计量标准考核规范宣贯讲稿(附录)课件.ppt
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1、计量标准计量标准考核规范1第1页,共148页。2第2页,共148页。计量标准的重复性是指在相同测量条件下,重复测量同一个被测量,计量标准提供相近示值的能力。通常用测量结果的分散性来定量地表示,即用测量列结果的实验标准差s(yi)来表示。3第3页,共148页。l在重复性条件下,用计量标准对常规的被检定或被校准对象进行 n 次独立重复测量,若得到的测量结果为yi(i=1,2,n),则其重复性s(yi)为 (C-1)l式中n 为 重复测量次数,n 应尽可能大,一般应不少于10次。l如果重复性引入的不确定度分量在检定或校准结果的测量不确定度中不是主要分量,允许适当减少重复测量的次数,但至少应满足n6。
2、1)()(12nyyysniii4第4页,共148页。l由于被测对象也会对测量结果的分散性有影响,特别是当被测对象是非实物量具的测量仪器时。因此,由式(C-1)计算得到的分散性通常比计量标准本身所引入的分散性稍大。在测量结果的不确定度评定中,当测量结果由单次测量得到时,它直接就是由重复性引入的不确定度分量。当测量结果由N次重复测量的平均值得到时,由重复性引入的不确定度分量为 Nysi)(5第5页,共148页。l被测仪器的分辨力也会对重复性测量有影响。在不确定度评定中,当重复性引入的不确定度分量大于被测仪器的分辨力所引入的不确定度分量时,可以不考虑分辨力所引入的不确定度分量。当重复性引入的不确定
3、度分量小于被测仪器的分辨力所引入的不确定度分量时,应该用分辨力引入的不确定度分量代替重复性分量。若被测仪器的分辨力为dx,则分辨力引入的不确定度分量为0.289dx。6第6页,共148页。l对于常规的计量检定或校准,当无法满足n10时,为使得到的实验标准差更可靠,如果有可能,建议采用合并样本标准差sp,其计算公式为:(C-2)式中,m 测量的组数;n 每组包含的测量次数;ykj 第 j 组中第k 次的测量结果;第 j 组测量结果的平均值。)1()(112pnmyysmjnkjkjjy7第7页,共148页。l计量标准的稳定性是指计量标准保持其计量特性随时间恒定的能力。因此计量标准的稳定性与所考虑
4、的时间段的长短有关。8第8页,共148页。l 计量标准通常由计量标准器和配套设备所组成,因此一般说来计量标准的稳定性应包括计量标准器的稳定性和配套设备的稳定性。同时在稳定性的测量过程中还不可避免地会引入被测对象对稳定性测量的影响,为使这一影响尽可能地小,必须选择一稳定的测量对象来作为稳定性测量的核查标准。9第9页,共148页。l核查标准的选择大体上可以按下述几种情况分别处理:(1)被检定或被校准的对象是实物量具 在这种情况下可以选择一性能比较稳定的实物量具作为核查标准。10第10页,共148页。(2)计量标准仅由实物量具组成,而被检定或被校准的对象为非实物量具的测量仪器 实物量具通常可以直接用
5、来检定或校准非实物量具的测量仪器,并且实物量具的稳定性通常远优于非实物量具的测量仪器,因此在这种情况下可以不必进行稳定性考核。但需画出计量标准器所提供的标准量值随时间变化的曲线,即计量标准器稳定性曲线图。11第11页,共148页。(3)计量标准器和被检定或被校准的对象均为非实物量具的测量仪器l如果存在合适的比较稳定的对应于该参数的实物量具,可以用它作为核查标准来进行计量标准的稳定性考核。如果对于该被测参数来说,不存在可以作为核查标准的实物量具,可以不作稳定性考核。l一次性使用的标准物质可以不进行稳定性考核。12第12页,共148页。l对于新建计量标准,每隔一段时间(大于一个月),用该计量标准对
6、核查标准进行一组 n 次的重复测量,取其算术平均值作为该组的测量结果。共观测 m 组(m4)。取 m 个测量结果中的最大值和最小值之差,作为新建计量标准在该时间段内的稳定性。13第13页,共148页。l对于已建计量标准,每年用被考核的计量标准对核查标准进行一组 n 次的重复测量,取其算术平均值作为测量结果。以相邻两年的测量结果之差作为该时间段内计量标准的稳定性。l若计量标准在使用中采用标称值或示值(即不加修正值使用),则测得的稳定性应小于计量标准的最大允许误差的绝对值;如加修正值使用,则测得的稳定性应小于该修正值的扩展不确定度(即U,k=2或U95)。14第14页,共148页。l 控制图(又称
