主题:【第十三届原创】计量器具溯源周期的确定方法

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9月二等奖
摘  要



  计量器具的准确与否是决定测量结果准确度和可靠性的重要基础。计量器具只有定期的通过检定或校准的方式进行溯源才能及时掌握计量器具的准确程度,以判定计量器具是否可以继续使用。根据《中华人民共和国计量法》的相关要求,强制检定的计量器具必须定期进行检定,检定周期由计量检定机构根据国家计量检定规程的规定确定,对非强制检定的计量器具,使用者可根据实际使用的需要自行确定溯源周期。在确定溯源周期时要执行“既要能够保证计量器具的可靠性,又要兼顾溯源的成本避免不必要浪费”的原则。所以在确定非强制检定的计量器具的溯源周期时就需要通过合理的评判标准来确定,同时根据计量器具的使用状态,使用年限及时调整溯源周期,实现对计量器具溯源周期的动态管理,在节约溯源成本的同时,保证计量器具的准确度和可靠性。

关键词:  计量器具,溯源周期,非强制检定




绪  论



    计量仪器的准确度是否能够满足测量过程中对准确度的要求,是保证测量可靠性的基础和保证。计量仪器不论是处于工作状态还是闲置状态,其计量性能都会随时间而逐渐下降,实验人员使用计量器具获得的测量结果的置信概率也会随时间的延长而下降。因此,对强制检定的计量器具应按时实施强制检定,对非强制检定的计量器具需要通过定期校准进行溯源,确保计量仪器的准确度满足实验的需要。

    对强制检定的计量器具的检定周期均由承担强制检定任务的检定机构依据检定规程进行规定,一般为检定规程规定的最长检定周期,检定机构也可以根据计量器具的实际使用条件,或多个检定周期体现出的稳定性适当缩短检定周期。对非强制检定的计量器具采用检定方式溯源时也多采用检定证书规定的周期;当非强制检定的计量器具采用校准方式溯源时,由于根据CNAS-CL01:2018《检测和校准实验室能力认可准则》5.10.4.4条款 “校准证书(或校准标签)不应包含对校准时间间隔的建议,除非已与客户达成协议。”规定,除非仪器的使用方要求在校准证书上注明下次校准时间,否则证书中是不提供校准周期的,所以对于此类计量仪器的校准周期就需要由仪器的使用者根据仪器的使用情况和准确度要求自行判断。目前对于计量仪器校准周期的确定,最传统的做法是根据经验确定校准周期,一般为一年或二年。采用这种方法对稳定性较好、使用频率不高、试验中不起关键作用的计量仪器制定的校准周期往往比较保守,会造成计量器具校准成本的增加;而对于稳定性较差、使用频繁、对数据准确度要求较高的计量器具又会存在校准周期较长,期间造成测量结果的准确度、可信程度下降的问题。所以在确定计量仪器校准周期时,除了要根据文献资料(如:标准、检定规程等)、根据工作经验进行确定,更要以使用者所期望的测量可靠性为基础,用保持仪器的测量可靠性目标不变的方法确定校准周期才是比较科学和合理的。

    当然,采用检定方式溯源的计量仪器为了保证仪器的准确度、实验结果的准确可靠也应采用合理的方法调整检定周期(但不应超过证书的有效期)。




一、确定计量器具溯源周期的原则和依据

1、确定计量器具溯源周期的基本原则

(1)强制检定计量器具检定周期的确定原则



  对于强制检定计量器具的检定周期应根据计量法相关的要求由执行强制检定的检定机构依照计量检定规程确定检定周期。计量检定规程的制定过程中主要是依据计量器具的工作原理、结构型式、材质、性能要求和计量器具常用的环境条件、使用频次及维护情况确定检定周期的,其可靠性目标一般不小于90%,只要严格按照计量器具的使用条件使用,不发生误操作或人为损毁的现象,基本可以确保计量器具的计量性能在检定后期内可以满足检定规程的相关要求。


