量规仪器之校正与管理(共38页).doc
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4、說量測就是一系列的操作,為的是要決定物件某特性的數值。英國科學家卡爾文曾說:當你能量測你所談及的事物,並給予一數字表示之,則你對這事物已有所瞭解了。這話明白的說明了一個事實,那就是若無量測能力,則吾人對一切事物將難以掌握,並作進一步之發展。隨著科技的進步,各種產品的功能與精度均大幅提昇,而每一項產品都須有精確的量測技術與設備,作為其品質保証的重要基礎,因此量測之發展亦可謂科學之發展。2.量測的目的,大致分為:(1)保證品質:以量測所得之結果,作為生產管制的依據,掌握現況,確保產品品質的一致性。(2)降低成本:由量測結果得到一最佳之製造條件,避免不必要的浪費,降低生產成本。(3)確保安全:由製造
5、過程中變數之量測,確認生產中之安全問題(如壓力過高將發生爆炸等),適時做好處理,以保障人員及設備之安全。(二)量測的方法1.直接量測直接量測是指量具量測工件後,立即可得知量測結果的一種量測方式。又可分為:(1)直讀式由量具上之指示刻劃,可直接讀出量測值。例如以游標尺量測長度,用電壓錶量測電壓等。(2)區分式藉由量具的應用來區分產品的特性是否在某特定範圍內,藉此判定工件為合格或不合格。例如利用樣規或感測器為GO-NO GO量規,作為工件判定的依據。(3)比對式利用樣板之比對,可立刻判定工件的等級。例如利用表面粗度比較板作加工面表面粗度的比較等。2.間接量測間接量測是指量具無法直接量測工件,須先以
6、量具配合附件取得量測資料,再經過轉移、計算等方式,得知量測的結果。一般可分為:(1)轉移式利用轉移式量具,先將被測物的待量測值量出,再轉移至直讀式量具得到實際測量值。例如利用內外卡鉗作加工件的量測,再移至刻度尺或卡尺得到實際的測量值。(2)計算式利用量具及附件將被測物之相關數值量測出後,再以公式間接推算出欲量測之功能值。如利用電錶量出電流I、電阻R後,再利用公式V= I R算出電壓值V來。(三)量測的單位每一物理量要用數值表示時,須先選定一種單位(unit),並制定其標準,以作為人與人之間對此物理量溝通之依據。目前在國際間推行的度量衡標準稱為國際標準單位(International Syste
7、m of Unit),縮寫符號為SI,中文簡稱為公制單位,由CGS(公分公克秒)制,MKS(公尺公斤秒)制等逐漸演進而成;是在1960年國際度量衡大會(CGPM)中決定採用並推行的。在這套單位制度中,將物理量的單位分為基本單位、輔助單位、導出單位等三種。而其中基本單位細分成七種,分別是:長度、質量、時間、電流、溫度、物質量、光強度,如表3-1所示。表3-1國際標準單位中之基本單位量基本單位名稱符號長度質量時間電流溫度物質量光強度米、公尺(meter)公斤(kilogram)秒(second)安培(Ampere)克耳文(Kelvin)莫耳(mole)燭光(candela)mkgsAKmolcd而
8、基本單位、輔助單位與導出單位三者間的關係,則如表3-2所示。國際標準單位系統的制定與維持,不僅關係到量測標準使用的一致性和敏感性,更關係各國量測標準間的相互比對與追溯。专心-专注-专业表3-2國際標準單位系統(四)量測精度觀念在生產過程中,為了顧客使用目的而製造出尺寸完全相同的產品,是極不經濟也無必要的,對於製造產品品質的要求,我們只須訂定出一合理且能被顧客接受的品質範圍標準即可,使產品的品質兼顧實際生產的限制與顧客使用的需求,如此才能使產品達到預期效果。但何種的品質標準才是合理且能被顧客所接受呢?在此我們須先對產品精度的有關問題,作一通盤的瞭解,建立正確的量測概念,以便往後進一步的接觸與認知
9、。1.精密度(Precision)精密度是指量測儀器所能夠區分出的微量程度或最小距離,亦即代表量測儀器對同一待測工件,以相同量測過程作重覆量測時,其各量測結果的差異程度。以差異程度愈微小稱為精密度佳,反之稱為精密度差。2.準確度(Accuracy)準確度是指量測儀器的實際量測值(或量測平均值)與待測值之真值(True Value)的接近程度,亦即實際測量值偏離真實值的程度。以偏差愈微小之程度稱為準確度佳,反之稱為準確度差。3.精密度與準確度的關係就量測儀器的選用而言,並非精度愈高愈好,必須視工件尺寸要求的程度而選用不同精度的量具,例如用於素材的下料工作,使用鋼尺量測即可,就不須選用分厘卡,若用
