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科技发展推动计量检校模式的变化

计量是科技发展的基础,科技的发展推动计量技术的进步和更新。智能芯片的使用,传感器应用技术的普及和提高,改变了传统计量器具的形式,仪器、仪表由模拟型发展为数字型、智能型。为实现设备自动化、智能化的转变,传统型仪表与微处理器技术结合,组成了多通道输入、多种量值输入、可编程、具有输出功能的虚拟仪表和自控设备。互联网+的引入,计量器具增加远程控制和数据传输功能。目前,我国工作用计量器具可分为传统仪器仪表、虚拟仪表、自控设备等三类。我国《“十三五”规划纲要》中提出:实施智能制造工程,加快发展智能制造关键技术装备,强化智能制造标准、工业电子设备、核心支撑软件等基础。虚拟仪表、自控设备是智能制造的核心,计量管理和检校模式应满足“十三五”规划和计量器具形式变化的需要,在现有检定和校准基础上增加“计量评估”这一溯源方式,确定计量设备的计量性能。

一、计量器具的新形式

1. 虚拟仪表

虚拟仪表是建立在模块化的硬件与多功能处理软件平台上的一个完全开放的系统。虚拟仪表中的硬件由数据采集模块、数据分析存储及显示模块(微机或微控器)、输出控制模块构成,完成对被测试量的采集、分析、判断、显示、数据储存等功能。

虚拟仪表与单一传统仪器仪表不同的是:它能够测量单个参数或同时测量多种(或多个同种类)输入信号,实现多台相同(或不同)仪表的组合联动。通过安装相应的程序,显示各种类测量结果。虚拟仪表有两类:一类是用于显示测量结果;一类是自控设备的一部分,显示设备运行状态。

2. 自控设备

自控设备由控制系统(可编程器件)、测量系统和执行机构等三部分构成。控制系统通常由单片机、PLC(可编程控制器)、DDC控制器或计算机组成,功能是:执行和存储程序;测量系统的测量值的管理;输入、存储、执行使用者二次编程;控制设备的显示器和运行指示器;控制执行机构;实现设备间通信、设备远程通信。测量系统由传感器、A/D转换模块和计时、计数器(由控制系统的芯片实现)组成,功能是:测量执行机构运行时变化量;将变化量转换成控制系统可识别的数字量;计时、计数器由运行程序控制开启或关闭,完成计时、计数。执行机构是机电一体化装置,按照控制系统的指令实现自动生产。

二、虚拟仪表、自控设备的计量器具属性

虚拟仪表和自控设备都是智能型装置(以下称为装置。注:部分虚拟仪表无执行机构)。装置启动首先执行自检程序,读取测量系统的测量值(虚拟仪表显示测量值),确定装置的状态正常后,执行运行程序。在装置运行中,控制系统通过测量系统监测执行机构的运行状态和结果。测量系统决定装置的运行结果(注:部分自控设备不显示测量值,根据测量值运行执行机构)。根据《通用计量术语及定义》中计量器具的定义,应将装置视为具有输入、输出功能的计量器具,纳入计量领域的管理范畴。

三、计量管理的新模式

虚拟仪表和自控设备改变了传统计量器具的功能和工作形式,一台装置具有多个输入、输出通道,同时完成多种参数的测量及控制。不同用途装置的测量系统不同,检测将涉及各种物理量、化学量的测量,需要一支具有综合检校能力的专业队伍。计量技术机构长期从事长、热、力、电、无线电、化学、电离等专业的计量检定和校准。从综合性和专业性角度来看,由计量技术机构建立专业评估实验室具有得天独厚的优势,无论专业性方面,还是综合性方面,都能针对每个专业的每个问题系统连贯地进行分析,有序地完成检测项目。

依据不同的生产环境、生产条件,装置选择具有不同功能的传感器,常用的有:电化学传感器、电量传感器、电阻式传感器、称重传感器、温度传感器、位移传感器、压力传感器、液位传感器、智能传感器、视觉传感器、力/力矩传感器、碰撞检测传感器、安全传感器、零件检测传感器等。目前国内计量技术机构已形成完整的量值传递网,能够满足生产用装置的评估。

装置是一种综合性多参数计量器具,需要依据多个计量专业、多种计量器具的检定规程或校准规范确定整机测量系统的计量性能,不能确定整机的运行性能。装置是计量器具应用的一个发展方向。计量技术机构应当与时俱进,建立多计量专业综合性实验室,开展虚拟仪表和自控设备综合性能评估。

四、计量评估的概念、依据和方法

计量评估是指自控设备和具有控制功能的虚拟仪表在计量检定和校准后,对其程序、执行机构、传感器等可能出现故障装置运行状态的预判。

近年国家对自控设备高度重视,制定了《企业控制系统集成》、《机械电气设备开放式数控系统》等多部与自控设备有关的国家标准,促使自控设备的生产走向标准化,也为虚拟仪表和自控设备的评估提供了依据。

评估依据是:(1)产品的生产标准(或参照标准);(2)产品的说明书;(3)相关的检定规程和校准规范;(4)装置设计的技术要求和参数。

评估首先要制定评估方案,方案内容:(1)检测依据,应列出所有使用的技术法规和技术资料。(2)检测方法,应列出检测测量系统和执行机构所用的方法;标准器名称、量程及测量不确定度;设备的能耗;检测顺序。(3)对具有执行机构的装置进行异常状态性能评估,是指装置在突然断电、测量系统出错或损坏、执行机构出现故障、控制系统“死机”等特殊情况下设备状态的检查。按照评估方案,采用直接比较法、间接测量法进行操作,并出具评估报告。评估报告中包含异常状态性能评估的内容。

评估的目的是保证设计装置的科学性和运行的安全性、计量准确性、稳定性、可靠性。

五、计量评估是科学计量的发展方向

开展计量评估是计量管理服务于生产的趋势,目前提出,存在着较大的争议。科技推动计量器具的更新,随着虚拟仪表和自控设备产品数量不断地增加,计量技术机构必须转变检校形式,由开展单一的检校工作,向计量技术综合服务调整,开展计量评估将是科技发展的必然。

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