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儀器校準(zhǔn)規(guī)范的編制應(yīng)該注意的細(xì)節(jié)
1.在范圍和概述中定義被儀器校準(zhǔn)儀器根據(jù)儀器校準(zhǔn)的定義:

“… …為確定測(cè)量?jī)x器或測(cè)量系統(tǒng)所指示的量值,… …與對(duì)應(yīng)的由標(biāo)準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的量值之間關(guān)系的一組操作?！?

在儀器校準(zhǔn)規(guī)范的范圍部分,指明測(cè)量?jī)x器或測(cè)量系統(tǒng)的儀器校準(zhǔn)可以使用本規(guī)范,有時(shí)還要增加其他限制條件,例如測(cè)量范圍和特定功能的限制。

范圍中規(guī)定的測(cè)量?jī)x器或測(cè)量系統(tǒng)不是指一個(gè)特定型號(hào)的測(cè)量?jī)x器或系統(tǒng),應(yīng)該針對(duì)同一類(lèi)儀器或系統(tǒng)。這種測(cè)量?jī)x器或系統(tǒng)的具體特點(diǎn)和應(yīng)用應(yīng)該在概述中進(jìn)行簡(jiǎn)單描述,并可以通過(guò)典型儀器進(jìn)行說(shuō)明。說(shuō)明時(shí)主要定義其儀器計(jì)量原理和特點(diǎn),而不是儀器結(jié)構(gòu)。

同一類(lèi)測(cè)量?jī)x器或系統(tǒng)指:測(cè)量原理相同,基本組成相同,被校參數(shù)相同,數(shù)據(jù)處理方法相同。其差別一般不是關(guān)鍵性的,例如游標(biāo)卡尺與數(shù)顯卡尺,只是輸出方式不同;百分表和千分表,只是放大倍數(shù)和準(zhǔn)確度不同。

2.定義被校參數(shù)和儀器校準(zhǔn)方法

任何測(cè)量?jī)x器的被校參數(shù),*關(guān)鍵的是示值的準(zhǔn)確度。對(duì)于定值標(biāo)準(zhǔn)器,儀器校準(zhǔn)結(jié)果是其示值;對(duì)于多值測(cè)量?jī)x器,儀器校準(zhǔn)結(jié)果是其示值誤差的變化范圍,或?qū)?允許示值誤差的驗(yàn)證。

由于使用環(huán)境中或測(cè)量?jī)x器本身的一些因素可能對(duì)儀器示值產(chǎn)生影響,需要確定這些因素造成的儀器示值變化范圍———儀器的示值重復(fù)性。

由于示值的定義和測(cè)量?jī)x器使用中復(fù)現(xiàn)值之間可能存在差異,例如量塊示值的定義為其中心長(zhǎng)度,而使用時(shí)可能使用位置偏離量塊測(cè)量面的中心。因此儀器校準(zhǔn)中還需要確定其他可能的影響量對(duì)示值的影響。

對(duì)于每個(gè)儀器計(jì)量特性,評(píng)價(jià)時(shí)使用的標(biāo)準(zhǔn)器、測(cè)量方法(如測(cè)量的點(diǎn)數(shù)和次序),可能造成儀器計(jì)量特性評(píng)定結(jié)果的差異。為了減小這個(gè)差異,必須明確規(guī)定測(cè)量方法和測(cè)量程序。

目的:統(tǒng)一儀器校準(zhǔn)參數(shù)和含義,保證量值統(tǒng)一。

3.測(cè)量不確定度評(píng)估示例

儀器校準(zhǔn)規(guī)范編制應(yīng)該提供一個(gè)測(cè)量不確定度評(píng)估示例。通過(guò)該示例,為儀器校準(zhǔn)規(guī)范的使用者提供不確定度來(lái)源的參考。

示例中應(yīng)包含被校儀器計(jì)量特性的典型儀器計(jì)量要求,符合該儀器校準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)儀器,測(cè)量過(guò)程和數(shù)據(jù)處理過(guò)程的簡(jiǎn)單描述。

示例中應(yīng)列出可能影響儀器校準(zhǔn)結(jié)果不確定度的主要不確定度來(lái)源,包括:

測(cè)量環(huán)境;測(cè)量設(shè)備的參考標(biāo)準(zhǔn)器;測(cè)量設(shè)備;附件的選擇(被測(cè)件的裝夾除外);軟件和計(jì)算;測(cè)量人員;測(cè)量?jī)x器的特性;測(cè)量?jī)x器特性的定義;測(cè)量程序;物理常數(shù)和換算因子。