(2)非强制检定计量器具溯源周期的确定原则


    确定非强制检定计量器具溯源周期必须遵循:既能保证计量器具计量性能的可靠程度能够满足实验的需要,减小超差使用的风险,又兼顾经济合理、节约溯源成本的基本原则。如果为了保证计量器具性能的准确、可靠,盲目的缩短溯源周期将造成溯源成本的增加,浪费社会资源。而单纯的为了节约资金而延长溯源周期,将增加计量器具因示值超差进而影响测量准确性、可靠性的风险,是一种非常危险的行为。为了寻求一种既可以保证测量的可靠性,又能最大限度地节约溯源成本的方案,就需要在综合考虑计量器具最大允许误差、测量不确定度、测量稳定性、重复性等计量器具计量性能的要求,又考虑到计量器具的使用条件、环境条件、使用频率等因素的条件下,根据实验能够接受的所用计量器具的可靠性目标,使用合理的分析方法对溯源周期进行测算,进而确定计量器具的溯源周期。


2、确定计量器具溯源周期的依据


    计量仪器在整个确定的时间间隔内保持在规定容限范围内的概率,称为测量可靠性。测量可靠性是确定计量器具溯源周期的根本依据。测量可靠性对不同的计量器具的使用者有着不同的要求范围。对同一台计量仪器,测量可靠性的目标要求高,它的溯源周期就短,就造成了溯源成本的增加,反之则满足不了使用者对测量准确度的要求。例如:该计量器具的测量可靠性目标是95%,这就意味着这台计量器具在预定的溯源时间间隔内,存在95%的时间保持在规定的容限范围内,即在顺序的两次校准时间间隔内,在容限范围内的概率是95%,若超出溯源时间间隔,则该计量器具的可靠性就不能得到保证。因此必须根据期望的测量可靠性目标,科学、合理的确定溯源周期。





二、确定计量器具溯源周期常用的方法

1、评估法


    使用评估法对计量器具的溯源周期进行评估时,要结合可能影响溯源周期的因素,用“程度系数”表征各因素对溯源间隔长短的影响程度,再对各影响因素的具体情况进行评分,将各评分乘以相应系数后求得总分。这种方法最早起源于日本,需要评估的主要项目包括:设备的重要性、可靠性、稳定度、准确度、使用频次、保养状况、损耗程度和使用的环境条件共8条要素进行评分。具体评分标准见下表。








    通过评估法确定计量器具的溯源周期,便捷、快速,工作量较低,但也存在主管因素过多,未引入概率因素的问题。为了提高判定结论的可靠性,提高合理性,在对上述8条评定要素进行评定时可按下述方式考虑:


  (1)重要性:评定过程中重要性因素指的是计量器具在企业生产、实验环节中其数据准确度对最终结果的影响程度。评定过程中可参照我国对计量器具分类管理中按ABC三级分类的方式确定。其中:

      企业内部用于量值传递的计量标准器和在工艺、质量、经营管理、能源管理等对计量数据有较高准确度要求的计量检测设备,可判定为A级;


      工艺、质量、经营管理、能源管理对计量数据有较高准确度要求,但平时拆装不便,实行周期检定有困难的计量检测设备或在固定点使用的计量器具,可判定为B级;

      工艺、质量、经营管理、能源管理对计量数据无准确度要求的或对准确度要求很低的计量器具,和仪器配套的不易拆卸的仪表,可判定为C级。


  (2)可靠性:指计量器具每年发生故障或测量误差超差的次数。确定此项评分需经过连续几年的跟踪记录确定,并要按时对计量器具的计量性能进行期间核查。


  (3)稳定性:测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力。评定中可参照计量标准稳定性实验的方法,采用一个稳定的被测物考察计量器具的稳定性。对新仪器需连续进行一年的稳定性试验,并不少于8次,以数值的最大变化量作为仪器的稳定性,之后可每年进行一次,以当年实验结果作为评分依据。

