测量设备期间核查的方法及判断

PAGEPAGE1测量设备期间核查的方法及判断温州市质量技术监督检测院李国琛一、概述测量设备的期间核查，以前也曾称为运行检查或中间核查。它是实验室日常管理中一项重要的工作，也是申请国家实验室认可和计量认证/审查认可（验收）的检测实验室在准备过程中或在管理体系运行中必须掌握的一项技术要求。如在CNAS-CL01：2006《检测和校准实验室能力认可准则》（idt,ISO/IEC17025:2005）中的5.5.10条规定：“当需要利用期间核查以保持设备校准状态的可信度时，应按照规定的程序进行。”又在5.6.3.3条中规定：“应根据规定的程序和日程对参考标准、基准、传递标准或工作标准以及标准物质（参考物质）进行核查，以保持其校准状态的置信度。”而在《实验室资质认定评审准则》中的5.4.8条规定：“当需要利用期间核查以保持设备校准状态的可信度时，应按照规定的程序进行。”又在5.5.6条中规定：“实验室应根据规定的程序对参考标准和标准物质（参考物质））进行期间核查，以保持其校准状态的置信度。”因此对检/校实验室的测量设备、标准物质实施期间核查是确保实验室信誉和检/校质量的重要手段，也是实验室实施检/校质量监控的重要途径。期间核查应文件化、程序化，期间核查应予以记录并保存。二、问题的提出1、《准则》对如何实施未作明确的规定CNAS-CL01:2006《检测和校准实验室能力认可准则》和《实验室资质认定评审准则》虽然都对期间核查提出了要求，但对如何实施期间核查没有明确的规定，导致一些实验室在实施过程中存在很多模糊的地方，甚至感到无从着手进行。2、“校准状态”和“可信度”的含义首先要明确《准则》中的“校准状态”、“可信度”的含义，期间核查的对象应是测量设备或标准物质，期间核查的目的是“保持设备校准状态的可信度”。这里的“校准状态”就是上级计量部门对测量设备、计量标准或标准物质检/校（定值）时所赋予的参考值（实际值或校准值）；这里的“可信度”就是指参考值的变化应在其最大允许误差或扩展不确定度或准确度等级之内。3、核查方法和判定公式一些实验室在实施期间核查的过程中，所用的核查方法不甚适宜，起不到核查的作用；或者与核查方法相对应的判定公式不十分恰当，甚至造成误判。三、期间核查的定义和意义1、期间核查的定义JJF1001—2011《通用计量术语及定义》中，期间核查——根据规定程序，为了确定计量标准、标准物质或其他测量仪器是否保持其原有状态而进行的操作。因此，期间核查是指实验室根据自身规定的程序和日程对其测量设备、计量标准或标准物质，在两次周期检定（校准）之间的时间间隔内，一次或多次使用适当的技术，校核方法进行检查。以判定仪器设备是否保持着校准或检定时的准确度，以确保检测/校准结果的质量。它不是再检定，只需使用简单实用，具有相当可信度的方法对仪器设备进行核查。或者说，期间核查是指：为保持测量设备校准状态的可信度，而对测量设备的示值在规定的时间间隔内是否保持其规定的最大允许误差或扩展不确定度或准确度等级的一种核查。因此，期间核查实质上是核查测量设备示值的系统误差，即核查系统效应对测量设备示值的影响。2、期间核查的意义在一般情况下，对测量设备进行周期检/校，已经足以满足保证测量结果准确、可靠的要求，但仍存有不足之处：1）、在两次检/校的间隔期间内，不能完全保证测量设备的准确度不变。由于检/校周期主要是按照经验确定的。虽然多数测量设备是能够保证其准确度的，但不可避免地也会发生偶然故障或由于意想不到的因素使测量设备准确度下降，有时这种变化并不明显也不容易被察觉。如果继续使用这样的测量设备进行检测，将使测量结果的质量失去保证。2）、实施检/校，通常是把测量设备从使用单位送到上一级计量检定机构进行检/校，一般返回的测量设备是正常的。但是不可避免地会因为运输过程中的振动、搬运等原因，测量设备返回后计量性能可能发生了变化，引起了失准。使用该设备进行检测就会产生错误的结果。