計量標準的建立與應(yīng)用

陳 萍

（江蘇核電有限公司，江蘇 連云港 222000）

計量標準是保證電站計量器具量值準確可靠傳遞的“標尺”?，F(xiàn)場作業(yè)各種數(shù)據(jù)需要依靠計量器具來測量，一旦“標尺”本身不準確，將給電站運行維修工作帶來難以估量的后果。計量管理是企業(yè)提高經(jīng)濟效益的重要手段，是提高產(chǎn)品質(zhì)量的保證，在符合國家規(guī)章制度要求下，規(guī)范自身計量管理。為保障計量器具量值傳遞的一致性和準確性，使生產(chǎn)工藝設(shè)施數(shù)據(jù)準確，以及為使計量監(jiān)督管理有效，及時提供準確的數(shù)據(jù)結(jié)果，依據(jù)《中華人民共和國計量法》的有關(guān)規(guī)定，建立了4項企業(yè)計量標準。

1 計量標準概述

根據(jù)JJF 1033—2008《計量標準考核規(guī)范》的要求，從計量實驗室的選址，計量標準器及配套設(shè)備的采購、調(diào)試、運行分析，計量標準技術(shù)報告的撰寫、論證，檢定人員的資質(zhì)考核，實驗室環(huán)境條件的監(jiān)控，管理制度或程序文件的編制與完善，計量標準技術(shù)檔案的建立7個方面進行全面準備，于2005年2月通過上級計量機構(gòu)的考核，取得了實驗室開展檢定工作的資格，可以在公司生產(chǎn)領(lǐng)域內(nèi)開展建標范圍內(nèi)游標卡尺、外徑千分尺和百分表及扭矩扳子等計量器具的檢定工作。

2 計量標準的可行性論證

下面以長度計量標準之一的檢定測微量具標準器組為例，對建立該標準的可行性進行全面的論證和分析。

2.1 構(gòu)成測量標準的主要測量器具及配套設(shè)備

主要測量器具及配套設(shè)備見表1。

表1 主要測量器具及配套設(shè)備

2.2 測量不確定度評定

2.2.1 測量方法

外徑、壁厚、板厚千分尺示值誤差用5等專用量塊檢定，數(shù)顯千分尺用4等專用量塊檢定。千分尺的受檢點應(yīng)均勻分布于測量范圍的5點上，如0～25 mm的千分尺受檢點為5.12、10.24、15.36、21.50、25 mm，測量范圍大于25 mm，其受檢點為A+5.12、A+10.24、A+15.36、A+21.50、A+25 mm。對測量上限大于150 mm的外徑千分尺也可以用5等量塊借助相應(yīng)準確度的專用檢具按0～25 mm千分尺的受檢點檢定測微頭的示值誤差，下面選用4等量塊，對25、100、500 mm點示值誤差檢定的測量不確定度為例進行分析。

2.2.2 數(shù)學(xué)模型

式中：Lc為千分尺的示值（標準條件下）；Lb為量塊的長度（標準條件下）；αc和αb分別為千分尺和量塊的熱膨脹系數(shù)。Δtc和Δtb分別是千分尺和量塊偏離標準溫度20℃的數(shù)值。

2.2.3 方差和傳播系數(shù)

令：δα=αc-αb， δt=Δtc-Δtb。

舍棄高階微分量，取：L≈Lc≈Lb，α≈αc≈αb，Δt≈Δtc≈Δtb，

則：?=Lc-Lb+L×Δt×δα+L×αδt，

式中：c1=??/?Lc=1；c2=??/?Lb=-1；c3=??/?，δα=L×Δt；c4=??/?，δt=L×α。u1、u2、u3和u4分別表示Lc、Lb、δα和δt的不確定度。

2.2.4 測量不確定度一覽表

當(dāng)L=25 mm時，測量的不確定見表2。

表2 測量不確定度一覽表

2.2.5 計算分量標準不確定度

1）測量讀數(shù)給出的不確定度分量u1，測量重復(fù)性估讀的不確定度分量u11。

實驗標準差δn-1=0.48μm。

u11=0.48μm。

千分尺估讀數(shù)誤差給出不確定度分量u12。

對于0.01mm分度值的千分尺，估讀誤差為±0.001mm，該誤差為三角分布，故有

以上2項合成得：

2）檢定用4等量塊的測量不確定度分量u2，對零量塊的不確定度分量u21。

當(dāng)L=25 mm時，

被檢千分尺下限為0，故u21=0.00。

檢定用量塊的不確定度分量u22。

當(dāng)L=25 mm時，

檢定用量塊的不確定度為0.25μm，接近正態(tài)分布，置信概率99%。

以上2項合成得：

當(dāng)L=25 mm時，

3）千分尺和量塊間熱膨脹系數(shù)差給出的不確定度分量u3。

δα的界限為2×10-6℃-1，為均勻分布有

4）千分尺和量塊間的溫度差給出的不確定度分量u4。

千分尺和量塊間有一定的溫差存在，并以等概率落于估計區(qū)間-0.3～+0.3內(nèi)任何處，故有

2.2.6 合成標準不確定度

當(dāng)L=25 mm時：

2.2.7 擴展不確定度

擴展不確定度U等于合成標準不確定度uc和包含因子K的乘積，即

U=K×uc，包含因子選K=2。

當(dāng)L=25 mm時：

U=K×uc=2×0.64=1.3μm。

2.3 測量標準重復(fù)性

選用出廠編號：C480，測量范圍：0～25 mm，分度值0.01 mm的外徑千分尺在21.50 mm點處等精度測量10次，每次測得值見表3。

表3 重復(fù)性測量數(shù)據(jù)

