推荐厂家
暂无
暂无
论检验检测试验装置数据质量和仿真质量综合评价体系的构建摘要检验检测试验装置多应用于研发、试验过程,也应用于产品研制、质量控制及性能评价等方面。随着检验检测标准对测试装置要求的多样性和复杂性,出现多参数且试验装置涉及多个专业领域,比如几何学、电学、热学等。从装置计量溯源确保数据的准确可靠已经不能满足检验检测机构的需要。除了数据质量,试验装置的仿真质量也至关重要,装置为了能更为真实的反映使用环境的仿真程度,需要搭建一个数据质量和仿真质量综合评价的体系。本文将介绍检验检测装置数据质量和仿真质量综合评价体系的构建。检验检测试验装置的概述检验检测试验装置通常有多个测量系统组成,比如家电检测领域一般都会有家电产品性能检测实验室,该装置较为庞大,设备需要施工搭建。设备整体构造包括封闭实验室、制冷制热系统、控制室等。设备按照测量系统又有温度测量系统(铂电阻温度、热电偶温度、环境工况温湿度)、电参数系统(功率计、直流电源、变频电源、电能表)、压力系统(指针压力表、数字压力表、微压表、压力变送器等)、流量系统(流量计、限位开关、冷却塔、水箱等)、其他系统(欧美表照度、温湿度风速小盒、烟雾报警器等)。正是由于设备装置测量参数的多样性,导致设备在计量溯源,评价设备质量时,不太好把握设备综合技术指标,故装置的质量需要全面的考量,而不能单一只是通过每个设备的单独计量来评价设备整体的性能。比如,装置中压力变送器是连接在系统的,系统控制柜通过采集装置将变送器电信号转换为压力数值,通过电脑读取采集。如果只是单独将变送器送至计量院,可能变送器是符合要求的,但是接在实验室系统中通过采集,是否准确不得而知,一旦采集装置设置错误,可能都会导致数据的偏差。数据质量评价体系的构建数据质量的评价主要是对实验装置的计量溯源,应在系统中对被测系统部件连同采集控制显示端一起进行计量。比如,压力系统,应该让计量人员来到现场,将标准压力与被测压力连接好,通过实验室被测压力真实环境进行计量,被测压力通过线路管理将信号传送至采集端,再将信号经过处理通过电脑读取,计量人员应该读取自身标准压力和实验室电脑被测压力显示数值,完成对实验装置压力系统的仪表整体计量。评价体系的构建还是要以设备计量检定规程和校准规范为依据,综合考虑实验室产品检测要求进行制定确保数据的准确可靠。数据质量的评价首先要考虑评价的依据,选择正确的评价依据是第一步,其次就是测量范围和准确程度(准确度等级或不确定度或最大允许误差),最后就是数据重复性和复现性。这些指标可能是超预期的符合,也可能是基本满足,可也能是较差但是符合标准的要求。故构建评价体系也是有优良中差之分的。仿真质量评价体系的构建仿真质量是一般被实验室忽视的,实验装置测量就是在考察产品各项指标是否满足标准要求。比如,冰箱在性能实验室中需要做16℃和43℃的工况耐久性测试,来模拟冰箱在家庭环境中使用的情况。实验装置仿真真实性就需要评价。有些实验室在设定温度后,一个小时就到达了,很快完成实验室,该装置效率高,有些实验室需要很长时间才能达到设置温度,虽然在做数据计量时,可能并看不出来,但是在做仿真质量评价时就会发现。可能原因就是装置结构或者配置区别,因为实验装置并没有对压缩机配置提出明确要求,这个直接影响实验装置降温的速度。故仿真质量评价也是对设备性能的评价极为重要的。计量人员与检验检测人员协作的必要性数据质量评价一般由规程规范决定,但是仿真质量评价依据一般是检验检测人员根据实验室自身需求进行量身定制,一旦跟计量人员确保他们实验装置仿真的要求,计量人员会按照该标准进行计量,确保符合使用需求。比如模拟冰箱开关门的耐久实验装置,看似只是计量开关门次数的计数装置即可,实际检验检测人员还需要关注装置中开关门用力、开关门触点的位移是否准确、实际实验环境中上万次试验次数是否准确计数以及限位开关是否可以有效归零等。总之,计量人员与检验检测人员需要进行沟通确认,仿真质量评价还是要根据具体使用实验室需求来定制,确保每年计量人员进行计量时都能满足需求,当然需求要求也是动态调整的,实验室一旦对产品要求变严格或宽松都可以随时对评价要求进行调整。但是,一旦标准中对设备装置有明确的要求,还是要优先满足标准的要求。比如,对实验室温度从40℃降到25℃需要在30分钟内完成,那么这个实验装置就要能够仿真这个环境变化,同时设备装置稳定度、均匀性以及示值误差可以满足标准要求。综合系统评价体系构建数据质量评价是静态的,较为独立的,但是仿真质量是较为综合的。比如,产品检测都有防水实验装置,单独计量评价装置中各个部件一般都是满足的,压力表、流量计和一些几何量的装置,但是如果能够综合考虑整个防水试验装置运行是否如实仿真各种防水条件还是未知的。仅是静态测量仪器仪表,而不是动态测量整体仿真模拟接近真实情况的能力,设备装置的评价还是片面的。故综合数据质量和仿真质量进行设备装置评价是必要的。所以,装置的性能应主要从试验测试数据质量和试验环境仿真质量两方面来表征。试验设施的综合评价,不仅应包括试验测试数据质量评价,同时也必须包括试验环境仿真质量评价,试验设施综合评价需要实验室系统性地构建试验装置综合评价理论和技术体系的通用性标准。评价体系未来发展趋势随着数字化、智能化发展,产品更新换代更为频繁,未来为了更好地满足产品多样化的检测,检测设备装置会更为多样化和复杂化,能够模拟更多的测试条件将是趋势,为了满足人员对产品使用的舒适度和耐用性等要求,生产企业就需要对产品进行不同的环境仿真,来充分考量产品的性能和好坏,故检测设备就不仅仅数据质量可以满足产品标准的要求,实际仿真的能力也是关键。检测装置的好坏,未来将不止需要通过计量校准,还要通过仿真能力评价综合装置的性能优劣。通过综合评价体系的构建和形成,检测装置将会优胜略汰,从而提升产品检验检测的质量,进而提升产品的质量,为消费者购置更为优质产品提供有力保障。[b][font=黑体]参考文献[/font][/b]JJF 1094-2002 测量仪器特性评定.JJF 1001-2011 通用计量术语及定义.动态计量技术发展中的几个关键问题 杨军, 张力, 李新良.动态校准、动态测试与动态测量的辨析 梁志国, 张大治, 吕华溢.