3）、在实际测量过程中，由于测量系统的连接不当、人员操作失误、环境条件失控等原因，使测量结果的误差产生了较大变化。4）、通过经常性的期间核查能及时发现测量设备的变化，无论这种变化是由于随机误差或系统误差的增加所引起的，也无论是突然变化还是逐渐出现的缓慢变化，一旦发现问题可随时采取纠正措施，使测量设备经常保持在规定的要求之内。5）、实施对测量设备的期间核查，不仅可以对测量设备实施有效的控制，而且可以对测量过程实施有效的监控，从而保证测量结果的准确、可靠。四、期间核查的对象对于校准实验室，按CNAS-CL01：2006要求，必须对其计量标准（包括配套设备）和标准物质进行期间核查；对检测实验室，可根据需要对测量设备（包括辅助设备）和标准物质实施期间核查。主要对象包括：1、新购的重要测量设备和标准物质；2、使用年限较长，其计量性能的稳定性和可靠性下降，即稳定性变差，漂移性较大的测量设备；3、使用非常频繁的测量设备；4、经常携带到现场进行检测以及在恶劣环境下使用的测量设备；5、在运行过程中，曾有可疑现象发生的测量设备；6、测量重大、关键项目数据和对测量准确度要求较高的测量设备。五、期间核查的参数和量程的选择期间核查主要是核查测量仪器的系统漂移及考核其短期的稳定性，故可从以下几个方面考虑核查的参数和量程的选择：1、选择使用最频繁的参数和量程；2、从分析历年的检/校证书着手，选择示值变动性最大的参数和量程作为核查的参数和量程；3、对于新购的测量设备，期间核查的参数和量程应选择测量设备的基本参数和基本量程。六、期间核查的方法及其判定1、测量设备的期间核查方法及其判定实验室应针对测量设备的具体情况和要求及各自的特点，从经济性、实用性、可靠性、可行性等方面综合考虑采用相应的期间核查方法。一般可选择使用下列四种方法（但不限于下列方法）：——采用传递测量法进行期间核查；——采用核查标准进行期间核查；——采用比对法，包括参加实验室内和实验室间的比对进行期间核查；——采用核查标准和统计技术（休哈特图）进行期间核查。（1）采用传递测量法进行期间核查即用更高准确度等级的同类测量设备或有证标准物质对测量设备直接测量来进行核查。1）若更高准确度等级的同类测量设备（或计量标准）的最大允许误差是被核查测量设备的最大允许误差的1/3及以下时，则………………(3-1)式中：——测量设备的示值；——更高准确度等级的同类测量设备的示值；——测量设备的最大允许误差。2）当实验室具有被核查设备的标准物质时，该标准物质应能溯源至SI,并是在有效期内的有证标准物质,可用标准物质去核查测量设备的参数,则………………(3-2)式中:——测量设备的示值；——标准物质所赋予之值；——测量设备的最大允许误差。3）………………(3-3)式中:——pH计、电导率仪、分光光度计的示值；——定值标准溶液的示值；——pH计、电导率仪、分光光度计的最大允许误差。（2）采用核查标准进行期间核查1）核查标准——用于确保日常测量工作正确进行的工作标准。它应具备：=1\*GB3①准确度级别要高，最好比测量设备高一级或至少同级，有时实物量具可例外；②有足够的分辨力，能反映测量设备末位数字的变化；③其计量性能相对测量设备是稳定的，重复性能要好，不作其它用途。因此核查标准可以是计量标准、测量设备、也可以是产品或是可被过程测量的其他物品。特别是诸如：砝码、量块、标准电阻等实物量具，或标准电池、标准信号发生器和其他稳定性良好的留存被测样品。2）核查方法及其判定①核查标准的数据是已知的方法及其判定所谓核查标准的数据是已知的，即核查标准是由一个与所要核查的测量设备无关的过程来检/校,且检/校的测量不确定度要小于测量设备示值的测量不确定度。因为要用其检/校的结果来评估测量设备的示值的偏移。a、方法当需要核查时，可由测量设备对核查标准进行测量，得数据(最好是平均值，且≥6)，并与核查标准的已知数据相比较。b、判定公式………………(3-4)式中：——核查时，测量设备测得的示值（平均值）；——核查标准被检/校后的示值；——实验室核查时提供的扩展不确定度，k=2;——检/校实验室提供的核查标准示值的扩展不确定度，k=2。