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计量标准量值比对的设计与实施
【来源/作者】中国计量报 【更新日期】2014-2-11 11:22:45

为考察计量标准运行情况,保证量值的准确可靠,验证计量技术机构的最佳测量能力,客观、公正、科学地反映计量技术机构的综合技术水平,计量行政管理部门越来越多地运用量值比对来对有效期内的计量标准进行监督管理。量值比对工作一般包括比对设计、比对试验与比对结果报告三个阶段。

一、比对设计

比对设计阶段主要包括确定比对项目、选择传递标准、草拟比对技术约定和制定比对细则等四项工作。

1.比对项目的确定

比对项目的选择与传递标准的特性有关。一般情况下,人们选择便于携带、性能稳定的传递标准作为测量对象开展比对。

2.传递标准与比对路径的选择

传递标准是所有参加比对实验室(以下简称“参比实验室”)共同的测量对象,主导实验室应熟悉其性能,并通过实验、比较进行筛选,在投入比对前对其准确度、稳定性进行考核,如有必要,还要进行运输性能试验。例如:2003年全国电能计量标准装置量值比对,主导实验室经过反复比较,并与国外专家商量,初步选定ZERA公司生产的COM3000(产品编号:00-730-5)作为传递标准。该仪器的出厂说明书提供的准确度是0.01%。为确定该仪器能否充当传递标准,主导实验室从2001年12月到2002年12月,以其所保存的三相电能标准为参考,对COM3000进行了1年的稳定性考察;2003年6月,进行了短距离汽车运输试验;2003年7月,进行了长距离火车运输试验。

量值比对的线路可选择圆环式(见图1)、星形式(见图2)、花瓣式(见图3)。在参加实验室不多,传递标准结构比较简单、便于搬运、稳定性非常好的情况下,适用圆环式比对;如传递标准稳定性比较好,则可采用花瓣式;否则只能采取星形式。


缺插图!


<CTSM>图1圆环式</CTSM>


缺插图!


<CTSM>图2摇星形式</CTSM>


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<CTSM>图3摇花瓣式

注:A表示主导实验室,B、C、D、E、F、G表示参加实验室。</CTSM>

比对路径应形成闭环,即比对应双向进行。有的实验室为进行校准结果的质量控制,选择具有相同测量能力的实验室进行两两比对,但在传递标准回到本实验室后没有再次进行测量,而是将两个实验室的测量结果直接进行比较,显然这一做法是不妥的。

在参加实验室比较多的情况下,为避免比对时间过长,常常会选择花瓣式循环方式。此时主导实验室所选择的传递标准是两个或两个以上。花瓣式循环方式也就是人们在比对中常用的分组。

3.形成技术约定

主导实验室可与参加实验室协商形成技术约定。技术约定的内容一般包括:

(1)比对实验工作条件:保存、试验应满足的环境条件,传递标准的供电电源、工作模式、预热以及不得在试验过程中进行调试等需要说明的事项。

(2)试验程序:包括试验步骤、所选取的试验点、测量方法。对于可采取多种测量方法进行量值比对的,应约定试验方法,并给出考虑影响测量结果主要因素的数学模型。

(3)比对试验结果报告:包括传递标准在规定试验点上的测量结果与扩展不确定度。明确测量不确定度报告要体现具体的评定过程,详细列出各不确定度分量的大小,测量结果测量不确定度包含因子k的选取。有的技术约定还规定了试验结果报告须经报告人签字,单位盖章。

(4)比对结果判定方法。一般以En值作为比对统计量,判定比对结果是否“满意”。

 4.制定比对细则

比对细则的内容主要包括:(1)参比实验室商定的技术约定;(2)各参比实验室的名称、地址、联系人、联系方式以及比对分组与路径;(3)各参比实验室试验时间、应提供的技术资料(除比对试验结果报告外,一般还要提供原始记录)以及提交时间,传递标准在各实验室之间的交接、运输要求等内容;(4)附件,包括传递标准交接单样式。