  (4)准确度:指在一定实验条件下多次测定平均值真值相符合的程度,以误差来表示,也可以用仪器显示值的扩展不确定度代替。评定过程中以对应量程的误差除以检定分度值作为评分依据。

  (5) 使用频次、保养状况、损耗程度:均根据实际使用情况判断,主观因素较强。


  (6) 环境条件对设备的影响:可根据仪器使用说明书的要求和实际使用条件判定。如:仪器规定在实验室条件下使用,实际使用条件不能满足说明书要求的,可判定为A级;常在生产现场等环境条件较差的地点使用的仪器可判定为B级;严格按照实验室条件使用的仪器可判定为C级。


    评估法相对其他评价方法操作简便,但主观性较强。适合于大量使用,对准确度要求不高,相对比较稳定的计量器具,如:大量使用的压力表、秤、玻璃量器、玻璃温度计等。





  2、增量反映调整法

  (1)增量反映调整法的计算方法



  增量反映调整法是根据近期的计量器具溯源结果,采用直接计算的方式对计量器具的溯源时间进行确定和调整的方法。使用这种方法首先要确定测量可靠性目标(合格率)R。测量可靠性目标R根据计量器具允许误差或期望的测量不确定度确定。增量反映法对溯源时间间隔的确认,以及对所需调整的时间增量的确认与调整前的有关参量有着密切的函数关系,其关系式如下:





    (2)增量反映调整法举例说明

    对生产部门使用的同一种计量器具,因使用环境不满足实验室要求,需根据实际使用情况调整溯源周期。符合性判定依据为:对应的检定规程规定的最大允许误差,原始溯源间隔为12个月,要求可靠性(合格率)R≥90%。

    采用增量反映调整法评估下一溯源间隔:


    第二个溯源周期的评估:

    首次溯源结果为:可靠性(合格率)R≥90%,符合要求。





    第三个溯源周期的评估:

    因根据产品控制的需要,在溯源时将可靠性(合格率)要求调整为R≥95%的情况下,造成此次溯源结果的可靠性(合格率)不符合要求。





  第四个溯源周期的评估:

    可靠性(合格率)要求R≥95%,符合要求。





    依次类推,最终实现依据可靠性(合格率)要求和溯源结果实现计量器具溯源周期的动态控制,采用增量反映调整法,能够在其保证计量器具可靠性的同时,降低溯源成本。





  3、固态阶梯调整法

  (1)固态阶梯调整法的计算方法


  固态阶梯调整法是在计量器具经溯源后,按照预计的可靠性目标(合格率)R,判定是否满足要求,如满足要求可按预定的时间间隔延长溯源周期,或保持现有溯源周期不变,如不满足要求则按预定的时间间隔缩短溯源周期。 采用这种方法,在确定可靠性目标(合格率)R的条件下,还要合理评估溯源时间增量系数和减量系数,为保险起见,一般增量系数应小于减量系数。固态阶梯调整法的计算公式如下:   








    采用固态阶梯调整法较为简单,成本较低,计算相对容易。但需提前合理评价增量系数和减量系数,如系数确定不合理,可能造成确定的溯源周期过长,增加可靠性(合格率)降低的风险,或多次缩短溯源周期仍不能得到满意的可靠性(合格率)的问题。





结  论

    对计量器具溯源周期进行调整的根本目的是,提高计量器具在溯源周期内的可靠性,而不是通过延长溯源周期降低计量器具的溯源成本。对不同应用领域的计量器具应根据实际使用情况,选用合理的、经济的评价方式,合理评判计量器具的溯源周期,在保证计量器具可靠性的条件下,最终实现计量器具溯源周期的动态管理。


参考文献

[1] CNAS-CL01:2018《检测和校准实验室能力认可准则》
[2] JJF 1139-2005《计量器具检定周期确定原则和方法》
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内容很充实,给出的计量器具溯源周期的确定办法很有实用价值。
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