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[技术]测量仪表校验周期的选择和确定

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文章出处:《世界仪表与自动化》 [2007/5/14 ]
责任编辑:上仪营销中心技术部
作者:高天云
    选择因过程控制需要,火力发电厂大量使用测量仪表,实践证明,这些测量仪表的准确度(精确度)会随着使用时间的延长而逐渐降低,经过一段时间,其准确度就会出现超差现象。如果仅仅是超差而不是损坏的话,往往不容易被注意到,从而造成不必要的损失或事故。因此,测量仪表经过一段时间的使用,就需要重新校验调整,再次确认其准确度。相邻两次校验之间的时间间隔称为校验周期,对表计的管理是要求进行周期校验,以保证使用中的表计合格。各种测量仪表的检定规程推荐的检定周期大多为1 年,而不是根据实际使用情况确定。其实,由于仪表使用条件不同,频次不一,准确度变化也不一样,规定同样的周期显然不合理。近年来,已开始在做调整校验周期的工作,但由于牵涉面广,进展缓慢。在国外,合理的确认间隔一直是企业追求的目标,很早就开始了调整校验周期的研究,特别是工业用测量仪表一直采取企业自主管理
    原则,按市场经济规律运作,取得了很好效果。国家质量技术监督局《关于企业使用的非强检计量器具由企业依法自主管理的公告》和ISO10012:2003《测量管理体系》的颁布,为科学确定测量仪表的校验周期提供了法律依据。
一、调整校验周期的意义
   校验周期过长,会使表计准确度超出允许范围,从而给企业带来经济损失;但校验周期也不能太短,太短表计经常处于校准状态,或影响生产或需配备更多仪器设备,同时还要支付更多校准费用开支。因此,正确选择校验周期就是要使两者达到最佳匹配或为零,实现测量目标;同时将每次校验的平均支出减到最小,以求得最大经济效益。
二、测量可靠性目标
   仪表的测量不确定度是随着使用时间的延长而逐渐变化的。如果仪表的测量不确定度超出允许范围,仍然用此仪表测量,其结果就可能会引起产品质量下降或造成生产事故。因此,经过一段时间,必须对仪表进行重新校验,以提高表计的置信水平,该水平可用测量可靠性来度量。通常表计的可靠性如图1 所示随着时间的推移不断降低,刚开始时可靠性为1.0,随着表计使用时间的增加,其可靠性必然由于设计、制造及使用等原因不断降低,直至为0(即表计失效)。这里的测量可靠性不是代表测量仪表测量不确定度随时间的变化,而是表示一种仪表在某种条件下整体性能的变化。它是根据每次校验时仪表的合格比例数制作的。表1 为若干次校验后所得的合格数,根据它制作的测量仪表的可靠性变化曲线见图2。
由于仪表可靠性随时间的延长而降低,因此,仪表使用时需规定一个仪表的可靠性目标(图1),根据仪表的可靠性目标和可靠性目标模型确定一个合理的校验周期间隔。这就是校验周期调整的目的和方法。
三、影响校验周期的因素
    不同仪表的可靠性不同,其校验周期也不同。相同的测量仪表,使用情况不同,其校验周期也会不同,影响仪表校验周期间隔的因素主要有:仪表的耐用性和测量结果的可靠性要求;测量仪表的准确度要求;使用环境条件(温度、湿度、振动、清洁情况等)和频度;维护保养情况;制造厂生产质量;校验记录所反映的变化趋势;校验费用。
四、初次校验周期的选择
    对于一种新仪表,必须首先人为选定一个校验周期间隔。通常是由有经验的人员,特别是对测量设备性能有丰富经验的人员确定最初的校验周期间隔。其方法是根据有关资料,特别是制造厂有关资料、国家检定规程以及其他类似企业的使用情况,再考虑本单位具体条件来确定。重点是上述影响因素中包含的所追求的测量可靠性、使用的环境条件和频度。将这几方面的具体情况与类似单位的情况相比较,确定一个初始的校验周期间隔。
五、校验周期的调整和确认方法
    正确确定测量仪表的校验周期是一项复杂工作,从确认对象看有:
(1)单台仪表校验周期的确定;
(2)同一类仪表校验周期的确定;
(3)同一类仪表中统一准确度登记的仪表校验周期的确定;
(4)按仪表某一参数测量不确定度变化确定校验周期。
    第一种主要只有一台或两三台仪表的情况,第二、三种用于有多台仪表的情况,第四种主要用于多参数仪表的情况。但必须指出,对单台仪表而言,取得一个稳定合理的校验周期间隔需大量数据积累,且由于仪表测量不确定度是在变化的,因此在仪表使用寿命期内可能很难获得一个稳定合理的校验周期间隔。从技术上说,较简单而常用的校验周期间隔确认方法有:固定阶梯调整法和控制图法。
1、固定阶梯调整法
    本方法使用的计算方法较简单。其方法是在周期校验后,如果在被校仪表中,其合格比例低于某一要求水平,则将校验周期适当缩短。如果高于某一要求水平,则将校验周期适当延长。以压力变送器校验情况为例,其可靠性目标要求≥90%,即要求每次校验后的调前合格率大于90%。具体调整方式见表2。至于延长或缩短周期可相同,也可不同。本方法优点是无专门知识要求,容易执行,成本低。其缺点是由于只对随机现象进行调整,有可能将正确间隔调整成不合适的校验间隔。这种方法需较长时间才能达到测量结果稳定在要求的可靠性水平上。
2、控制图法
    本方法从每次校验结果中选择有显著意义的同一校准点,按时间顺序画成曲线图,从中可计算出漂移量和分散性。从漂移量和分散性大小可判定仪表稳定性,综合考虑就可合理确定仪表的校验周期间隔。举例说明:选1 台量程范围为0~4MPa 精度等级为0.1 级的压力变送器,在常用点3MPa处每2 个月校验一次,最少连续校验5 次,其校验结果见表3。
(1)用统计方法算出复现性限

