一種用于氣體活塞式壓力計標準裝置的期間核查方法

張賢，李鑫武

(中航工業(yè)北京長城計量測試技術研究所，北京 100095)

0 引言

為保持測量標準和校準、檢測設備校準狀態(tài)的可信度，按照實驗室認可準則的要求，應對測量儀器示值在規(guī)定的時間間隔內(nèi)是否保持其最大允許誤差或擴展不確定度或準確度等級在規(guī)定的范圍內(nèi)進行核查，我們實驗室依據(jù)計量標準考核的要求對氣體活塞式壓力標準器實施定期期間核查，本文就針對在核查過程中根據(jù)所選擇的核查程序和核查標準取得的核查數(shù)據(jù)進行分析，繪制了分析用核查控制圖，確定了氣體活塞式壓力計核查控制圖的中心線CL、控制上限UCL和控制下限LCL，根據(jù)異常判斷準則，核實了本裝置在測量過程中一直處于穩(wěn)定受控狀態(tài)。

1 前期準備

1.1 測量標準核查方法

根據(jù)GJB 2749A－2009《軍事計量測量標準建立與保持通用要求》，對測量標準的核查共有6種方法，對準確度較高并且重要的參考標準的核查一般推薦采用核查標準進行統(tǒng)計控制，由于氣體活塞式壓力計標準裝置是壓力實驗室0.005級標準，核查方法采用對固定的核查標準 (數(shù)字壓力計)進行連續(xù)的定期觀測，由定期觀測結(jié)果計算得到統(tǒng)計控制量繪制統(tǒng)計控制圖，對測量標準裝置的測量過程進行連續(xù)和長期的統(tǒng)計控制。

表1 預備數(shù)據(jù)的取得條件

1.2 核查標準的選擇

依據(jù)本專業(yè)的具體情況，選擇和氣體活塞式壓力計標準裝置相應測量范圍的數(shù)字壓力計作為核查標準，該核查標準經(jīng)過性能試驗，其穩(wěn)定性、重復性滿足要求，且有足夠高的分辨力，其主要技術指標水平接近被核查測量標準;該核查標準被選定后一直作為保留樣品，沒有隨意變更過，有利于對期間核查結(jié)果的分析處理。

1.3 核查間隔的確定

由于氣體活塞式壓力計標準裝置本身具備長期穩(wěn)定性好的優(yōu)勢，又是實驗室0.005級工作基準裝置，使用頻度偏少，壓力量值變化的風險很小，所以我們選擇該臺標準裝置進行期間核查的間隔為1年，如果核查圖的變化趨勢發(fā)生異常，隨時縮短核查間隔。

1.4 預備數(shù)據(jù)的取得

預備數(shù)據(jù)是用來建立分析用控制圖的基本取樣數(shù)據(jù)，目的是用來判斷已有的測量過程或測量階段是否處于統(tǒng)計控制狀態(tài)。根據(jù)要求，建立控制用控制圖要求獨立測量組數(shù)大于20組，如數(shù)量不足，可以在完成6組以上測量后建立初步分析用控制圖。從2006年以來，每年采用在重復性條件下，由0.005級氣體活塞式壓力計對固定的核查標準在200 kPa點做10次獨立重復測量，從2006年到2013年共得到8組數(shù)據(jù)，見表1、表2。

表2 2006年到2013年的8組預備數(shù)據(jù)

2 建立控制圖

2.1 控制圖的分類

在測量過程控制中常用的控制圖有平均值控制圖、中位值控制圖、標準偏差控制圖和極差控制圖。由于平均值控制圖和中位值控制圖主要用于判斷測量過程中是否受到不受控的系統(tǒng)效應的影響，標準偏差控制圖和極差控制圖主要用于判斷測量過程是否受到不受控的隨機效應的影響，而平均值控制圖和標準偏差控制圖比中位值控制圖和極差控制圖具有更高的檢出率，所以我們選擇平均值控制圖和標準偏差控制圖聯(lián)合使用，分別用來控制氣體活塞式壓力計標準裝置測量過程中的系統(tǒng)效應和隨機效應。