当由上级计量部门提供，并且其U1，则………（3-5）注：也可用测量设备的扩展不确定度，k=2或……（3-6）式中：MPE——测量设备的最大允许误差。②核查标准的数据是未知的方法及其判定a、方法a)当测量设备在送检/校取回后，立即用所选定的核查标准进行核查，获得一次数据为，有时为获得较准确的，应在尽可能理想的环境条件下和测量系统中进行，如排除人员、环境条件等的影响，并采用在重复性条件下测量n(n≥6)次的算术平均值。同时由测量设备的检/校证书查找与相应的示值误差δ，则=之所以在检/校后立即进行附加测量的目的是防止引入测量设备因不稳定而带来的误差；进行次重复测量是为了尽可能减小人员，环境条件，核查标准等其他随机因素的影响。b)至少待到检定周期中间再核查一次，测量条件尽量保持与那一次一致。亦采用算术平均值，测得数据为。b、判定公式（或）…………(3-7)式中：——测量设备再一次测量核查标准的数据平均值；——核查标准的参考值（实际值）；——测量设备开始测量核查标准的数据平均值；——由测量设备的检/校证书中查找出与相对应的示值误差。——测量设备的最大允许误差。——测量设备的扩展不确定度，k=2；也可用上级计量部门给的测量设备示值的扩展不确定度，k=2，不过此时要求稍严格一些。注：有时要求不甚严格，也可用下式判定（或）……………(3-8)③留样再测如果被测样品的性能相当稳定，具备核查标准的要求，也可以用被测样品作为核查标准来用。其方法及其判定与核查标准的数据是未知的一样，这里不再赘述。④用测量设备自带标样核查当有些测量设备自带有标准样块，有的还带有自校准系统，这时可将标准样块作为核查标准。按照制造商提供的方法进行核查和判定。如测厚仪自带的标准厚度片，电子天平自带的标准工作砝码等。判定公式………………(3-9)式中:——测量设备的示值；——自带标样所提供之值；——测量设备的最大允许误差。（3）采用比对法进行期间核查1）实验室内比对法①多台测量设备比对a、方法当实验室没有更高准确度等级的测量设备来采用传递测量法，但却具有多台套同类的具有相同准确度等级的测量设备。如化验室内有多台同型号的高效液相色谱仪、气相色谱仪、原子吸收分光光度计、紫外可见分光光度计等大型设备，就可以采用这一方法。首先用被核查的测量设备对某溶液（或核查标准）进行测量，得到测量值，然后用其它几台设备分别对溶液进行测量，得到测量值分别为、、…、，计算、、…、的平均值，然后可用下式进行判定。b、判定公式……(3-10)式中：——某台需要核查的测量设备的测量值；——同类型测量设备的测量值的平均值；——参加核查的测量设备台数；——各台测量设备测量结果的相同扩展不确定度，k=2。②两台测量设备比对a、方法当实验室只有两台同类型测量设备时，可用两台测量设备分别对被测对象(或核查标准)进行测量，得到测量值分别为、，且其测量不确定度分别为、。若这两台测量设备是溯源到同一计量标准，则它们之间具有一定相关性，但在评定不确定度时可不予考虑。b、判定公式……(3-11)式中：——第一台测量设备的测量值；——第二台测量设备的测量值；——第一台测量设备测量结果的扩展不确定度，k=2；——第二台测量设备测量结果的扩展不确定度，k=2。2）实验室间比对法①比对方为主导（参考）实验室时，则………(3-12)式中：——本实验室的测量结果；——主导实验室的测量结果；——本实验室测量结果的扩展不确定度，k=2；——主导实验室测量结果的扩展不确定度，k=2。②比对方为兄弟单位或同行的实验室，则………(3-13)式中：——本实验室的测量结果；——比对方实验室的测量结果；——本实验室测量结果的扩展不确定度,k=2；——比对方实验室测量结果的扩展不确定度,k=2。（4）采用核查标准和统计技术（休哈特shewhart控制图）进行期间核查，即对测量设备测量过程实施统计控制1）适用对象：①准确度高、价值昂贵的测量设备；②本单位的关键测量设备；③能找到与测量设备所测的量相一致的核查标准，这是采用控制图的前提。