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电学计量核查方法研究

期间核查在具体核查方法的制定和操作中, 几乎都采用重复性测试作为唯一的核查手段, 其缺陷较为明显, 如对重复性好但已发生系统偏离的现象无法验证其异常, 对变化趋势难以提前作出预测等, 其适用性是有局限的。如何针对具体的标准及其是否存在合适的核查件, 给出针对性的最佳核查方法, 值得研究。特别是工作标准, 多采用内部溯源的方式, 其核查品质更易得到保证。本项目将以电学计量专业的多个参数为样本, 进行核查方法最佳化研究, 更好地保证计量标准的计量特性。

一、核查方法

依据国军标《装备计量保障中的核查方法》、JJF1033-2008《计量标准考核规范》、GJB2749-2009《建立测量标准技术报告的编写要求》以及相关资料可知, 核查对象主要是测量过程和测量设备。为给测量结果提供质量保证, 应根据计量保障任务的要求, 针对不同的核查对象并结合专业特点和能力条件, 选择适当的核查方法。主要的核查方法包括测量过程统计控制核查方法、测量设备或测量系统的

图1 核查方法示意图

图1 核查方法示意图

核查方法, 具体如图1所示。

二、以电学参数作为样本研究

1. 测量过程统计控制核查方法

测量过程统计控制核查的流程主要包括选择核查标准、制定核查方案、建立过程参数、绘制控制图、日常核查、过程参数修订。

(1) 选择核查标准

每次核查应使用同一核查标准, 对核查标准的要求如下:

(1) 核查标准应具有或覆盖需核查的参数和量值, 并能由被核查的测量过程测量。

(2) 核查标准应具有良好的稳定性, 必要时还应具有足够的分辨力和良好的重复性, 使核查时能观察到被核查测量过程的变化。

(3) 可以选择实物量具或标准物质作为核查标准, 核查标准也可以是满足上述条件的被测件。

(4) 当具有两台相同准确度等级或技术指标相同的被核查的仪器时, 可采用两台仪器测同一被测件, 用两个测量结果的差值或比值作为核查标准。

(5) 选作核查标准的装置应该控制使用频度, 专人维护和保存, 保持其良好的稳定性。

表1 电容标准装置基本情况

表1 电容标准装置基本情况

(6) 当核查标准不必送往其他实验室校准时, 可以不考虑便携和可搬运性等问题。

以电学参数的标准电容为例 (见表1) , 选择核查标准。

(2) 建立过程参数

该样本的数据如表2所示。

(3) 绘制控制图

用平均值控制图表征测量过程的长期变化或系统影响的变化, 如图2所示。

平均值控制图的纵坐标是每次核查测量值的平均值电学计量核查方法研究, 横坐标是核查时间t, 控制图的基线为过程平均值x, 控制上限UCL平均值和控制下限LCL平均值由过程参数确定。k=2时的上、下限为警戒限, k=3时为控制限。

用实验标准偏差控制图表征测量过程重复性的变化或随机影响的变化。控制图的纵坐标是实验标准偏差Sj, 横坐标是核查时间t, 如图3所示。

控制图法采用平均值和标准偏差两种图形, 评价全面。以往可利用数据有限, 最多为10组, 需进一步积累数据, 但从已绘制的图形来看, 能够从图中反映变化趋势, 表明该方法可行。若无以往核查数据的标准, 可以一周进行一次核查, 连续25周, 半年内可迅速建立起预备数据。电学的其他参数 (直流高压、接地电阻、直流电压、标准电阻等) 都可以以此为例进行研究。

2. 测量设备的核查方法

(1) 用有证标准物质或有校准值的核查标准进行核查

(1) 我们现有多个工作标准内部向上溯源, 因此可以采用有证标准物质或有校准值的核查标准进行核查。日常核查时, 用被核查测量设备对核查标准进行n次测量, 计算测量值的平均值为电学计量核查方法研究, 每次核查的结果满足以下公式时可判为测量设备的校准状态受控:

