计量器具管理不确定度.docx
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计量器具管理不确定度
计量器具管理
1计量器具的选配
1.1选配计量器具考虑的因素
测量设备选配要从测量、技术、经济特性综合考虑以下因素：
（1）测量特性
a）测量设备应具备预期使用要求的测量特性，包括不确定度、稳定度、量程、分辨力等。
b）量值应溯源到国际或国家计量基准，如果没有上述基准，应与国际上承认的其他有关计量标准，如适用的标准物质、共同认可的测量标准或工程标准建立溯源关系。
c）接受检定（校准）的方法和对测量对象进行测量的方法要科学、合理、可行、简便。
d）具有合理的检定周期（或确认间隔）。
e）能对测量结果进行评价。
（2）技术特性
a）使用方便，操作简单可靠。
b）运输、装卸、组装、安装方便，并易于和检定（或校准）装置连接装配在一起。
c）在使用保存期间，易于防护、防损坏、防污染、抗干扰性能良好。
d）所需专用辅助设备（安装、读数、记录、电源等）少。
e）对环境、操作人员条件要求合适，不苛刻。
（3）经济特性
a）测量设备购置费用少。
b）操作、维护、保护、检定（或校准）费用少。
c）能修理，使用寿命长。
d）利用率高。
e）使用时所需场地少。
除考虑上述条件外，还要考虑一些综合影响因素：
a）测量设备标准化要求。
b）部分类型测量设备没有检定规程。
c）测量和计算自动化趋势。
d）传统习惯影响。
测量设备选配是在综合考虑风险、成本、利益的基础上，对诸多因素进行技术论证、评审和裁决的活动。
其中最关键的是测量特性的选择，特别是不确定度是保证测量结果准确可靠的首要条件。
1.2不确定度的选配方案
测量器具的不确定度是保证测量结果准确可靠的首要条件。
在不确定度满足预期使用条件下，还应考虑其他测量特性，如稳定度、量程、分辨力，同时还应考虑成本、使用方便性等特点。
（1）不确定度选择应满足的条件
选择时，应使所选用的计量器具不确定度U1等于或小于计量器具引起的测量不确定度允许值U0，即：
U1≤U0
U0可通过查表[表1：
计量器具引起的不确定度允许值（针对尺寸测量）]得出，计算公式如下：
U0=T/3MCP
式中：
MCP–检测能力指数；
T–为产品参数加工制造允许的误差范围，或者工艺过程监测控制参数允许变化范围。
注：
Ⅰ计量器具不确定度U1可视为计量器具的最大测量误差。
Ⅱ计量器具引起的测量不确定度允许值U0可视为计量器具引起的最大测量误差允许值。
不同的计量器具有不同的不确定度数值。
表2为千分尺和游标卡尺的不确定度，表3为比较仪（分度值≥0.0005mm）的不确定度，表4为指示表（分度值≥0.001mm）的不确定度，表5为大尺寸外径千分尺的不确定度推荐值，表6为大尺寸游标卡尺的不确定度推荐值，表7为杠杆千分尺的不确定度推荐值。
表1：
计量器具不确定度允许值（针对尺寸测量）
单位：
mm
工作公差
计量器具不确定度允许值U0
大于
至
0.009
0.018
0.032
0.058
0.100
0.180
0.320
0.580
1.000
1.800
0.018
0.032
0.058
0.100
0.180
0.320
0.580
1.000
1.800
3.200
0.0009
0.0018
0.0027
0.0054
0.009
0.016
0.029
0.054
0.090
0.460
表2：
千分尺和游标卡尺的不确定度
单位：
mm
尺寸范围
计量器具类型
分度值0.01外径千分尺
分度值0.01内径千分尺
分度值0.02游标卡尺
分度值0.05游标卡尺
大于
至
不确定度
0
50
0.004
0.008
0.020
0.050
50
100
0.005
100
150
0.006
150
200
0.007
0.013
0.100
200
250
0.008
250
300
0.009
300
350
0.010
0.020
350
400
0.011
400
450
0.012
450
500
0.013
0.025
500
600
0.030
0.150
600
700
700
1000
表3：
比较仪的不确定度（分度值≥0.0005mm）
单位：
mm
尺寸范围
所使用的计量器具
分度值为0.0005（相当于放大倍数2000倍）的比较仪
分度值为0.001（相当于放大倍数1000倍）的比较仪
分度值为0.002（相当于放大倍数400倍）的比较仪