7、休哈特控制图)是对测量过程是否处于统计控制状态的一种图形记录。它能判断并提供测量过程中是否存在异常因素的信息,以便于查明产生异常的原因,并采取措施使测量过程重新处于统计控制状态。l对于准确度较高且重要的计量标准,如有可能,建议尽量采用控制图对其测量过程进行连续和长期的统计控制。l在计量标准考核中控制图属于推荐采用,而不是强制采用的项目。15第15页,共148页。l测量结果除了会受到测量过程的影响外,还会受测量对象的影响,因此如果能找到一个比较稳定的核查标准并对其作连续的定期观测,则根据由定期观测结果计算得到的统计控制量(例如平均值,标准偏差,极差等)的变化情况可以推断出测量过程是否处于统计控制
8、状态。因此采用控制图方法来对测量过程进行统计控制的前提是具有一个量值稳定的核查标准。16第16页,共148页。l根据控制对象的数据性质,即所采用的统计控制量来分类,在测量过程控制中常用的控制图有平均值标准偏差控制图(s图)和平均值极差控制图(R图)。l控制图通常均成对地使用,平均值控制图主要用于判断测量过程中是否受到不受控的系统效应的影响。标准偏差控制图和极差控制图主要用于判断测量过程是否受到不受控的随机效应的影响。xx17第17页,共148页。l 标准偏差控制图比极差控制图具有更高的检出率,但由于标准偏差要求重复测量次数n10,对于某些计量标准可能难以实现。而极差控制图一般要求n5,因此在计
9、量标准考核中推荐采用平均值标准偏差控制图,也可以采用平均值极差控制图。x18第18页,共148页。l按其用途,可以分为分析用控制图和控制用控制图两类。(1)分析用控制图:用于对已经完成的测量过程或测量阶段进行分析,以评估测量过程是否稳定或处于受控状态。(2)控制用控制图:对于正在进行中的测量过程,可以在进行测量的同时进行过程控制,以确保测量过程处于稳定受控状态。19第19页,共148页。l具体建立控制图时,应首先建立分析用控制图,确认过程处于稳定受控状态后,将分析用控制图的时间界限延长,于是分析用控制图就转化为控制用控制图。20第20页,共148页。l正态分布假设:假定所选择的统计控制量(也称
10、为过程参数)服从或近似服从正态分布。l3s 准则:根据正态分布的概率性质,测量结果超出3s 范围的概率仅为0.27%。因此规定允许判断错误的概率a=0.0027。a 也称为风险度或显著水平。l小概率原理:小概率事件一般是不会发生的,一旦发生,则应该怀疑测量过程失控。21第21页,共148页。%27.68警戒区警戒区控制范围%45.95%99.99%73.99-4s4s-3s3s-2s2s-ss正态分布时的置信概率22第22页,共148页。3s-3s2ss-2s-s23第23页,共148页。3s-3s2ss-2s-s中心线CL控制上限UCL控制下限LCL统计控制量控制范围时间24第24页,共14
11、8页。3s-3s2ss-2s-s中心线CL控制上限UCL控制下限LCL统计控制量控制范围警戒区警戒区99.73%95.45%时间25第25页,共148页。3s-3s2ss-2s-s中心线CL控制上限UCL控制下限LCL统计控制量控制范围警戒区警戒区99.73%95.45%时间AABBCC26第26页,共148页。l确定所采用的统计控制量,即所采用的控制图类型。通常采用平均值标准偏差控制图(s图)或平均值极差控制图(R图)。xx27第27页,共148页。l预备数据是建立分析用控制图的基本取样数据,要求取样过程处于随机控制状态中。(1)在重复性条件下,对选择好的核查标准作n次独立重复测量。当采用标
12、准偏差控制图时,要求测量次数n10;当采用极差控制图时,测量次数5次。该n次测量结果称为一个子组。28第28页,共148页。(2)在计量检定规程或技术规范规定的测量条件下,重复上面的过程,共测量k个子组。要求子组数k20,在实际工作中最好取25组。即使当个别子组数据出现可查明原因的异常而被剔除时,仍可保持多于20组的数据。29第29页,共148页。l平均值标准偏差控制图,应计算的统计量为:每个子组的平均值 ;每个子组的实验标准差s;各子组间的平均值 ;各子组实验标准差的平均值 。平均值极差控制图,应计算的统计量为:每个子组的平均值 ;每个子组的极差R;各子组间的平均值 ;各子组的平均极差 。x