2）方法步骤①核查标准的选择a、核查标准是与通过受控测量过程进行测量的被测物相似的某种装置，必须根据受控测量过程中需要控制的量的计量要求来选取，核查标准所体现的量及其量程应与测量过程所测的量相一致；b、核查标准可由上级计量部门检定或校准，这样，获得的结果加上其不确定度就可被用于判定受控的测量过程的偏移是否超出规定的要求；c、核查标准也可由实验室自行赋值；d、对核查标准的其他要求同六、1、（2）、1）。②控制图的概念控制图是对过程质量加以测定、记录并进行极值管理的一种用统计方法设计的图。众所周知，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，并根据观测结果计算得到的统计控制量（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状态。对已经完成的测量过程或测量阶段，可以采用控制图对测量过程进行分析，以评估该测量过程是否稳定或处于受控状态，这种控制图通常称为分析用控制图。而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，以评估测量过程是否处于稳定受控状态，这时的控制图常称为控制用控制图。具体建立控制图时，应首先建立分析用控制图，确定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。控制图的作用，就是监测测量数据是否受控，发现失控原因和修正过程参数。③控制图类型在控制图中，通常选取作为控制对象的统计控制量有平均值、中位值、标准偏差s、和极差等。因此在测量过程控制中常用的控制图有：均值控制图、中位值控制图、极差控制图和标准偏差控制图。其中均值控制图、中位值控制图主要用于判断测量过程中的系统效应的影响；而标准差控制图、极差控制图主要用于判断测量过程中的随机效应的影响。故控制图通常均成对地使用，一般在测量过程控制中常用的控制图有控制图和s控制图，特别常用的是控制图。a、均值控制图此控制图主要用于观察测量结果的平均值的变化情况，它反映的是测量结果的稳定性，如图3-1。若核查标准的值（平均值）是由上级计量部门赋予的，核查标准取回后立即用测量设备对其进行测量得值（平均值），则以……(3-14)作为控制图的中心控制线，以±2s作为上、下控制限，其中s为测量设备测量核查标准的平均值的标准偏差，即…………(3-15)式中：——残余误差，=；n——测量次数。若在控制过程中测量值均落在上、下控制限内，说明所要控制的测量过程一直受控；如果某一次测量的值落在控制限以外，并不一定意味着过程失控，这时，可再对核查标准进行重复测量；如果随后的测量值都落在控制限以内，说明过程仍然受控；如果随后的测量值仍有落在控制限以外的，则说明过程可能失控。此方法虽然过于严格，但易于操作，可行性强。b、极差控制图此控制图主要用于观察测量结果的分散情况，它反映的是测量结果的波动性。同一组测量值中最大值和最小值之差称为极差R，一般当n较少时，如：n=5～9，用极差控制图比较有效和方便。将极差R按时间顺序画在控制图上，就构成极差控制图，简称R图，如图3-2。图中为R的平均值，t为时间。c、标准偏差控制图此控制图主要用于观察测量过程随机误差的分散情况，它反映的也是测量结果的波动性，或叫重复性。一般用于测量次数较多情况，如n≥10时，按贝塞尔公式计算s。若n＜10，亦可按极差R除以极差系数C近似得到，极差系数C，如表3-1所示。将标准偏差s按时间顺序画在控制图上，就构成标准偏差控制图，简称s图，如图3-3。图中为平均值，t为时间。表3-1极差系数Cn23456789C1.131.692.062.332.532.702.852.97d、均值-极差控制图（控制图）在实施控制图控制时，所采用的平均值控制图，一般是指与图或与s图联用的图，即和s控制图，但最常用的还是与R图联用的控制图。