針對(duì)被校儀器計(jì)量特性的儀器計(jì)量要求,確定相應(yīng)的測(cè)量條件和設(shè)備等條件,分析不確定度以確定這些規(guī)定可以滿(mǎn)足儀器校準(zhǔn)過(guò)程的準(zhǔn)確度要求。

4.試驗(yàn)報(bào)告

試驗(yàn)報(bào)告是驗(yàn)證上述不確定度分析的試驗(yàn)結(jié)果報(bào)告。試驗(yàn)中采用了不確定度評(píng)估示例中使用的各種條件,試驗(yàn)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果比較,證明上述分析是正確的。

通過(guò)測(cè)量不確定度分析示例和試驗(yàn)報(bào)告,可以提供一個(gè)典型的儀器校準(zhǔn)過(guò)程控制范例,供儀器校準(zhǔn)規(guī)范審定者進(jìn)行分析,也可以供儀器校準(zhǔn)規(guī)范使用者參考。儀器校準(zhǔn)規(guī)范的使用者并不需要完全按照示例裝備實(shí)驗(yàn)室,但可以參考示例對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)室儀器校準(zhǔn)能力進(jìn)行評(píng)估。

[標(biāo)題]
如何利用灰色預(yù)測(cè)理論進(jìn)行儀器校準(zhǔn)周期的確定:
隨著時(shí)間的推移，測(cè)量?jī)x器受各種外界環(huán)境因素和內(nèi)部元器件的老化的影響，其性能指標(biāo)會(huì)不斷地下降，測(cè)量結(jié)果也會(huì)不可靠，因此需要對(duì)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行定期的儀器校準(zhǔn)和儀器校正。目前，基本上所有的儀器在出廠時(shí)都會(huì)有校準(zhǔn)說(shuō)明和建議的校準(zhǔn)周期。但由于儀器的使用環(huán)境和使用狀況的不同，僅僅按照出廠校準(zhǔn)周期進(jìn)行校準(zhǔn)有時(shí)難以滿(mǎn)足測(cè)量精度的要求。因此，提出一種優(yōu)化測(cè)量?jī)x器校準(zhǔn)周期的方法非常必要。一般情況下的做法是，通過(guò)統(tǒng)計(jì)大量同類(lèi)儀器的使用數(shù)據(jù)來(lái)確定某種儀器的校準(zhǔn)時(shí)間間隔規(guī)律，但這種方法需要大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和長(zhǎng)期繁重的統(tǒng)計(jì)工作，而且儀器的使用壽命一般長(zhǎng)達(dá)幾年甚至十幾年，故實(shí)現(xiàn)起來(lái)有一定的困難。

世通儀器校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)

    通過(guò)分析儀器性能指標(biāo)參數(shù)的漂移規(guī)律，可建立測(cè)量?jī)x器校準(zhǔn)周期的隨機(jī)過(guò)程模型。隨機(jī)過(guò)程模型也是建立在對(duì)儀器大量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)之上的，并假定儀器參數(shù)的漂移會(huì)服從某種形式的規(guī)律(如正態(tài)分布和馬爾可夫過(guò)程),而一般情況下統(tǒng)計(jì)規(guī)律和實(shí)際情況的偏差仍然比較大?；疑A(yù)測(cè)理論*少使用4個(gè)原始數(shù)據(jù)就能建立某個(gè)時(shí)期內(nèi)符合規(guī)律的灰色預(yù)測(cè)模型，能解決歷史數(shù)據(jù)少、序列完整性差和可靠性低的問(wèn)題;還能將無(wú)規(guī)律的原始數(shù)據(jù)組成規(guī)律較強(qiáng)的數(shù)列，運(yùn)算簡(jiǎn)便、精度較高、易于檢驗(yàn)。

1.灰色預(yù)測(cè)理論在儀器校準(zhǔn)周期中的應(yīng)用

     選擇要校準(zhǔn)儀器的某一指標(biāo)(比如電壓源的電壓輸出值)進(jìn)行定期觀測(cè)，得到一組儀器性能參數(shù)。我們選擇直流電壓源Agilent66103A的電壓輸出作為檢測(cè)數(shù)據(jù)，Agilent66103A的輸出電壓范圍為-25～+25V,為使電壓源的輸出盡可能接近其*輸出能力，設(shè)定電壓源輸出值為+24V,得到電壓源Agilent66103A的一組電壓輸出原始數(shù)據(jù)如表1所示。