10、於精密的搪孔工作,則必須選用高精度的量測儀器。如果一味選用高精度的量測儀器,而忽略了工件尺寸精密程度的要求,則會增加測量的成本,造成投資的浪費。此外,量測儀器可能有很高的精密度,卻未必具有很好的準確度,因為一般量測儀器均須經過校正後才能確定其準確度。在測量作業時,若使用同一量測儀器對同一工件作多次量測,所得的量測值一般成一常態分配,如同射擊時彈著點在靶上的分佈情形一樣,理想狀況時為一常態分配,如圖3-1所示。量測值應該向真值集中,並且平均值恰好等於真實值,並且有68.26的量測值落入平均值s的範圍內,95.45的量測值落入平均值2s的範圍內,99.73的量測值落入平均值3s範圍內。圖3-1理想
11、狀況量測值分佈-3s-2s -s +s+2s+3s xXx99.73%95.45%68.26%平均值=真值但實際上可能有下列四種情況:樣本數誤差真值平均值(1)既不準確也不精密(2)很精密但不準確樣本數誤差真值平均值樣本數真值平均值誤差(3)很準確但不精密樣本數平均值=真值(4)既精密又準確量測儀器的精密度在量具製造時即已固定,若於正常使用及良好維護保養下,都能保持其精密度。而吾人所謂儀器或機器之精度,是以準確度和精密度之綜合來表示。一台高精度的機器設備或量規儀器是指同時具有好的準確度及精密度。(五)量測誤差1.量測誤差之種類量測時,實際量測值(或量測平均值)與真值之間的差異,稱為誤差。造成誤
12、差的原因很多,按其發生源可分為:儀器誤差、人為誤差、環境誤差和方法誤差。這些因素都會造成量測值的偏離,而降低量測的準確性。若就誤差的性質區分,一般又可分為:系統性誤差、隨機性誤差和重大誤差,其特質如圖3-2所示。(1)系統性誤差系統性誤差係指在相同條件下,重複多次量測同一受測物或量時,保持固定不變的誤差;或在條件改變時,將會按某一明確定律變化的一種量測誤差。依系統性誤差可能發生的原因大致可分為下列三種誤差:儀器誤差、人為誤差、環境誤差。儀器誤差:係指因儀器本身的缺失而引起的誤差。可歸納為:a.製造公差:量具本身在製造時,由於各零件的累積公差所造成的誤差。b.調整誤差:量具因歸零或調整的缺失所造
13、成的誤差。c.功能誤差:量具因磨損或不當使用,功能失常,所造成的誤差。環境誤差:係指量測環境未經妥善控制所造成的誤差,例如溫度、濕度、氣壓、振動、照明、干擾等測量環境變化所造成的誤差。觀察誤差:係指人為的缺失所造成的誤差,如視覺的誤判、個人生理、心理因素、量測經驗或量測訓練不足等。圖3-2 量測系統誤差分析人為疏忽氣流輻射雜訊塵埃儀器環境觀察溫度歸零負載水平磨耗混用干擾振動壓力濕度記憶力讀取視差量具誤用標準件解析度遲滯現象量測誤差重大誤差系統性誤差隨機性誤差以上誤差是可以分析出誤差產生的原因,並經由改正的措施而加以控制誤差的發生,如儀器誤差方面若屬於功能誤差,則實施量具校正鑑定,如不合允收標準
14、,即予淘汰更新;若屬調整誤差,則實施量具歸零調整。人為誤差方面,則調整測量者的測量習慣、精神狀況、量測方法或教育訓練等方面的改進,使測量者的個人所造成的誤差降至最低。環境誤差方面,則調整環境因素於限定的範圍內,諸如溫度、濕度、氣壓、振動、照明、干擾等環境因素,均控制於量測分級條件範圍內,使量測環境所造成的誤差予以排除。(2)隨機性誤差隨機性誤差指在相同條件下,重複多次量測同一受測物或量時,一些不可預期之隨機變化的量測誤差。隨機性誤差又稱為偶然性誤差,凡無法歸類的系統性誤差者皆可稱為隨機性誤差,隨機性誤差不像系統性誤差可以解釋其誤差發生的原因,而經由改進加以控制,如氣流、輻射、雜訊等。(3)重大
15、誤差:超出規定條件不預期的誤差,即明顯歪曲量測結果的誤差。此部份通常是由人為操作疏失引起。2.量測不確定度:(1)定義由前面對誤差的分類,我們得知:隨機誤差有其不可修正的特性。系統誤差雖可加以修正,但修正因子或修正量的本身,亦可能隱含有不確定性。由以上兩點我們引申出:量測誤差必存在於每一量測作業中,而此誤差在評估及修正的過程中所衍生出來的不確定性,若加以量化,即為量測不確定度。而ISO國際標準對量測不確定度給了一個定義:是一個量測真值存在範圍的估計值。因此量測不確定度的表達是以一區間範圍表示之:YU(2)決定步驟通常量測不確定度(Ut)之決定步驟如下:決定系統不確度(Us)a.儀器誤差b.環境