分度值为0.005（相当于放大倍数250倍）的比较仪
大于
至
不确定度
25
0.0006
0.0010
0.0017
0.0030
25
40
0.0007
0.0018
40
65
0.0008
0.0011
65
90
0.0008
90
115
0.0009
0.0012
0.0019
115
165
0.0010
0.0013
165
215
0.0012
0.0014
0.0020
0.0035
215
265
0.0014
0.0016
0.0021
265
315
0.0016
0.0017
0.0022
表4：
指示表的不确定度（分度值≥0.001mm）
单位：
mm
尺寸范围
所使用的计量器具
分度值为0.001的千分表（0级在全程范围内，1级在0.2mm范围内）；分度值为0.002的千分表（在1转范围内）；
分度值为0.001、0.002、0.005的千分表（1级在全程范围内）；分度值为0.01的百分表（0级在任意1mm内）；
分度值为0.01的百分表（0级在全程范围内，1级在任意1mm内）
分度值为0.01的百分表（1级在全程范围内）
大于
至
不确定度
25
0.005
0.010
0.018
0.030
25
40
40
65
65
90
90
115
115
165
0.006
165
215
215
265
265
315
表5：
大尺寸外径千分尺的不确定度推荐值
单位：
mm
尺寸范围
＞500–600
＞600–700
＞700–800
＞800–900
＞900–1000
推荐的不确定度
0.014
0.016
0.018
0.020
0.023
表6：
大尺寸游标卡尺的不确定度推荐值
单位：
mm
尺寸范围
＞300–500
＞500–600
＞600–700
＞700–800
＞800–900
＞900–1000
分度值0.02的卡尺不确定度推荐值
0.04
0.05
0.05
0.06
0.06
0.07
表7：
杠杆千分尺的不确定度推荐值
单位：
mm
尺寸范围
分度值
绝对测量
相对测量
0–50
0.001
0.002
0.001
0.002
0.003
0.0015
50–100
0.003
0.004
0.002
（2）计量器具的选择步骤
选择计量器具应该按以下步骤进行：
a）根据工件的公差值，由表1查出计量器具不确定度允许值U0。
b）根据被测工件的尺寸范围，由表2–7查出符合选择条件U1＜U0的计量器具。
案例1：
选择测量工作件轴径￠35
的计量器具。
解：
a）查出计量器具不确定度的允许值U0。
该工件的公差为0.062mm，由表1查得计量器具不确定度允许值U0=0.0054mm。
b）选择计量器具
工件尺寸为￠35mm，是在0–50mm的范围内，由表2查知，分度值为0.01mm的外径千分尺不确定度U1=0.004mm。
由于上述计量器具不确定度允许值U0=0.0054mm，满足U1＜U0条件要求，所以可选用分度值为0.01mm的外径千分尺（0-50mm）。
案例2：
某厂出厂食品重约150Kg，实际重量按出厂时称重标定，要求测量误差不超过±1.0Kg，试选配测量设备。
解：
a）判断测量性质：
属于测定量值。
b）确定测量要求：
允许测量误差范围T=2Kg。
c）确定MCP（检测能力指数）：
因属影响企业信誉的参数，较重要，选MCP=1.1。
d）确定计量器具引起的最大测量误差允许值U0。
U0=T/3MCP=2/（3*1.1）=0.61Kg。
e）初选0.2级200Kg字盘称，计算其最大测量误差U1。
“0.2级”表示字盘称的最大示值引用误差为0.2%，这样字盘称的最大测量误差U1=200*0.2%=0.4Kg。
f）因为U1＜U0，故不确定度满足使用要求，0.2级200Kg字盘称可用。
注：
以上是一种较为严格的选择方法，也可以采用一种较为宽松的选择方法：
将计量器具在测量参数处的最大测量误差视为U1。
如本例可将字盘称在称重150Kg处的最大测量误差视为U1，此时U1=150*0.2%=0.3Kg，远远小于U1=0.61Kg。
但较为宽松的选择方法一般不要采用。
案例3：
某厂生产的电阻，标称值为150Ω，要求误差不超过±1.0Ω，试选配测量用电阻表。
解：
a）判断测量性质：
属于测定量值。
b）确定测量要求：
允许测量误差范围T=2Ω。
c）确定MCP（检测能力指数）：
因属影响企业信誉的参数，较重要，选MCP=1.1。