2.2 設計原理

根據(jù)《JJF1033－2008〈計量標準考核規(guī)范〉實施指南》中第三篇測量過程的統(tǒng)計控制圖設計原理，當采用平均值－標準偏差控制圖 (－s圖)對測量標準裝置進行核查時，應根據(jù)獲得的統(tǒng)計測量數(shù)據(jù)計算:每個子組的平均值，每個子組的試驗標準偏差s，各子組間的平均值和實驗標準差的平均值。

其中，A3，B3，B4值查 《JJF 1033－2008〈計量標準考核規(guī)范〉實施指南》中控制圖中控制限系數(shù)表。

2.4 繪制核查結(jié)果統(tǒng)計圖

如圖1、圖2所示，控制圖中分為6個區(qū)，每個區(qū)的寬度均相當于采用統(tǒng)計控制量的標準偏差σ，6個區(qū)自上而下分別標記為a，b，c，c，b，a，測量點出現(xiàn)在中心線兩側(cè)a區(qū)之外，表示測量過程出現(xiàn)異常;測量點出現(xiàn)在中心線兩側(cè)a區(qū)內(nèi)的概率僅為4.28%，此時應引起警戒，縮短核查間隔，密切關注后續(xù)變化;測量點出現(xiàn)在中心線兩側(cè)b區(qū)內(nèi)的概率為27.18%;測量點出現(xiàn)在中心線兩側(cè)c區(qū)內(nèi)的概率為68.27%。

圖1 氣體活塞式壓力計標準裝置平均值控制圖

圖2 氣體活塞式壓力計標準裝置標準偏差控制圖

3 核查結(jié)果異常的判定

3.1 判定原則

控制圖異常分析的主要表現(xiàn)分為測量點超出控制界限和測量點的分布不隨機兩類。由于目前核查數(shù)據(jù)只有8組，建立的是初步分析用控制圖，對于氣體活塞式壓力計平均值－標準偏差控制圖異常的判斷，參照國際標準ISO 8258:1991和國家標準GB/T 4091－2001總結(jié)的8種判斷依據(jù)并做了嚴格修改，異常情況的具體表現(xiàn)為:測量點出現(xiàn)在a區(qū)外;連續(xù)6個測量點出現(xiàn)單調(diào)遞增或遞減的趨勢;連續(xù)3個測量點中有兩點出現(xiàn)在中心線同一側(cè)a區(qū)中;連續(xù)5個測量點中有4點出現(xiàn)在中心線同一側(cè)的b區(qū)或a區(qū)中;連續(xù)8個測量點出現(xiàn)在中心線兩側(cè)并且全部不在c區(qū)內(nèi);連續(xù)8個測量點出現(xiàn)在中心線的同一側(cè);連續(xù)8個測量點出現(xiàn)上下交替排列;連續(xù)8個測量點出現(xiàn)在中心線兩側(cè)的c區(qū)中。

3.2 結(jié)果判定

由氣體活塞式壓力計標準裝置平均值－標準偏差控制圖可以看出，兩幅統(tǒng)計核查控制圖中都沒有出現(xiàn)任何異常情況，核查數(shù)據(jù)證明該裝置的測量結(jié)果始終受控，校準狀態(tài)在有效期內(nèi)正常可信。

4 結(jié)束語

通過由歷年的期間核查數(shù)據(jù)建立的分析控制圖，可以方便對0.005級氣體活塞式壓力計基準裝置的測量過程進行異常判斷，立即尋找產(chǎn)生異常的原因并加以消除，使其測量過程長期處于統(tǒng)計控制狀態(tài)，保證壓力量值的傳遞準確可靠。

[1]中國人民解放軍總裝備部技術基礎管理中心.GJB 2749A－2009軍事計量測量標準建立與保持通用要求[S].2009.

[2]全國計量標準、計量檢定人員考核委員會.JJF 1033－2008《計量標準考核規(guī)范》實施指南[M].北京:中國計量出版社，2008.