。
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仪器计量的五种方式
仪器计量按照管理环节的不同，我们通常可以分以下五种方式：
1.周期，即对使用过一段时间的计量器具进行的定期；
2.出厂，即制造计量器具的企事业单位在销售前进行的；
3.修后，即对修理后的计量器具在交付使用前进行的；
4.进口，即进口计量器具在海关验放后由有关政府计量行政部门进行的；
5.仲裁，即以裁决为目的的。计量器具按照管理性质的不同，可以分为强制和非强制，两者又统称为计量法制。 (dglys7412455dgst）
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