计量检测体系中测量过程验证与控制初探.doc

1计量检测体系中关键测量过程验证与控制初探计量检测体系中关键测量过程验证与控制初探李刚 张华 杨克友 王勇 闫良云摘要：文章介绍了在计量检测体系确认工作中，对有代表性的关键测量过程的验证与控 制方法的探索与分析 关键词：计量检测体系；关键测量过程；验证；过程控制1．引言有效的计量检测体系可确保测量设备和测量过程适用于预期使用要求，是现代企业计量的一种科学管理模式张钢总厂根据 GB/T 19022—2003/ISO 10012：2003《测量管理体系-测量过程和测量设备的要求》和 JJF1112-2003《计量检测体系确认规范》建立并完善计量检测体系新版国家标准于2004 年 3 月 1 日正式实施，张钢总厂是全国首批申请新版计量确认的单位标准中明确了满足计量要求是计量检测体系的根本目的，强调对测量过程的控制要求在 7.2.2 测量过程设计中指出：“应根据顾客、组织和法律法规的要求确定计量要求为了满足这些规定要求而设计的测量过程应形成文件，并确认有效” ， “对每一测量过程，应识别有关的过程要素和控制要素和控制限的选择要与不符合规定的要求时引起的风险相称这些过程要素和控制应包括操作者、设备、环境条件、影响量和应用方法的影响” 。

2．具体方案测量设备的计量特性与顾客的计量要求的直接比较称为验证在实际工作中，由于测量设备数量众多，因此可以选择关键性操作作为相类似操作的代表，即关键测量过程，对其进行验证，并控制测量过程我们对验证与控制的方法进行了大量的探索工作我们选择了多个有代表性的关键操作点，下面以 1#高炉水冷压力测量系统为例进行说明22.1 验证根据顾客、组织和法律法规的要求确定计量要求，确定和量化测量过程预期用途所要求的性能特性，并与测量设备计量特性进行对比，对比项目见表 1表 1 关键检测点计量验证一览表2.1.1 计量要求的导出此关键点中顾客提出的计量要求，即高炉建设前给设计部门提供的工艺要求，主要通过查阅原工艺要求及设计图纸获得a.测量范围与最大测量误差根据工艺要求及设计图纸，1#高炉要求水冷压力系统在（0-400）kPa，其最大允许波动范围为±15 kPab.稳定性由于设计要求中并没有明确给出稳定性的要求，因此需对稳定性指标进行量化计算根据 JJF1094-2002《测量仪器特性评定》中稳定性的评定方法之二，在规定的时间间隔内，测量最大值与最小值之差除以平均值得到相对变化量，再除以时间间隔即得到测量稳定性。

选取验证点 300kPa，因此该点计量要求中的稳定性可根据如下公式导出：100. 0kPa300285kPa-315kPa XX-Xminmax其稳定周期为一天，即计量要求的稳定性为 0.100/天c.分辨力计计 量量 要要 求求测测 量量 设设 备备 的的 计计 量量 特特 性性确认确认 状态状态序 号测试点及 参数名称测量 范围最大测 量误差稳 定 性分 辨 力环境 条件测量设 备名称测量 范围最大测 量误差稳 定 性分 辨 力测量不 确定度合 格不 合 格3根据工艺要求及设计图纸参数确定其分辨力需达到 1 kPad.环境条件根据生产现场环境情况和需配备设备的技术要求，环境条件设定为温度 0-40℃，湿度<80%2.1.2 评定测量设备的计量特性该测量点采用处于有效的校准状态的压力变送器（精度 0.5 级）和电子电位差计（精度 0.5 级）组成压力测量系统，根据《测量仪器特性评定》对其计量特性进行评定a.测量范围1#高炉水冷压力测量系统所用 JC-BP3C3N 型压力变送器和 DCR92-100 型电子电位差计的测量范围均为（0-600）kPab.最大测量误差根据检定规程规定，0.5 级压力变送器最大允许误差为±3 kPa，0.5 级电子电位差计最大允许误差为±3 kPa，经合成后，该系统最大允许误差如下：kPa2 . 4)kPa3()kPa3(22根据测量设备配备原则，测量设备的最大允许误差与所检测的工艺参数控制限的对应值应选择在 1/3~1/10 之间。

本次计量要求中的工艺参数控制限为 P=±15 kPa，对应值 δ/P=0.28，结果在 1/3~1/10 之间，因此该测量设备的最大允许误差符合要求c.稳定性首先用标准设备 CST-2002 压力校验仪和被验证压力测量系统对同一恒定的 300 kPa 压力信号进行测量，每日进行 5 次重复测量作为一组，持续 20 日，数据见表 24表 2 压力测量系统验证数据表求和∑1502.0 1503.0 1507.0 1496.0 1500.0 1498.0 1501.0 1501.0 1500.0 1499.0 1504.0 1494.0 1505.0 1495.0 1496.0 1507.0 1505.0 1495.0 1503.0 1494.0平均值 X300.40 300.60 301.40 299.20 300.00 299.60 300.20 300.20 300.00 299.80 300.80 298.80 301.00 299.00 299.20 301.40 301.00 299.00 300.60 298.80极差 R3.003.003.002.002.003.002.002.003.002.001.002.002.004.002.004.002.002.004.002.00 稳定性 R/X0.0100 0.0100 0.0100 0.0067 0.0067 0.0100 0.0067 0.0067 0.0100 0.0067 0.0033 0.0067 0.0066 0.0134 0.0067 0.0133 0.0066 0.0067 0.0133 0.0067选取稳定性项目中最大值 0.0134 作为压力测量系统的稳定性，时间间隔为一天，即稳定性为 0.0134/天。