13、xxxRs30第30页,共148页。l计算各控制图的中心线CL,控制上限UCL,和控制下限LCL。l对于不同的控制图,控制界限应分别进行计算。31第31页,共148页。l控制限计算公式汇总 中心线CL 控制上限UCL 控制下限LCL 平均值 极差 平均值标准偏差 RRD4RD3xsRAx2RAx2xsAx3sAx3sB4sB332第32页,共148页。n A2 A3 B3 B4 D3 D4 2 1.880 2.659 0.000 3.267 0.000 3.267 3 1.023 1.954 0.000 2.568 0.000 2.574 4 0.729 1.628 0.000 2.266 0
14、.000 2.282 5 0.577 1.427 0.000 2.089 0.000 2.114 6 0.483 1.287 0.030 1.970 0.000 2.004 7 0.419 1.182 0.118 1.882 0.076 1.924 8 0.373 1.099 0.185 1.815 0.136 1.864 9 0.337 1.032 0.239 1.761 0.184 1.816 10 0.308 0.975 0.284 1.716 0.223 1.777 11 0.285 0.927 0.321 1.679 0.256 1.744 12 0.266 0.886 0.354
15、1.646 0.283 1.717 (ISO 8258:1991)33第33页,共148页。l控制图的纵坐标为计算得到的各统计控制量,横坐标为时间坐标。并在图上画出CL、UCL和LCL三条控制界限。在图上标出各子组相应统计控制量的位置(称为测量点)后,将相邻的测量点连成折线,即完成分析用的控制图(图C-1中的实线)。34第34页,共148页。UCLCLLCL控制上限控制下限警戒区警戒区中心线CAABBC统计控制量时间35第35页,共148页。l 按照控制图对异常判断的各项准则,对分析用控制图中各测量点的分布状况进行判断。若测量点的分布状况没有任何违背判断准则的情况,即表明测量过程处于统计控制状
16、态。36第36页,共148页。l将分析用控制图的时间坐标延长,每隔一规定的时间间隔,再进行一组测量,在控制图上标出测量点位置后,将连接测量点的折线逐次延长(图C-1中的虚线),就成为可以对测量过程进行日常监控的控制用控制图。l一旦控制用控制图中测量点的分布出现异常,应立即分析原因,并将其减小或消除,直到控制图恢复正常。37第37页,共148页。l如果测量的工作量较大,一时无法完成20 组以上的预备数据测量,也可以在完成6-10组测量后就开始建立初步的分析用控制图。在测量点分布状况没有任何违背判断准则的条件下将其转化为控制用控制图。按常规每隔一定的时间间隔进行控制测量。当累计的子组数(包括预备测
17、量在内)达到 k=20时,重新计算中心线CL和控制界限UCL,LCL,并按新的计算结果建立新的满足 k 20 要求的分析用控制图。38第38页,共148页。l为方便起见,将常规控制图的控制范围均分为6个区,每个区的宽度均相当于所采用统计控制量的标准偏差s。如图C-1所示,自上而下分别标记为A、B、C、C、B和A。l测量点出现在控制图A区中的概率为4.28%,因此偶尔有测量点出现在A区中是允许的,但此时至少应密切注意控制图此后的发展趋势,故A区常称为警戒区。39第39页,共148页。l测量过程异常可以分为两类:(1)测量点超出控制界限 (2)测量点分布不随机l现行的ISO标准(ISO 8258:
18、1991)和国家标准(GB/T 4091-2001)总结了常见的测量过程异常的8种分布模式,从而给出了对应的8种异常判据。40第40页,共148页。l一个测量点落在A区之外UCLCLLCLAXXABBCC41第41页,共148页。l当所计算的统计控制量接近于正态分布时,测量点出现在A区之外的概率为0.0027。并据此规定显著水平a=0.0027,所以只要有任何测量点超出控制界限(图中X点),就表明测量过程出现异常。l测量点超出上界UCL,表明统计控制量的均值增大;而当测量点超出下界LCL,表明其均值减小。42第42页,共148页。l连续9个点落在中心线的同一侧UCLCLLCLAABBCCX43
19、第43页,共148页。l测量点连续出现在控制图中心线的同一侧的现象称为“链”。链的出现表明统计控制量分布的均值向出现链的一侧偏移。l每个测量点出现在控制范围内的概率为0.9973,因此连续n个测量点出现在中心线同一侧的概率为l计算后可以得到不同长度的链所出现的概率为 n 3 4 5 6 7 8 9 10 p 0.2480 0.1237 0.0617 0.0307 0.0153 0.0076 0.0038 0.0019np29973.0244第44页,共148页。l旧标准规定的是7点链,即连续7个测量点出现在控制图中心线的同一侧时,即可判为异常。l新旧标准的主要差别在于:(1)对于测量点超出控制