d）确定计量器具引起的最大测量误差允许值U0。
U0=T/3MCP=2/（3*1.1）=0.61Ω。
e）初选0.2级200Ω电阻表，计算其最大测量误差U1。
“0.2级”表示电阻表的最大示值引用误差为0.2%，这样电阻表的最大测量误差U1=200*0.2%=0.4Ω。
f）因为U1＜U0，故不确定度满足使用要求，0.2级200Ω字盘称可用。
1.3计量器具的经验选配方法
可以凭经验选配计量器具，经验选配原则：
U1≤（1/3–1/10）T
式中：
U1–为计量器具的不确定度（可视为计量器具的最大测量误差）。
T–为产品参数加工制造允许的误差范围，或者工艺过程监测控制参数允许变化范围。
案例4：
用经验选配法选择测量轴径￠35
的计量器具。
解：
a）以工件公差的1/3作为选择标准：
1/3*0.062=0.021mm。
b）分度值为0.01mm的外径千分尺不确定度U1=0.004mm，小于工件公差的1/3，即：
U1＜1/3T
所以可以选用分度值为0.01mm的外径千分尺（0–50mm）。
案例5：
某厂出厂食品重约150Kg，实际重量按出厂时称重标定，要求测量误差不超过±1.0Kg，请用经验选配法选择测量工具。
解：
a）确定测量要求：
允许测量误差范围T=2Kg。
b）以测量误差范围的1/3作为选择计量器具的标准：
1/3T=0.67Kg。
c）初选0.2级200Kg字盘称，计算其最大测量误差U1：
U1=200*0.2%=0.4Kg
d）因为U1＜1/3T，故0.2级200Kg字盘称可用。
同样，在对计量器具进行校准时，计量器具（用于校准计量器具）的不确定度U标一般应≤需校准的计量器具的不确定度U表的1/3–1/10（至多也应取1/2），即：
U标≤（1/3–1/10）U表
案例6：
能否用0.2级200V的电压表校准1.0级200V的电压表？
解：
a）0.2级200V电压表（计量标准器）的最大测量误差U标=200*0.2%=0.4V。
b）1.0级200V电压表（被校电压表）的最大测量误差U表=200*1%=2V。
c）U标≤1/3U表，所以可用0.2级200V的电压表校准1.0级200V的电压表。
特别提醒：
有些读者也许会问，怎么能用分度值为0.01mm（小数点后2位数）的外径千分尺测量￠35
（小数点后3位数）这样的工件呢？
这样的问题，说明你对分度值的含义，以及计量器具的选择的选择原则没彻底理解。
注：
分度值–相邻两刻度线所代表的量值之差。
2检测能力指数MCP及其应用
2.1检测能力指数MCP的计算
检测能力指数MCP是衡量计量器具和测量方法能否满足生产和管理中各种测量要求的重要指标。
它由下式确定：
MCP=T/2U
一般取U=1.5U1，这样：
MCP=T/3U1
式中：
MCP–检测能力指数。
T–产品参数加工制造允许的误差范围，或者工艺过程监测控制参数允许变化范围。
U–测量的不确定度（可视为测量的极限误差）。
U1–计量器具（装置或系统）的不确定度（可视为计量器具的最大测量误差。
可用最大示值误差或仪器说明书上给定的3δ的误差表示）。
U2–除计量器具外其他因素（如测量方法）造成的测量不确定度（测量误差）。
测量不确定度U是由计量器具的不确定度U1和除计量器具外其他因素（如测量方法）造成的测量不确定度U2决定的。
U=
由上面的公式可知：
T/U=2MCP
或
T/U1=3MCP
显然检测能力指数MCP越大，检测能力越强。
2.2检测能力的判断准则
可根据检测能力指数的大小给出检测能力判断标准，如表7所示。
但必须指出，由于行业不同，在具体应用中MCP值时应结合实际，切忌照搬套用。
采用MCP值时，要根据不同行业、不同工艺要求研究采用，还要在具体工艺控制过程中，使计量器具的不确定度和工艺装备（加工设备和工装）的不确定度合理匹配，做到技术上合理，经济上合算。
表7：
检测能力指数MCP与检测能力分级
级档
A
B
C
D
E
检验与监测
MCP
3–5
2–3
1.5–2
1–1.5
＜1
T/U
6–10
4–6
3–4
2–3
＜2
T/U1
9–15
6–9
4.5–6
3–4.5
＜3
一级测量
MCP
1.7–2
1.3–1.7
1–1.3
0.7–1
＜0.7
T/U
2.6–3
2–2.6
1.5–2
1–1.5
＜1
T/U1
5–6
4–5
3–4
2–3
＜2
能力评价
高
足够
基本满足
不足
严重不足
注：
检验与监测用的计量器具的精度应比一般测量用的计量器具的精度高一些。