[size=16px][color=#ff0000][b][url=https://www.instrument.com.cn/job/position-80679.html]立即投递该职位[/url][/b][/color][/size][b]职位名称:[/b]国高材分析测试测试研究工程师-力学仿真[b]职位描述/要求:[/b]1、岗位职责负责高分子材料产品的测试技术研究及改进相关工作,包含但不限于:(1)负责力学仿真或老化测试设备的拓展研究;(2)负责力学仿真或老化测试方法研究与流程的改进及优化。2、岗位要求(1)本科及以上学历,材料、化学、化工等相关专业,专业功底扎实;(2)具备5年及以上分析表征或者高分子材料研发工作经验,尤其在力学仿真或老化测试方面具有较强的专业积累;(3)高级工程师及以上职称优先;(4)熟悉实验室法律法规、分析测试技术开发的工具及流程;(5)个性积极主动,具备较强的钻研精神;[b]公司介绍:[/b] 清华大学生物微流控与药物分析实验室,致力于发展微纳流体操控的新原理新技术,并将其应用于微纳尺度的输运、组装和生物制造,模拟组织器官的微结构和微环境,结合原位光谱成像分析和质谱联用分析等检测技术,构建生命分析和生物医学研究的新模型,发展微流控生命分析的原理、方法及装置,参与生命科学前沿基础研究,服务于药品质量与安全、新药研发、临床检测等国家重大需求。课题组负责人梁琼麟教授,于2000年、2005...[url=https://www.instrument.com.cn/job/position-80679.html]查看全部[/url][align=center][img=,178,176]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/08/202108160948175602_3528_5026484_3.png!w178x176.jpg[/img][/align][align=center]扫描二维码,关注[b][color=#ff0000]“仪职派”[/color][/b]公众号[/align][align=center][b]即可获取高薪职位[/b][/align]
[size=18px][color=#990000][/color][/size][size=18px][color=#990000]摘要:为了研究总半球发射率测试方法,特别是对间接通电加热式量热法总半球发射率测试进行更深入研究,本文采用SimulationX软件对所建立的测试模型进行了仿真计算,从而获得了样品温度与加热功率之间的量化关系,明确了测试过程中漏热对测量误差的影响程度,从而可有效指导总半球发射率测试装置的设计。[/color][/size][align=center][size=18px]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/size][/align][size=18px] [/size][size=24px][color=#990000]1. 热仿真目的[/color][/size][size=18px] 在总半球发射率测试设备的设计前期开展热仿真计算,拟达到以下几方面的目的:[/size][size=18px] (1)对总半球发射率测试过程中的加热方式和整个测试过程有较直观的认识。[/size][size=18px] (2)获得样品温度与加热功率的量化关系,由此确定真空水冷腔体冷却所需的最大冷却功率,以帮助水冷结构设计的制冷机选型。[/size][size=18px] (3)确定护热温差所引起的漏热对发射率测量精度的影响程度。[/size][size=24px][color=#990000]2. 样品材料[/color][/size][size=18px] 样品材料选择镍基高温合金Inconel 600,这主要是因为Inconel 600是常用且研究比较深入的材料,有比较齐全的热物理性能参数(热导率、比热容、热扩散率和密度)随温度变化数据,这就非常便于热仿真计算中物性参数的准确设置。[/size][size=24px][color=#990000]3. 仿真模型[/color][/size][size=18px] SimulationX是一款分析评价技术系统内各部件相互作用的权威软件,是多学科领域建模、仿真和分析的通用CAE工具,并具有强大标准元件库。对于间接通电加热式稳态量热法总半球发射率测量方法的建模,会涉及到热学、电学和自动化PID控制多个领域,因此采用SimulationX软件进行建模和计算分析。[/size][size=18px] 为了对测试方法进行深入研究,建立了两个仿真模型。一个是理想情况下的样品绝热时(样品热量无损失)的仿真模型,另一个是实际情况下样品有引线热损时的仿真模型,由此来研究两种状态下的加热过程和热损所带来的误差影响。[/size][size=18px] [/size][size=18px][color=#990000][b]3.1. 绝热模型[/b][/color][/size][size=18px] 采用SimulationX软件建立的绝热仿真如图3-1所示。由PID控制的热量加热被测样品,并按照不同设定值使样品达到不同设定温度,被测样品同时与作为黑体的等温量热计进行辐射热交换。在测试过程中,假设被测样品只有热辐射一种传热形式,样品加热引线上无导热热损,样品处于绝热状态。