压力变送器1234567891011121314151617181920 1300301302300301300299299302299300299300300299300300300303299 2301299303299301301300300300299301299300297298303302300302298 3300300301298300299301301299300301298301299299303300299300299 4302302301299299298301301299300301298302298300299301298299298测量次数52993013003002993003003003003013013003023013003023022982993005d.分辨力带数字装置的测量仪器分辨力，为最低位数字显示变化一个步进量时的示值差，则该压力测量系统分辨力为 1 kPae.测量不确定度①建立数学模型：y＝X标 + d 其中：X标——标准测量系统的读数d ——被验证测量系统的修正值②不确定度的主要来源：★测量引入的不确定度（A 类）：由表 2 中数据计算重复测量引入的不确定度，根据贝塞尔公式得=0.13kPa1)n(nXX un1i2 i1  ★标准引入的不确定度（B 类）：由检定系统表查出，标准装置引入的不确定度在 300 kPa 点为u2＝3.7×10-2 kPa；★环境温度引入的不确定度（B 类）：在正常的校准过程中，环境温度的波动不大，对测量带带的影响相对很小，因此不予考虑u3≈0③合成不确定度：=0.14kPa2 32 22 1cuuuu④扩展不确定度：6U＝kuc＝2×0.14kPa＝0.28kPa（k 取 2）2.1.3 确认状态测量设备的计量特性均符合计量要求，因此该关键测量过程的测量设备计量特性满足 1#高炉水冷压力测量系统计量要求。

见表 3表 3 关键检测点计量验证一览表（1#高炉水冷压力测量系统）压力 变送 器(0-600)kPa±3 kPa1 kPa11#高炉 水冷压 力测量 系统(0-400)kPa±15 kPa0.100/天1 kPa温度0- 40℃ 湿度 <80%电子 电位 差计(0-600)kPa±3 kPa0.0134/天1 kPa0.28kPa√2.2 控制为监控测量过程是否处于控制状态，选择测量过程统计控制方法，根据表2 数据作控制图2.2.1 极差控制图以组数为横坐标，以极差为纵坐标，以极差平均值为基线 R相关参数计算如下：平均极差＝/ n＝50.00 / 20＝2.50R n1iiR控制图上限 UCL＝D4＝2.114×2.50＝5.28R控制图下限 LCL＝D3＝0×2.45＝0R作极差控制图如图一0.000.501.001.502.002.503.003.504.004.505.005.501234567891011121314151617181920图一 极差控制图计计 量量 要要 求求测测 量量 设设 备备 的的 计计 量量 特特 性性确认确认 状态状态序 号测试点 及参数 名称测量范围最大 测量 误差稳定性分辨 力环境条 件测量 设备 名称测量范围最大 测量 误差稳定性分辨 力测量不 确定度合 格不 合 格UCL=5.28LCL=0R=2.5072.2.2 均值控制图根据判稳准则，在 R 图判稳的前提下，以组数为横坐标，以均值为纵坐X标，以总平均值为基线。

X相关参数计算如下：平均极差＝/ n＝6001.00 / 20＝300.05X n1iiX控制图上限 UCL＝＋A2＝300.05＋0.577×2.50＝301.49XR控制图下限 LCL＝－A2＝300.08－0.577×2.50＝298.61XR作均值控制图如图二298.00298.50299.00299.50300.00300.50301.00301.50302.001234567891011121314151617181920图二 均值控制图测量过程的极差和均值分别落在极差控制图和均值控制图的控制线内，说明测量过程是受控的，工作过程稳定对测量过程应定期进行受控情况的检查，如果出现不受控的情况应及时进行改进直至测量过程受控3．结语以上对关键测量过程验证与控制设计方案得到了审核专家的肯定，并顺利通过计量检测体系的确认工作，取得了完善计量检测体系合格证书UCL=301.49LCL=298.61X=300.058参考文献：参考文献：中华人民共和国国家质量监督检验检检疫总局发布. GB/T 19022—2003/ISO 10012：2003《测量管理体系-测量过程和测量设备的要求》.2004 中华人民共和国国家质量监督检验检检疫总局发布.JJF1112-2003《计量检测体系确认规范》.2004 中华人民共和国国家质量监督检验检检疫总局发布.JJF1094-2002《测量仪器特性评定》.2003 中华人民共和国国家质量技术监督局发布.JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》.1999 中国计量出版社. 《ISO10012：2003 测量管理体系标准理解与实施》.2003.44。