16、因素c.儀器穩定度d.追溯校正之不確定度e.校正人員之觀測誤差決定隨機不確定度(Ur)為統計分析的結果,由重覆量測而計算其平均值(準確度),及標準差(精確度)而得。通常Ur之值取標準差1倍、2倍或3倍,視校正實驗室而定。量測不確定度之決定UtUrUs或Ut=量測報告表示法:YUt二、量規儀器校正(一)何謂量規儀器校正量規儀器校正係指合格的校正人員,在適當的環境下,依據正確的校正作業程序,用更準確的標準件或更精密的測試裝備,來量測並判定待校儀器的精密度或準確度。在可行的情況下,對不合格者,施以調整手續,使其達到合格與準確的狀態。(二)量規儀器校正的目的1.自發性的需求因為量測儀器的誤差,將會隨著
17、時間而增加,因此任何儀器都必須按時加以校正,以確保其隨時能保持在需求的準確度下。2.協力生產的需求現代的企業經營多趨向專業加工、協力生產的方式,即最終產品係由不同工廠或生產線製造其中的一部份,然後再加以組合裝配而成的。因此這些工廠所使用的各種量測儀器,都須根源於一個共同認定的量測標準,而且隨時掌握並修正其量測誤差值,才能確保產品品質的一致性。3.國際交易的需求科技的進步,縮短了世界各國的距離,國際貿易的行為更是頻繁的一日不可或缺,為確保產品品質的一致性,保障買賣雙方,共同認定的品質制度與規範標準之要求應運而生,例如ISO 9000、CE MARK、UL等,均重視量規儀器的管理與使用。4.法規的
18、要求政府為確保公共安全、衛生醫療與公平交易之維繫,所訂定之度量衡法之要求,例如血壓計、電錶(瓦時錶)、水錶、瓦斯錶、計程車計費錶、電子秤與加油機計費錶等。(三)量規儀校的基本認識1.量測標準的種類(1)國際標準:(International Standards)是依據國際量測標準組織協議而達成的標準,它代表測試與製造技術所能達到最精確的單位標準。此項標準保存於國際度量衡標局,並不作為一般測試時比較或校正用。(2)原級標準:(Primary Standards)亦即國家標準,此標準保存於各國國家標準實驗室,其校正係由各國家實驗室自行調校,然後各國之測試結果互相比對,再取平均值作為世界標準。(3)
19、二級標準:(Secondary Standards)此標準係用於工業實驗室之基本參考標準,必須定期送到國家標準實驗室作追溯校正(比對與調整)。(4)工作標準:(Working Standards)工作標準是一般校驗實驗室之基本校正裝備,主要用來調校一般實驗儀具或測試儀具,使其達到執行工作所應有的精準度。2.我國之量測標準現況:參考圖 3-3。圖3-3 我國量測標準現況圖國際標準台証科技公司台灣電檢中心中鋼公司聲寶公司大同公司金屬發展中心商品檢驗局電 信 局中 科 院工 研 院量測中心 國際標準國家標準(工研院)國家標準台電公司 一級標準 - 二級標準各機關各工廠 各學校 工作標準3.校正的方式
20、儀器校正可分為下列兩種:(1)比較校正將準確度高的儀器或標準件與待校件之儀器作比較,並調整其誤差使符合準確度要求之範圍,謂之比較校正,一般之儀器校正多為此類。(2)絕對校正以物理上的定律與特性所發展出來的原級標準,直接進行儀器校正工作,以獲得待校件之誤差值,謂之絕對校正。國家標準實驗室之儀器追溯國外之儀器校正,部份屬於此類。4.校正週期的制定校正是為了避免儀器偏差,而制定校正週期則是為使儀器或標準件能時時保持穩定。因此,校正週期乃係根據使用之目的、程度及準確度需求,以統計方法及經驗判斷所推導出來最具信賴度的一送校間隔時間。影響校正週期制定的因素很多,其中以製造廠商的建議、儀器和標準件使用程度、
21、環境狀況、量測準確度和校正成本等之影響最大。目前校正週期的制定大致可歸納成兩大類:(1)美國NCSL法有下五種方法:由工程上的直覺來制定週期-(對於新購儀器設備,是目前最通用之方法)。此方法是目前最通用的方法,但是此方法需要一位有經驗的校正人員,能對所用之儀器有專精,而且能對本科知識精通,如長度、電量、流量等,他就能夠對這儀器大略給予一校正週期,在此週期儀器仍然保持於公差範圍內。由數據來制定固定校正週期-(適用於同一廠牌,型號或同一種類之儀器)。此方法即是由校正報告上的數據來判斷舊的校正週期是準備延長或縮短,目前有許多不同的統計方法和判斷準則用來處理數據,由此方法和準則來制定固定校正週期。變動
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