結(jié)論：測量標準的重復(fù)性0.42μm小于合成標準不確定度0.64μm的三分之二，符合要求。

2.4 測量標準穩(wěn)定性

選用出廠編號：C480，測量范圍：0～25 mm的千分尺，在15.36 mm點，每隔一個月以上用該測量標準觀測一次，共觀測4次，各次觀測數(shù)值見表4。

表4 穩(wěn)定性測量數(shù)據(jù)

結(jié)論：測量標準的穩(wěn)定性0.082μm小于測量標準的合成標準不確定度0.64μm，符合要求。

2.5 測量標準不確定度的驗證

該測量標準不確定度的驗證采用校準（檢定）法，選用出廠編號為D642，測量范圍為0～25 mm的外徑千分尺，檢定點為25 mm，經(jīng)本標準對該點檢定后，送上級校準實驗室檢定，數(shù)據(jù)分別如下：

1）y0=25.002mm，為3213校準實驗室對該點檢定值。

2）y=25.001 mm，為本測量標準對該點檢定值。

3）|y0-y|=0.001 mm=1μm。

4）U=1.3μm。

5）|y0-y|＜U。

結(jié)論：測量標準不確定度的驗證符合要求。

2.6 結(jié)論

通過對檢定測微量具標準器組不確定度評定和驗證以及測量標準重復(fù)性、穩(wěn)定性實驗，結(jié)果表明：該標準器組滿足考核要求，可開展千分尺類器具的檢定工作。

3 計量標準在電站的應(yīng)用

3.1 計量器具的檢定

實驗室目前開展的長度檢定項目主要分布在維修領(lǐng)域，從2005年開始運轉(zhuǎn)到現(xiàn)在，隨著機組穩(wěn)定運行及大修的需要，檢定的計量器具數(shù)量在逐漸的增長。長度三大類計量器具在電站的使用量非常大，如設(shè)備、工件或孔洞的內(nèi)外徑測量、同軸度測量。扭矩扳子在現(xiàn)場的使用也非常廣泛，如設(shè)備或閥門解體拆卸或回裝過程中，對螺栓的扭矩值均有要求。隨著運行機組的增加以及大修次數(shù)的疊加，對器具的檢定質(zhì)量、送檢周期均提出了很高的要求。我們建立的計量標準剛好能實現(xiàn)高效、快速、保質(zhì)、經(jīng)濟的檢定，滿足電站生產(chǎn)領(lǐng)域的實際需求。目前所開展自檢的數(shù)量占庫存長度、力矩計量器具總數(shù)的89.77%。

3.2 計量器具的修理

長度類計量器具的特點是低值易耗，檢定是建立在修理的基礎(chǔ)上?？ǔ呒扒Х殖哂捎谄錅y量面在使用過程中均會有刮傷及銹蝕缺陷，為了防止主標準器被損傷，在進行檢定前必須進行修理、研磨。表類量具則容易出現(xiàn)測桿卡澀等故障，必須要將表體全部進行拆卸、清洗及檢測，修理完后還要重新進行檢定。

上述“檢定—不合格—修理—重新檢定—合格”的過程，產(chǎn)生了兩次檢定和一次修理。如果送到社會上的計量檢定機構(gòu)進行檢定，勢必會收取兩次的檢定費和一次修理費，相當(dāng)于平時3倍的檢定費用。自行建立計量標準后，能完美地解決這個問題。不僅有檢定的資質(zhì)，還有能力解決修理的障礙，為電站節(jié)約了大量的檢定及維修費用。

3.3 專用計量器具的精密測試

除了在全公司范圍內(nèi)開展建標項目的檢定/校準及修理工作，還開展了專用計量器具的角度、孔徑等幾何量精密測試工作，以及維修領(lǐng)域部分專用工具的測試工作。如燃料檢查專用工具卡規(guī)的內(nèi)徑測量，對精度有較高的要求。前期沒有找到合適的計量機構(gòu)和方法來進行測試，實驗室的萬能工具顯微鏡通過影像測量，精準地給出測試數(shù)據(jù)，很好地解決了這一難題。

4 結(jié)束語

計量是企業(yè)生產(chǎn)、科研和經(jīng)營管理中不可缺少的重要基礎(chǔ)工作，在提高企業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量中起著重要的保證作用。尤其是隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)的發(fā)展，必須從產(chǎn)品的原材料、元器件檢測，到生產(chǎn)過程控制、工藝工裝定位、半成品及成品檢驗全過程為實現(xiàn)準確可靠的計量檢測數(shù)據(jù)提供保證。正是這些計量檢測數(shù)據(jù)將生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)用定量的關(guān)系有機地聯(lián)結(jié)起來，協(xié)調(diào)動作，從而使生產(chǎn)處于最佳運轉(zhuǎn)狀態(tài)。從某種意義上說計量測試工作是代表企業(yè)效益和質(zhì)量水平的重要標志，是企業(yè)參與市場競爭的首要條件。計量檢測工作是整個企業(yè)素質(zhì)和管理現(xiàn)代化最基本的條件。