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

“… …為確定測量儀器或測量系統(tǒng)所指示的量值,… …與對應(yīng)的由標準所復(fù)現(xiàn)的量值之間關(guān)系的一組操作?！?

在儀器校準規(guī)范的范圍部分,指明測量儀器或測量系統(tǒng)的儀器校準可以使用本規(guī)范,有時還要增加其他限制條件,例如測量范圍和特定功能的限制。

范圍中規(guī)定的測量儀器或測量系統(tǒng)不是指一個特定型號的測量儀器或系統(tǒng),應(yīng)該針對同一類儀器或系統(tǒng)。這種測量儀器或系統(tǒng)的具體特點和應(yīng)用應(yīng)該在概述中進行簡單描述,并可以通過典型儀器進行說明。說明時主要定義其儀器計量原理和特點,而不是儀器結(jié)構(gòu)。

同一類測量儀器或系統(tǒng)指:測量原理相同,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)和準確度不同。

2.定義被校參數(shù)和儀器校準方法

任何測量儀器的被校參數(shù),*關(guān)鍵的是示值的準確度。對于定值標準器,儀器校準結(jié)果是其示值;對于多值測量儀器,儀器校準結(jié)果是其示值誤差的變化范圍,或?qū)?允許示值誤差的驗證。

由于使用環(huán)境中或測量儀器本身的一些因素可能對儀器示值產(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量儀器使用中復(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度,而使用時可能使用位置偏離量塊測量面的中心。因此儀器校準中還需要確定其他可能的影響量對示值的影響。

對于每個儀器計量特性,評價時使用的標準器、測量方法(如測量的點數(shù)和次序),可能造成儀器計量特性評定結(jié)果的差異。為了減小這個差異,必須明確規(guī)定測量方法和測量程序。

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

3.測量不確定度評估示例

儀器校準規(guī)范編制應(yīng)該提供一個測量不確定度評估示例。通過該示例,為儀器校準規(guī)范的使用者提供不確定度來源的參考。

示例中應(yīng)包含被校儀器計量特性的典型儀器計量要求,符合該儀器校準規(guī)范規(guī)定的標準儀器,測量過程和數(shù)據(jù)處理過程的簡單描述。

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

測量環(huán)境;測量設(shè)備的參考標準器;測量設(shè)備;附件的選擇(被測件的裝夾除外);軟件和計算;測量人員;測量儀器的特性;測量儀器特性的定義;測量程序;物理常數(shù)和換算因子。

針對被校儀器計量特性的儀器計量要求,確定相應(yīng)的測量條件和設(shè)備等條件,分析不確定度以確定這些規(guī)定可以滿足儀器校準過程的準確度要求。

4.試驗報告

試驗報告是驗證上述不確定度分析的試驗結(jié)果報告。試驗中采用了不確定度評估示例中使用的各種條件,試驗結(jié)果與標準結(jié)果比較,證明上述分析是正確的。

通過測量不確定度分析示例和試驗報告,可以提供一個典型的儀器校準過程控制范例,供儀器校準規(guī)范審定者進行分析,也可以供儀器校準規(guī)范使用者參考。儀器校準規(guī)范的使用者并不需要完全按照示例裝備實驗室,但可以參考示例對自己的實驗室儀器校準能力進行評估。

[標題]
如何利用灰色預(yù)測理論進行儀器校準周期的確定:
隨著時間的推移，測量儀器受各種外界環(huán)境因素和內(nèi)部元器件的老化的影響，其性能指標會不斷地下降，測量結(jié)果也會不可靠，因此需要對測量儀器進行定期的儀器校準和儀器校正。目前，基本上所有的儀器在出廠時都會有校準說明和建議的校準周期。但由于儀器的使用環(huán)境和使用狀況的不同，僅僅按照出廠校準周期進行校準有時難以滿足測量精度的要求。因此，提出一種優(yōu)化測量儀器校準周期的方法非常必要。一般情況下的做法是，通過統(tǒng)計大量同類儀器的使用數(shù)據(jù)來確定某種儀器的校準時間間隔規(guī)律，但這種方法需要大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和長期繁重的統(tǒng)計工作，而且儀器的使用壽命一般長達幾年甚至十幾年，故實現(xiàn)起來有一定的困難。

世通儀器校準機構(gòu)

    通過分析儀器性能指標參數(shù)的漂移規(guī)律，可建立測量儀器校準周期的隨機過程模型。隨機過程模型也是建立在對儀器大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)之上的，并假定儀器參數(shù)的漂移會服從某種形式的規(guī)律(如正態(tài)分布和馬爾可夫過程),而一般情況下統(tǒng)計規(guī)律和實際情況的偏差仍然比較大?；疑A(yù)測理論*少使用4個原始數(shù)據(jù)就能建立某個時期內(nèi)符合規(guī)律的灰色預(yù)測模型，能解決歷史數(shù)據(jù)少、序列完整性差和可靠性低的問題;還能將無規(guī)律的原始數(shù)據(jù)組成規(guī)律較強的數(shù)列，運算簡便、精度較高、易于檢驗。

1.灰色預(yù)測理論在儀器校準周期中的應(yīng)用

     選擇要校準儀器的某一指標(比如電壓源的電壓輸出值)進行定期觀測，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。

  為了檢驗測量儀器是否工作正常，還應(yīng)該根據(jù)測量應(yīng)達到的精度設(shè)定儀器性能指標的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為實際輸出值，只要輸出誤差滿足△V+Vout≧δ,則認為儀器性能不符合測量的精度要求，應(yīng)該進行校準。取輸出誤差值△V作為原始數(shù)據(jù)序列。為提高預(yù)測精度，首先對原始數(shù)列進行冪函數(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算后可得預(yù)測數(shù)據(jù)。電壓源輸出誤差的預(yù)測值和實際測量值如表2所示。

  由表2可以看出，隨著時間的推移，電壓源輸出預(yù)測誤差也在不斷地增大。要減小預(yù)測誤差，另一個重要的方法就是對灰色預(yù)測模型進行等維新息處理改進，利用新數(shù)據(jù)代替舊數(shù)據(jù)以提高預(yù)測精度。將電壓源輸出預(yù)測曲線、實際測量曲線和等維新息改進后的預(yù)測曲線用曲線擬合描述，如圖1所示。

  由圖1的曲線擬合可以看出，經(jīng)等維新息處理后的數(shù)據(jù)的預(yù)測值具有較高的精度。利用預(yù)測殘差修正預(yù)測值，還可以進一步提高預(yù)測精度。根據(jù)前文所述的回歸分析方法建立殘差和預(yù)測值的一元非線性多項式回歸模型:

ε(X)=0.0011X3-0.0328X2+0.0801X-0.0137

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

    對測量儀器進行儀器校準是測量儀器在使用過程中的重要環(huán)節(jié)，由于儀器使用的狀況和環(huán)境不同，儀器校準時間間隔的確定是應(yīng)該引起重視的重要問題，時間間隔過短會造成不必要的浪費，過長又會給測量精度帶來負而影響。引入經(jīng)修正的灰色預(yù)測模型理論用來預(yù)測測量儀器的校準時間間隔，比依靠其他以統(tǒng)計理論的方式來確定測量儀器的校準周期具有所需數(shù)據(jù)少、精度高的優(yōu)勢，可以為測量儀器的校準工作提供可靠的參考fs87269tt。