就工厂而言，品管部配备的计量器具的精度应比生产车间配备的计量器具的精度要高一些。
当然，车间配备的计量器具应满足测量要求。
表8：
测量超差概率P同MCP的关系
MCP
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
1.0
1.2
1.3
1.4
P（%）
7.18
3.58
1.64
0.7
0.27
0.10
0.032
0.027
0.00068
注：
测量超差概率P：
测量误差超出允许误差范围的概率。
2.3MCP值计算举例
案例7：
检测能力指数MCP与计量器具的选配
参数检验：
检验销轴直径，直径为￠
。
试选用计量器具并计算MCP值。
解：
a）选用分度值为0.01mm的外径千分尺，查表2得U1=0.004mm。
T=0.02mm，则MCP=T/3U1=0.02/（3*0.004）=1.67，符合C级，基本满足要求。
b）选用分度值为0.02的游标卡尺，查表得U1=0.02mm。
T=0.02mm，则MCP=T/3U1=0.02/（3*0.02）=0.33，与E级相对，严重不足。
c）所以选用分度值为0.01mm的外径千分尺（0–50mm）。
3计量器具的校准管理
3.1计量器具校准类型
（1）入库（进厂）校准
测量设备在出厂后，要经过运输，有的要经过几次转手，从出厂到用户收货入库，要经过一段时间。
在这段时间里，由于种种原因，就存在着测量设备变成不合格的可能。
所以要对购进的测量设备进行入库验收、校准，合格方可入库。
验收校准不合格的一律不允许入库，退回物资采购部处理。
购进的测量设备凡无制造许可证标志的（CMC标志等），不能认为是合格品，防止社会上不合格的测量设备流入企业。
（2）出库（发放）校准
仓库存放的测量设备，在发放时，企业计量部门对每件测量设备进行建档、登记、编号、立卡，确定校准周期后再使用。
并对外观进行检查，已超过校准有效期的，应进行全面校准。
测量设备库存时间长了，由于保管不善或其他原因，有可能使原本合格的测量设备变成不合格，所以，一定要经过校准合格，才准发放使用。
对于新投入使用的计量器具，是实行周期校准的第一次校准，所以也称“首次校准”。
注意：
入库、出库校准（或检定）如何进行，是否必要，视各企业的自身情况而定，但必须保证计量器具在使用前得到校准和检定。
（3）周期校准
定期校准是指按标准规定对使用中的测量设备进行定期校准。
并按强制检定和非强制检定加以区别和管理，它是整个校准工作的核心。
属于强制检定的工作测量设备，应定期由国家授权的计量检定机构（法定计量机构）进行周期检定。
属于非强制检定的工作测量设备，企业也要登记造册，按校准周期自行校准或送国家授权的计量检定机构进行校准。
（4）返回校准
从工具库借出的计量器具，返回工具库后，应先进行必要的校准，然后再上量具架待用。
此种校准是周期校准的补充，是否需要，各企业应视具体情况而定。
对于专用量具，一般要进行返回校准。
（5）巡回校准
对重点产品、关键工艺、高精度机床和生产流水线上使用的测量设备要加强管理，到车间、生产现场进行巡回校准。
巡回校准可以根据生产实际情况需要，对部分项目进行校准，如万能量具的零位校准，温度计量中控制仪表的炉前校准都属于这类性质。
（6）临时校准
测量设备在确认周期内发生故障，可根据使用人员要求，给予临时校准。
（7）在用测量设备抽校
在用测量设备抽校是指对现场或在线测量设备的示值和主要计量性能随机抽取样品的校准，抽样的样品的数量要足以代表全部在现场使用或在线测量设备的示值和主要计量性能的合格情况。
因此，企业要随机抽取抽校不少于10%的测量设备，抽校情况见表9。
表9：
在用测量设备抽校情况表
抽校人：
日期：
序号
器具名称
使用部门
抽校台件数
合格台件数
抽校日期
备注
注：
a）抽校数每季度不底于在用测量设备总数的10%。
b）按确认规范对使用中的测量设备进行考核。
c）抽校要作好原始记录。
d）抽校合格率=（抽校合格台件数/抽校台件数）*100%。
（8）降级、报废、销号
对于测量设备的校准，要严格按校准标准规范进行。
对校准合格的测量设备，应发给校准合格证或合格封印，对于无法保证原来的准确度或无修理价值的测量设备，应经授权人员按规定程序进行降级或报废。
报废的测量设备应立即抽卡销号。
无校准证书或过了校准时间间隔的测量设备，一律不得投入使用。
3.2校准的注意事项
（1）量值溯源与校准规程