比对细则制定后,应在比对实施前告知所有参比实验室,以便各实验室提前做好技术准备。

二、比对试验

1.比对标准的运输与交接

传递标准应妥善包装,采取专人护送,由前一个参比实验室的人员交给下一个实验室的试验人员,由双方共同对外观及任何可见的缺陷进行检查并签字确认。

2.比对试验

试验应在比对细则所规定的条件下、在规定时间内完成。

3.比对试验报告

参比实验室通过计算,得出试验结果,编制比对试验报告,并在约定时间内寄(送)至主导实验室。

三、比对结果报告

主导实验室通过对所有参加实验室提供资料的分析,编写比对结果报告。比对结果报告的内容一般包括:(1)比对目的;(2)参加实验室名称及分组情况;(3)比对进程(计划试验时间、实际试验时间、收到结果时间)是否按预期进行以及未按预期进行的原因分析;(4)标准器名称、编号、性能参数;(5)测量结果:测量方法和参加单位使用的仪器、传递标准的稳定性和状态(稳定性一般由主导实验室分别在传递之前、比对过程中和传递标准回到主导实验室后进行监视测量)、各参比实验室的测量结果(测量结果示意图)及其不确定度;(6)测量结果的统计分析及比对结果:判定依据、数据分析、参加实验室的测量结果是否“满意”的结论,通过比对发现的各参比实验室在测量设备、测量过程、数据处理、溯源以及不确定度评定中存在的问题;(7)附件:包括比对原始数据、比对实施细则。

为帮助参比实验室分析所存在的问题,有时附件还包括主导实验室对传递标准进行测量的不确定度评定报告。报告中对未采信数据、迟报数据应予标注,并说明原因。

四、整改

在主导实验室完成比对结果报告后,比对组织单位应组织对比对工作的总结。以会议形式研讨比对中的各种情况是适宜的,实验室仅知道自己的测量结果是否“满意”是不够的,更重要的在于使“满意”的实验室了解自己的水平,认识可改进之处;使“不满意”的实验室发现问题的根源,通过深入讨论发现实验室在环境条件、技术操作、数据处理等方面存在的问题并予以整改。

出现“不满意”测量结果的实验室应进行整改。整改完成后,通过与主导实验室进行比对得出整改后是否符合要求的意见。

五、计量标准比对中的几个问题

1.比对设计应考虑全面

主导实验室在接受比对任务后,应分析传递标准、试验方法以及意外等可能造成的变数,务必在设计阶段就对可能影响比对实验与比对结果的因素予以充分考虑。

2.参考值的确定

除国际比对(国际比对往往没有充分证据表明哪一个国家计量实验室的测量数据具有更高的可信度)以外,通常由于主导实验室比参加实验室的测量结果具有更小的不确定度,往往以主导实验室报告的数据作为计算参考值的依据。有时,为更真实地反映传递标准在整个比对过程中的变化着的参考值,需要用一个随时间变化的函数来反映这个规律,或用一根曲线来拟合主导实验室的数据点。这比简单地用一个平均值来处理更合理。

用所有参加实验室的测量结果的均值作为参考值是不合理的。例如,在参加实验室普遍采用一种错误的操作方法或使用同一生产企业的标准器具时,如果以均值作为参考值,则可能出现主导实验室的En值大于其他参加实验室的结果,致使有的参加实验室由“满意”成了“不满意”,“不满意”成了“满意”,这显然是不合理的。

3.参加实验室比对结果的采信

有时由于各参加实验室在分析和计算各自的实验结果,没有考虑某些因素对实验结果的影响,以至修正不完善,因此其计算结果及相应的不确定度分析是不准确和不可靠的,需由主导实验室综合考虑各方面因素的影响,用适当的方法对实验数据进行分析和处理。

4.“满意”的结果并不代表高的测量水平

因为所谓“满意”的比对结果表明的是,参加实验室所报告的测量值与主导实验室的差,在比对数据的不确定度范围内,其所声明的不确定度是合理的。因此,尽管由于参加实验室的测量能力不同,对同一被测对象给出的测量结果有较大差异,但对参加实验室而言,却可能得到“满意”的比对结果。也就是说,“满意”的结果不代表高的测量水平。有时,考虑到参比实验室过少,担心其会增加比对结果的偶然性,组织单位还会有意吸收部分测量水平较低的实验室参加比对。


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