图2 平均值控制图

图2 平均值控制图
 

图3 实验标准偏差控制图

图3 实验标准偏差控制图
 

表2 标准电容样本数据

表2 标准电容样本数据


电学计量核查方法研究
 

式中:电学计量核查方法研究某次核查测量值的平均值;Uj———电学计量核查方法研究的扩展不确定度;As———核查标准的校准值或标准值;Us———As的扩展不确定度;Uj和Us具有相同的包含因子。

当有证标准物质或核查标准的标准值的不确定度不超过被核查设备允许误差极限所引入标准不确定度的1/4时, 判断式可简化为


电学计量核查方法研究
 

式中:电学计量核查方法研究核查设备允许误差极限。

(2) 以接地电阻为例说明

a.测量仪器选择

本次测量选择稳定的测量仪器8508A作为标准;被核查仪器为接地电阻检定装置 (JD-DY) 。

b.对测量值进行计算, 结果如表3所示。

由核查标准上级检定证书可知电学计量核查方法研究

核查测量设备的最大允许误差Δ=0.001×10=0.01kΩ


电学计量核查方法研究
 

因为电学计量核查方法研究, 所以可判为测量设备的校准状态受控。

(2) 用保留的被测件进行再校准或再检测核查

(1) 应遵循下列要求:

a.选择保留的开展量值传递工作中具有代表性的被测件, 保留的被测件应具有较好的稳定性, 必要时应具有较好的分辨力, 使用及存储环境较好, 使用的频度较低。

b.通常, 每次核查测量值的不确定度与参考值的不确定度基本一样。

c.当测量值不满足公式时, 适当增加核查次数, 证明其不是偶然现象, 排除保留的被测件本身因素, 则表明测量标准校准状态发生明显变化。

d.当被核查仪器重新检定或校准, 尤其是经过调整后, 应重新确定参考值。

e.采用本核查方法时, 若被测件稳定性太差或分辨力太低, 有可能起不到核查测量设备校准状态的作用。

用保留的被测件进行再校准或再检测核查时, 应满足公式:


电学计量核查方法研究
 

式中:电学计量核查方法研究某次核查测量值的平均值;xs———核查参考值 (被核查测量设备经校准/检定返回实验室后, 立即对被测件进行第一组测量, 测量n次取平均值作为参考值xs) ;电学计量核查方法研究的扩展不确定度。

(2) 以标准电容为例说明

标准电容采用HP4284型精密LCR测量仪作为核查标准, 其近5年上级溯源值如表4所示。

因为年稳定性=|最大值-最小值|/平均值=0.02%, 所以该被测件具有较好的稳定性。

故可采用以保留的被测件进行再校准或再检测核查的方法。具体如表5所示。


电学计量核查方法研究
 

(3) 比对核查方法

(1) 比对核查方法包括用两台相同准确度等级的测量设备的比较进行核查, 以及用多台相同准确度等级的测量设备的比较进行核查。

当用两台相同准确度等级的测量设备的比较进行核查时应满足公式:


电学计量核查方法研究
 

式中:x1、电学计量核查方法研究采用两台仪器测量同一被测件得到的两个测量结果;电学计量核查方法研究、x2的扩展不确定度。

表3 测量结果

表3 测量结果

表4 标准电容5年上级溯源值

表4 标准电容5年上级溯源值

表5 具体核查过程及结果

表5 具体核查过程及结果

表6 观测结果

表6 观测结果

(2) 以直流电压为例, 说明用两台相同准确度等级的测量设备的比较进行核查。

采用两台相同准确度等级的测量设备 (734A电压参考标准和4910电压参考标准, 最大允许误差均为1×10) 校准同一被测件 (直流数字电压表8508A) , 分别得到两个校准结果x1、x2, 观测数据如表6所示。

电学计量核查方法研究成立, 即标准装置10V点可信。

三、结束语

通过研究电学参数样本可得, 核查的多种方法对于电学参数均可行。测量过程统计控制核查方法是指用核查标准对测量过程进行长期统计控制。对已建立测量过程统计控制核查的测量设备, 不必再单独进行测量设备的核查。对无法实施测量过程统计控制核查方法的测量标准, 可以采用其他方法进行核查。工作标准内部向上溯源。因此, 可以采用有证标准物质或有校准值的核查标准进行核查;参照标准根据其具体情况选择其他核查方法进行核查。

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