用于检验、测量的计量器具和用于校准的标准器到高一级别国家承认的标准，若不存在上述国家承认的标准或无有关的检验规程，则应将校准的方法形成文件，即自行编制校准规程。
自行编制的校准规程一般包括：
a）目的
说明该校准规程控制的活动、控制的目的。
b）适用范围
说明该校准规程的适用范围，必要时可以明确该规程不适用的范围或对象。
c）技术要求
应着重编写与受检计量器具的计量性能、使用寿命等有关的技术内容与要求，如：
Ⅰ）准确度等级；
Ⅱ）灵敏度、稳定度等计量性能；
Ⅲ）抗干扰等理化性能；
Ⅳ）表面粗糙度、刻度清晰度、表面划痕、毛刺、裂纹、气泡、垫印等外观方面的要求等；
d）校准条件
应明确规定计量器具标准器、校准设备和校准场地环境条件方面的要求。
在满足校准质量的前提下应尽量充分利用现有的设备条件，以避免造成不必要的浪费。
e）校准项目
应明确规定受检计量器具的受检部位和校准内容。
确定校准项目要求科学合理，切实可行，符合计量器具客观实际使用需求。
必要时，可以对某些计量器具的校准项目按使用中、维修后与新制造的不同状况区别规定。
f）校准方法
应规定计量校准时的具体操作方法和步骤。
要求编写的具体、明确，有操作性，所用公式、常数、参数均应可靠，有据可查。
必要时，还应举例说明。
g）校准结果的处理
应明确作出受检计量器具在校准结束后合格与不合格的结论及裁决理由。
一般校准合格的计量器具，应规定填发校准证书或校准报告。
而校准不合格的计量器具只发给校准结果不合格通知书。
h）校准周期
校准周期是指受检计量器具相邻两次之间的时间间隔。
一般情况下，校准周期应根据受检计量器具的计量性能、使用环境条件和使用频繁程度等因素确定。
国家计量检定规程中一般只规定其最大检定周期，指导有关企事业单位根据本单位实际情况确定检定周期。
但企业计量校准规程中应明确应执行的校准周期，但可以对同类计量器具在不同使用单位（分厂或车间）有不同的校准周期。
i）附录
附录的内容可包括计量器具的工作原理和构造内容。
（2）合适的校准周期
校准周期是确定计量器具相邻两次校准的最大期限。
不存在普遍适用的校准周期，各企业应该根据自身特点制定计量器具的校准周期，并对校准周期进行动态管理，以达到风险和费用的折中。
有许多影响校准的周期，其中较主要的有：
a）测量器具的类型；
b）制造商的建议；
c）测量器具的使用场合（包括测量质量特性重要与否以及后果严重与否）；
d）测量器具的失准情况，周期校准的合格率；
e）测量器具使用的频次和磨损趋势（现场操作用和监督用量具的频次明显不同）；
f）校准成本；
g）环境条件（温度、湿度、振动等）；
h）所寻求的测量准确度。
在确定校准周期时，校准费用不可忽视，因为校准费用也是一种制约因素。
在制定校准周期时，应对以下两个基本的和相对立的原则进行权衡。
a）使用不合格测量器具的风险尽可能小；
b）保持一个最小的校准费用。
（3）校准状态标识和管理
a）校准状态标识
校准状态可用合适的标志，不限于挂牌和贴标签，只要能识别出量具是否在有效期限之内就行。
除了校准状态标识外，还有“封存”“禁用”等表征计量器具所处状态的标识。
合格证
封存证
准用证
禁用证
限用证
NO.
NO.
NO.
NO.
NO.
有效期限：
有效期限：
有效期限：
有效期限：
有效期限：
校准员：
批准人：
校准员：
批准人：
校准员：
表10：
标志的种类及用途
序号
标志
式样
适用范围
备注
1
合格标志
长方形，绿色，可区分A、B、C三类计量器具，尺寸可制作大、中、小三种
适用于按国家检定规程进行检定（或校准）合格的计量器具
若要区分A、B、C三类，应事先划分三类的范围，列出名单
2
限用标志
长方形，黄色，可区分A、B、C三类计量器具，分别制成三种
适用于在使用过程中仅用其局部测量范围的计量器具，检定（或校准）时只对这一部分测量范围进行检定（或校准），并出具检定（或校准）报告
3
准用标志
长方形，绿色，可区分A、B、C三类计量器具，分别制成三种
适用于按技术说明书或企业自编校准规程校准的计量器具
4
一次性鉴定合格标志
长扁圆形，绿色
适用于计量性能稳定，可靠性高，经检定合格后能确保在其使用寿命内满足检测准确度要求，允许作一次性检定管理的计量器具
5
封存标志
长方形，紫蓝色，白字
适用于暂时不使用的计量器具，这类计量器具在封存期内不安排周期校准，但在使用前必须进行启封校准，并根据管
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