[/size][align=center][color=#990000][img=半球发射率,625,275]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/10/202110202201358306_9908_3384_3.jpg!w625x275.jpg[/img][/color][/align][size=18px][color=#990000][/color][/size][align=center][size=18px][color=#990000]图3-1 绝热条件下SimulationX仿真模型[/color][/size][/align][size=18px] 为了计算出样品达到最高温度1200℃时所需要的最大功率,设置样品表面的总半球发射率为1。对于100mm×100mm×6mm规格的样品尺寸进行计算,结果如图3-2所示。[/size][align=center][color=#990000][img=半球发射率,690,400]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/10/202110202201524222_4058_3384_3.png!w690x400.jpg[/img][/color][/align][size=18px][color=#990000][/color][/size][align=center][size=18px][color=#990000]图3-2 规格100mm×100mm×6mm样品加热温度和功率计算结果[/color][/size][/align][size=18px] 按照图3-2所示的计算结果,可以采用发热率计算公式计算得到不同温度下的总半球发射率变化曲线,如图3-3所示。[/size][align=center][color=#990000][img=半球发射率,690,397]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/10/202110202202015455_5562_3384_3.png!w690x397.jpg[/img][/color][/align][size=18px][color=#990000][/color][/size][align=center][size=18px][color=#990000]图3-3 规格100mm×100mm×6mm样品不同加热温度下的发射率计算结果[/color][/size][/align][size=18px] 从上述计算结果可以看出,发射率仿真结果与理论值无偏差,证明了所建模型是准确的。另外还可以看出,在间隔200℃的不同设定温度点上,随着加热温度的增加,加热功率几乎成倍的增加。如在1000℃时,加热功率3.3kW,如果采用低压大电流电源,低压电压为30V时,直流电压则会至少100A,那么所对应的电极引线会较粗,这势必会带来较大的引线导热热损。为避免加热引线导热热损则需要增加护热加热,将靠近样品处的加热导线温度也要保持与样品温度一直,这势必会给高温样品热辐射带来严重影响,相当于大幅度增加了样品辐射面积,从而给测量带来严重误差。[/size][size=18px] 为避免大的加热功率,减小电极引线的粗细,将模型中样品缩小到50mm×50mm×3mm,测试结果如图3-4和图3-5所示。[/size][align=center][color=#990000][img=半球发射率,690,402]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/10/202110202202136564_9259_3384_3.png!w690x402.jpg[/img][/color][/align][size=18px][color=#990000][/color][/size][align=center][size=18px][color=#990000]图3-4 规格50mm×50mm×3mm样品加热温度和功率计算结果[/color][/size][/align][align=center][color=#990000][img=半球发射率,690,401]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/10/202110202202229346_3131_3384_3.png!w690x401.jpg[/img][/color][/align][size=18px][color=#990000][/color][/size][align=center][size=18px][color=#990000]图3-5 规格50mm×50mm×3mm样品不同加热温度下的发射率计算结果[/color][/size][/align][size=18px] 从图3-4和图3-5所示结果可以看出,样品尺寸缩小后,在最高温度1200℃时的最大加热功率降低到了四分之一,约1.5kW。[/size][size=18px][color=#990000][b]3.2. 护热模型[/b][/color][/size][size=18px] 采用SimulationX软件建立的护热仿真如图3-6所示。在护热模型中,在原有PID控制加热被测样品(规格50mm×50mm×3mm)的基础上,增加一路PID护热加热回路,控制护热回路温度始终跟踪样品温度变化。在理想情况下,护热温度要与样品温度完全相同,如此这两回路之间存在温差,则被测样品就会产生热损。