此控制图既能观察测量结果的平均值的变化，又能观察测量结果的分散情况。图中为的平均值，t为时间。图中上限用或，下限用或,由此就可形成控制图和s控制图，如图3-4。④均值-极差控制图（控制图）的建立a、预备数据的取得预备数据是用来建立分析用控制图的基本取样数据，目的是用来诊断已有的测量过程测量阶段是否处于统计控制状态。a)在重复性条件下，对选择好的核查标准作n次的独立重复测量，并且测量次数一般取5次。b)在规定的测量条件下，按一定的时间间隔重复上面的测量过程，共测量m组（称为子组）。相邻两个子组的测量应相隔足够的时间，以确保其测量数据相互独立，一般组数m≥20。b、计算统计控制量（过程参数）需计算的统计控制量为：每个子组的平均值，每个子组的极差（标准偏差s），各子组间的平均值和各子组间的平均极差(或合并标准偏差)。确定统计控制量（过程参数）、、s和、、在被控制的测量过程中，预先对选定的核查标准进行重复测量，要求：测量的组数足够地多，测量时间随机选取，以便充分暴露测量过程的各种影响量的变化。由每组的n次观测值可求得、R、s；由各组的再取平均值得到；由各组的取平均值得到；或由各组的的合并求得合并标准偏差，即测量过程的长期的组内标准偏差平均值。当组数为，每组次数为n时，则，,,C、控制限的确定a)控制图的中心线CL=b)控制图的上限值c)控制图的下限值控制限是判断测量过程是否存在异常原因的准则。一般采用与中心线相距3（3倍标准差）。也可采用GB/T4091-2001《常规控制图》标准的规定，如表3-2和表3-3所示表3-2控制图的控制极限统计量基线(中心线)（CL）控制上限（UCL）控制下限（LCL）或或Rs表3-3计算控制基线的系数组内测量次数nA2A3B3B4D3D421.8802.6590.0003.2670.0003.26731.0231.9540.0002.5680.0002.57440.7291.6280.0002.2660.0002.28250.5771.4270.0002.0890.0002.11460.4831.2870.0301.9700.0002.00470.4191.0820.1181.8820.0761.92480.3731.0990.1851.8150.1361.86490.3371.0320.2391.7610.1841.816100.3080.9750.2841.7610.2231.777110.2850.9270.3211.6790.2561.744120.2660.8860.3541.6460.2831.717⑤实例图3-5为以标准维氏硬度块作为核查标准，采用均值-极差控制图（控制图）和极差控制图对测量过程实施监控。图3-5均值-极差（）控制图、极差（）控制图3)实施分析和监测应用核查标准,建立核查数据库.从而形成控制图。该控制图可用于对测量过程的分析和控制两种场合。当预先没有给出测量过程控制参数的标准值或控制限时，控制图可用于测量过程的分析和设计；当预先给出了测量过程控制参数的标准值或控制时限，控制图就可用于对测量过程进行监控；或把已符合要求的分析控制图延长，就成为控制用控制图。并根据监控结果对测量过程采取纠正措施。4)采取纠正措施和预防措施(略)2、标准物质期间核查方法及其判定“标准物质”在我国一些领域也被称为“参考物质”和“标准样品”。标准物质是一种特殊的计量标准，它广泛应用于检/校实验室，在量值溯源性中发挥着重要作用。标准物质按照其溯源性要求分为有证标准物质和一般（内部）标准物质。在我国，有证标准物质按其技术水平又有一级和二级之分，特别是二级标准物质可作为工作标准直接使用。当前，国内实验室在大多数情况下，均使用有证标准物质，常常只在无法获得有证标准物质时才使用一般（内部）标准物质。（1）有证标准物质的检查有证标准物质是标准物质中的一个特殊类别，附有符合一定要求的认定证书。国家对有证标准物质实行行政许可，对有证标准物质制造实行许可证管理。