(a)计算全部测量数据总平均值T

(b)计算各测量组间的偏差平方和

(c)计算组内测量偏差平方
(d)计算各测量组间的估计方差
(e)计算一组测量内部估计方差
(f)计算各测量组间的差异方差
(g)计算复现性限R 的自由度f=(k-1)[1+(n-1) 2
计算所得的f 值往往不是整数,一般取与它接近的整数。
(h)计算复现性限R
由f=30 及取置信概率p=95%,查t 分布表得t95(f)=2.04,代入得:
(2)建立复现性限R 控制图
   取6 组测量平均值的T值作为y 轴的0 坐标,令y 轴为复现性方向,t 轴为时间方向,画出y-t 直角坐标控制图。在图上,经y=R=0.00123 点画一条控制线L,L 平行于t 轴,则L 与t 轴所包容的区间为复现性控制范围,见图3。分别将压力变送器的6 组测量结果平均值与T值相减取绝对值得:
将6 个结果标于R 控制图上,可见6 组测量结果平均值与T值之差均小于R;所以该压力变送器处于正常运行状态。
(3)结论
    计算结果表明,建立R 控制图,在校验周期内任何时间去校验该压力变送器,只要其测量结果与T值之差落在该复现性限R 范围内,则该压力变送器运行状态稳定,可以将同类变送器的校验周期从每年一次适当延长到2 年一次。对于偶然出现的计量性能异常和正在超出预定控制限时,须缩短校验周期,直到查出原因得到纠正和控制为止。这个方法并不复杂。如果采用自动数据处理,可较方便地实现。在进行计算前,需了解该仪表或类似仪表设备的变化规律等大量常识。然而,确认间隔偏离规定值而出现很大变动是允许的,它不会使计算失效。可靠性也能计算出来,至少在理论上它能给出一个有效确认间隔。此外,分散性计算可指明制造规范的限制是否合理,而漂移性分析则可帮助找出漂移原因。建立在大量数据统计分析基础上的确认校验周期调整方法,是一种先进确认周期间隔的确定技术,它综合考虑测量仪表的老化、整机功能退化、可靠性变化等因素,有利于促进校验周期间隔的优化,提高经济效益。
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