[/size][align=center][color=#990000][img=半球发射率,625,290]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/10/202110202206457581_2325_3384_3.jpg!w625x290.jpg[/img][/color][/align][size=18px][color=#990000][/color][/size][align=center][size=18px][color=#990000]图3-6 护热条件下SimulationX仿真模型[/color][/size][/align][size=18px] 在护热模型计算中,样品发射率设置为1,被测样品温度变化范围还是设置为200℃~1200℃,而护热温度总是比样品温度低1%,由此来计算热损对发射率测量的影响,计算结果如图3-7和图3-8所示。当设置样品发射率为0.5时,发射率测量结果如图3-9所示。[/size][align=center][color=#990000][img=半球发射率,690,403]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/10/202110202202345051_4964_3384_3.png!w690x403.jpg[/img][/color][/align][size=18px][color=#990000][/color][/size][align=center][size=18px][color=#990000]图3-7 发射率为1时护热模型的加热温度和功率计算结果[/color][/size][/align][align=center][color=#990000][img=半球发射率,690,401]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/10/202110202202441606_7412_3384_3.png!w690x401.jpg[/img][/color][/align][size=18px][color=#990000][/color][/size][align=center][size=18px][color=#990000]图3-8 发射率为1时护热模型不同加热温度下的发射率计算结果[/color][/size][/align][align=center][color=#990000][img=半球发射率,690,399]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/10/202110202202520436_5036_3384_3.png!w690x399.jpg[/img][/color][/align][size=18px][color=#990000][/color][/size][align=center][size=18px][color=#990000]图3-9 发射率为0.5时护热模型不同加热温度下的发射率计算结果[/color][/size][/align][size=18px] 从上述测试结果可以看出,护热控制过程中1%温差所造成的漏热,对样品加热功率的大小影响不大,但对发射率测量有影响,这种影响在较低温度段非常明显,并且对较低发射率样品的测量影响也较严重。[/size][size=18px] 从图3-8可以看出,当样品发射率为1时,200℃时的发射率测量结果误差最大,相对误差接近4%,然后随着样品温度的升高,误差急剧减小。由此可见在较低温度范围内,漏热在样品热辐射能量中所占的比重较大,从而造成发射率测量误差较大。随着样品温度的升高,漏热所占比重快速减小,从而发射率测量误差也快速减小。[/size][size=18px] 从图3-9可以看出,当样品发射率为0.5时,同样是200℃时的发射率测量结果误差最大,相对误差放大到了8%左右,同样随着样品温度升高,误差急剧减小。由此可见,对于低发射率的测量,漏热会更严重的影响测量精度。[/size][size=24px][color=#990000]4. 总结[/color][/size][size=18px] 通过SimulationX软件建立了绝热和护热两种总半球发射率测量仿真模型,并在不同温度下来计算得到相应的加热功率和样品温度变化曲线,最终获得加热功率变化规律和发射率测量结果。通过仿真计算,得出以下结论:[/size][size=18px] (1)间接式通电加热稳态量热法测量总半球发射率过程中,为达到1200℃的最高温度,如果采用低压大电流加热方式,则需要较大的加热功率,并需要较粗的加热电极,这势必会给测试模型的准确性带来严重影响,并需要添加额外的护热装置,由此带来整个测试装置的复杂性和制造难度。[/size][size=18px] (2)护热装置要求具有一定的温度跟踪精度以确保测试模型尽量接近绝热状态,温度跟踪精度对较低温度区间的样品发射率测量有较大影响,而且样品发射率越小,这种影响会急剧放大。[/size][size=18px] (3)在存在漏热情况下,测量值会比实际值偏大。在存在增热情况下,测量值会比实际值偏小。[/size][size=18px][/size][align=center]=======================================================================[/align][align=center] [img=半球发射率,690,300]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2021/10/202110202159531381_1955_3384_3.jpg!w690x300.jpg[/img][/align][size=18px][/size][size=18px][/size][size=18px][/size]