20、界限,两者均规定风险度或显 著水平a=0.0027。(2)而对于其他异常判据,新标准基本上仍采用a=0.0027,而旧标准通常采用a=0.01。l旧标准还将异常判据推广到了“间断链”:(1)连续11个点中至少有10个点在中心线的同一侧;(2)连续14个点中至少有12个点在中心线的同一侧;(3)连续17个点中至少有14个点在中心线的同一侧;(4)连续20个点中至少有16个点在中心线的同一侧。45第45页,共148页。间断链:多数点在中心线一侧。连续11点有10点在中心线一侧连续14点有12点在中心线一侧46第46页,共148页。l连续6个点单调递增或递减UCLCLLCLAABBCCXX47第47
21、页,共148页。l测量点排列呈现单调递增或递减的状态称为“趋势”。趋势的出现表明统计控制量的均值随时间增大或减小。ln点趋势出现的概率为 n 3 4 5 6 7 p 0.3306 0.0824 0.0164 0.0027 0.0004nnp)9973.0(!248第48页,共148页。l连续14个点出现上下交替排列UCLCLLCLAABBCCX49第49页,共148页。l连续n个测量点出现上下交替排列的概率为l计算结果 n 9 10 11 12 13 14 15 p 0.0286 0.0190 0.0126 0.0084 0.0056 0.0037 0.0025nnnp)9973.0(!322
22、350第50页,共148页。l连续3点中有2点落在中心线同一侧的A区中UCLCLLCLAABBCCXXX51第51页,共148页。l连续3个点中,至少有2个点落在中心线同一侧的A区中的概率为l旧标准也有类似的异常判据,但并不要求落在“同一侧的A区中”0027.09759.0)0214.0(2223Cp52第52页,共148页。l国标中的说法是“连续3点中有2点落在中心线同一侧的B区之外”。l“B区之外”的意思是包括A区和A区之外。而根据判据一,只要有任何一个测量点出现在A区之外,即可判为异常。故在其他判据中可以将A区之外的情况排除。l连续N个测量点中,至少有n个测量点出现在中心线同一侧A区中,
23、其出现的概率p的计算公式为:kNkNnkkNCp9759.0)0214.0(253第53页,共148页。l连续5个测量点中有4点出现在中心线同一侧的B区或A区中 UCLCLLCLAABBCCXX54第54页,共148页。l国标中的说法是连续5个测量点中有4点出现在中心线同一侧的C区之外,现将“C区之外”改为“B区或A区中”。两者的区别在于前者还包括A区之外的区域。l连续5个测量点中有4点出现在中心线同一侧的B区或A区中的概率为0051.0)1573.09973.0()1573.0(2445Cp55第55页,共148页。l连续15个测量点出现在中心线两侧的C区中UCLCLLCLAABBCCX56
24、第56页,共148页。l连续n个测量点出现在中心线两侧C区中的概率为l计算结果n 11 12 13 14 15 16 17 P 0.0150 0.0103 0.0070 0.0048 0.0033 0.0022 0.0015l旧标准规定连续12个测量点出现在C区中判为异常。np)6827.0(57第57页,共148页。l连续8个测量点出现在中心线两侧并且全部不在C区内UCLCLLCLAABBCCX58第58页,共148页。l当被测统计控制量的分布,是两种不同分布的混合,且其中一个分布均值与另一个分布的均值有明显的差异,而在测量过程中两种分布交替地出现,就出现本判据所出现的情况。59第59页,共
25、148页。60第60页,共148页。l检定或校准结果的验证是指对给出的检定或校准结果的可信程度进行实验验证。由于验证的结论与测量不确定度有关,因此验证的结论在某种程度上同时也说明了所给检定或校准结果的不确定度是否合理。61第61页,共148页。l用被考核的计量标准测量一稳定的被测对象,然后将该被测对象用另一更高级的计量标准进行测量。若用被考核计量标准和高一级计量标准进行测量时的扩展不确定度(U,k=2或U95,下同)分别为Ulab和Uref,它们的测量结果分别为ylab和yref,在两者的包含因子近似相等的前提下应满足 (C-15)2ref2labreflabUUyy62第62页,共148页。
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