由于有证标准物质，其均匀和稳定性都经过了严密的考查，具有相当的可靠性。只要按照其证书上所规定的条件和方法保存，并在有效期内使用，量值是有保障的。况且对于一般实验室来说，有证标准物质所赋予之值，是很难测量出来的，故无需进行期间核查，但需进行检查。1）对新购的有证标准物质的检查①目视检查检查是否正确购置、是否在有效期内、是否包装完好、外观状况是否良好等。②比对检查在实验室的标准物质将要用完时，注意应留存一些，当新的标准物质购回后，可用新、旧两标准物质来测定同一仪器设备，则其示值应相近。2）对已经开封使用的有证标准物质的检查①文件、记录检查检查实验室是否有相应的标准物质的管理文件及执行情况的记录；是否对不同类型的标准物质严格按照证书的要求保管和使用。②常规检查a、使用时，检查该标准物质是否在有效期内；b、已配制备用的标准物质溶液颜色是否发生变化，是否有沉淀物出现、是否在保质期内；③用测量设备核查核查在用的标准物质和保存的标准物质所提供的数据是否相近。选取一台性能稳定，具有满足标准物质量值分辨力的测量仪器，用来测量上述相同的两标准物质，若测得结果分别为、，则……(3-15)式中:——在用的标准物质测得的测量结果；——保存的标准物质测得的测量结果；——扣除由系统效应所引起的标准不确定度分量后的测量结果的扩展不确定度，k=2。3）超过有效期的的有证标准物质的核查某些有证标准物质，因价格昂贵或很难获得等原因，而实验室又需要继续使用。对于此类标准物质期间核查应严格进行，可参照下面一般（内部）标准物质的期间核查方法。但此类标准物质不能用于监督检验。（2）一般（内部）标准物质的核查所谓一般（内部）标准物质，就是未获国家行政许可，由企业生产的标准物质，或自行制备的标准物质。由于这类标准物质一般无法证明其溯源性，也没有充分的数据证明其均匀性和稳定性。因此不仅应该严格进行验证测定，还应定期进行期间核查，以确保标准物质持续的置信度。对一般（内部）标准物质，可参照有证标准物质的检查外，还应进行量值的确定和期间核查。1）以纯物质为原料制备的标准物质①确定纯物质的纯度可采用测量主成分法（如滴定法、重量法）或杂质扣除法（如色谱归一法）。②期间核查a、对原纯物质核查，要重新测定物质的纯度；b、对已配制的溶液核查，可采用一、二级标准物质核对或用新配溶液对原溶液进行测定。2）基体标准物质①特性量的确定可采用不同原理的方法或由多个实验室共同测定，以得到相对准确的量值。②期间核查可选择该标准物质中量值最易发生变化或含量较低的、有代表性的特性量进行期间核查。核查的方法可利用有证的或新配制的（纯物质）标准测定被核查基体标准物质的特性量。（3）标准样品的期间核查1）对于国家发布的标准样品，可参照有证标准物质进行；2）对于由企业生产的标准样品，可参照一般（内部）标准物质进行；3）对于那些没有量值，只用作感官判定的标准样品，则可通过检查其是否变质、颜色是否发生变化等手段进行期间核查。3、期间核查结果处理及核查频次（1）期间核查结果可以通过计算值来判定其是否符合要求，即…………………(3-16)接受准则：；拒绝准则：>1；临界预防准则：。（2）通过期间核查，发现测量设备的校准状态接近临界，必须查找原因并采取适当的预防措施(包括增加核查频次)；若发现测量设备的校准状态超出预期使用要求时(即>1)，首先应立即停止使用，并查找原因或维修设备，在重新检/校合格后方可再投入使用。其次应立即采取适当方法或措施，对上次核查后所开展的检测工作进行追溯，以尽可能减少和降低设备失准而造成的风险，最大限度地维护实验室和顾客的利益。（3）核查频次：在检定周期内至少要进行一次核查。当然也要视测量设备的具体情况，如期间核查刚开始时，频次可高一些，待取得一定置信度后，可适当降低频次；如测量设备一直较稳定，频次可少；如可信度不高，则增加频次。同时，实验室还应从自身资源、技术能力、测量设备的重要程度。以及追溯成本和可能产生的风险等因素，综合考虑期间核查的频次。七、期间核查中的