量值传递与计量检定的基本概念
1.必要性
量的真值仅是个理想概念,一般不可能准确地知道,其原因在于不可能得到没有误差的计量器具,也不可能创造出完全理想的计量条件;也即是说,任何计量结果总是存在随机误差和系统误差;或者说总是存在不确定度。因此,任何计量系统、计量仪表或设备只有知道其测量不确定度时,测量结果才有实用价值。
新制造的计量器具,由于设计、加工、装配和元件质量等种种原因引起的示值误差是否在规定的范围内,必须以适当等级的计量标准来加以检定。检定合格的计量器具在使用一定时间后,由于操作不当、环境影响、维护不良、部件质量变化等等因素的影响,其计量特性会发生变化,因而计量器具在使用一定时间后也必须用相应等级的计量标准进行检定。在用的计量器具经检定才能确定继续使用或应该修理;经修理后的计量器具仍然要求用相应的计量标准进行检定,判断其是否达到了规定的准确度要求。
在进行计量检定时,一般是将高一级(按准确度高低所划分的等级)的计量标准所复现的量值作为实际(标准)值,以此值来校准有关量的其它等级计量标准或工作计量器具,或对之定值。在一个国家的范围内,具有最高准确度的计量标准称为国家计量基准。国家计量基准具有保存、复现和传递计量单位量值等三种功能,是统一全国量值的最高基准。
量值传递就是通过对计量器具的检定或校准,是将国家基准(标准器)所复现的计量单位量值,通过计量标准逐级传递到工作用的计量器具,从而保证被测对象测量所得量值的准确性与一致性。而所谓的计量检定则是指查明和确认计量器具是否符合法定要求的一种程序,通常此程序包括检测、加标记和检定证书。
随着全球经济一体化进程的加速,我国石油和天然气的国际贸易也正在迅速发展,故对计量工作的全球性协调也愈来愈重要。鉴此,油气计量用户的工作标准已经开始要求向普遍一致的国际计量标准溯源(参见图1),尤其是天然气能量计量中涉及的高准确度的气体热量计和分析用标准气混合物(RGM),两者目前国内均尚无符合GB/T18603规定准确度要求的国家基准,必须在今后的科研工作中,逐步建立并完善其相关的量值传递系统(或溯源链)
2.我国的量值传递系统
一个国家的每一个量值传递系统只允许有一个国家基准,我国的国家基准大部分保存在中国计量科学研究院。有些等级较高的计量标准,大多设置在省级计量技术机构和计量部门机构中。较低准确度的计量标准大多设置在市(地)、县级计量技术机构,以及计量准确度要求较高的大、中型企业中。由于人类在广泛的社会和经济活动及生产、科研工作中,随时都在进行大量的、各式各样的计量活动,因而国家计量基准所复现的单位量值,就是通过各级计量标准,逐级传递到工作计量器具,从而形成了如图2所示的全国量值传递系统。
3.量值传递方式
量值传递可以多种方式进行,如采用实物标准逐级传递、发放标准物质、发布标准数据、发播标准信号和计量保证方案(MAP方式)等。但目前我国在物理测量领域使用最多的、最基本的量值传递方式是采用实物标准进行(逐级)传递;而发放标准物质的方式主要应用于化学计量领域。
(1)实物标准逐级传递
这是物理测量领域传统的量值传递方式,即把被检计量器具送到具有高一等级计量标准的计量技术机构进行检定。对于不便运输的计量器具,也可以由具有高准确度等级计量标准的机构,派员携带(移动式)标准到现场检定。这种量值方式虽然在技术、经济等方面不尽合理,但迄今仍是量值传递的主要方式,天然气流量计量仪表也是采用此方式进行检定。
(2)发放标准物资
标准物质是指具有一种或多种足够均匀和很好地确定了的特性,可用以校准测量装置、评价测量方法或给材料赋值的一种材料或物质。目前标准物质可以分为三大类:化学成分标准物质、物理特性或物理化学特性标准物质和工程技术特性标准物质。
图2 全国量值传递系统示意图