  為了檢驗(yàn)測(cè)量?jī)x器是否工作正常，還應(yīng)該根據(jù)測(cè)量應(yīng)達(dá)到的精度設(shè)定儀器性能指標(biāo)的δ值口設(shè)定方法應(yīng)為δ=Vout?×(1±u),Vout為電壓輸出值;u為電壓源的輸出不確定度。這樣可以得到電壓的上下閾值。為了研究方便取δ為正，將實(shí)際輸出和理想輸出之差的*值作為輸出誤差△V=|Vx-Vout?|，其中Vx為實(shí)際輸出值，只要輸出誤差滿(mǎn)足△V+Vout≧δ,則認(rèn)為儀器性能不符合測(cè)量的精度要求，應(yīng)該進(jìn)行校準(zhǔn)。取輸出誤差值△V作為原始數(shù)據(jù)序列。為提高預(yù)測(cè)精度，首先對(duì)原始數(shù)列進(jìn)行冪函數(shù)變換平滑處理，根據(jù)相應(yīng)的公式算得出序列x經(jīng)一次累減生成和冪指平滑逆運(yùn)算后可得預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)。電壓源輸出誤差的預(yù)測(cè)值和實(shí)際測(cè)量值如表2所示。

  由表2可以看出，隨著時(shí)間的推移，電壓源輸出預(yù)測(cè)誤差也在不斷地增大。要減小預(yù)測(cè)誤差，另一個(gè)重要的方法就是對(duì)灰色預(yù)測(cè)模型進(jìn)行等維新息處理改進(jìn)，利用新數(shù)據(jù)代替舊數(shù)據(jù)以提高預(yù)測(cè)精度。將電壓源輸出預(yù)測(cè)曲線(xiàn)、實(shí)際測(cè)量曲線(xiàn)和等維新息改進(jìn)后的預(yù)測(cè)曲線(xiàn)用曲線(xiàn)擬合描述，如圖1所示。

  由圖1的曲線(xiàn)擬合可以看出，經(jīng)等維新息處理后的數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)值具有較高的精度。利用預(yù)測(cè)殘差修正預(yù)測(cè)值，還可以進(jìn)一步提高預(yù)測(cè)精度。根據(jù)前文所述的回歸分析方法建立殘差和預(yù)測(cè)值的一元非線(xiàn)性多項(xiàng)式回歸模型:

ε(X)=0.0011X3-0.0328X2+0.0801X-0.0137

經(jīng)殘差修正后的預(yù)測(cè)值更接近實(shí)際值。從表2的預(yù)測(cè)值和圖1的輸出誤差曲線(xiàn)的變化可以看出，電壓源的輸出誤差成逐步上升趨勢(shì)，并且變化的速率隨時(shí)間的推移而增大，這說(shuō)明儀器經(jīng)一段時(shí)間的使用后性能衰減的速度會(huì)越來(lái)越快。根據(jù)儀器的特性和實(shí)際使用中的測(cè)量精度要求，取輸出閾值δ=24×(1+1.25%)=24.3V,由預(yù)測(cè)結(jié)果可得，電壓源的輸出電壓在t=13時(shí)刻將出閡值(24.305 587 84V)，即建議在此時(shí)應(yīng)對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)以保證測(cè)量精度。

    對(duì)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行儀器校準(zhǔn)是測(cè)量?jī)x器在使用過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，由于儀器使用的狀況和環(huán)境不同，儀器校準(zhǔn)時(shí)間間隔的確定是應(yīng)該引起重視的重要問(wèn)題，時(shí)間間隔過(guò)短會(huì)造成不必要的浪費(fèi)，過(guò)長(zhǎng)又會(huì)給測(cè)量精度帶來(lái)負(fù)而影響。引入經(jīng)修正的灰色預(yù)測(cè)模型理論用來(lái)預(yù)測(cè)測(cè)量?jī)x器的校準(zhǔn)時(shí)間間隔，比依靠其他以統(tǒng)計(jì)理論的方式來(lái)確定測(cè)量?jī)x器的校準(zhǔn)周期具有所需數(shù)據(jù)少、精度高的優(yōu)勢(shì)，可以為測(cè)量?jī)x器的校準(zhǔn)工作提供可靠的參考fs87269tt。