化工传热综合实验装置

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.

材料综合物性综合测量系统（PPMS）原理及应用王立锦编北京科技大学材料学院实验测试中心2007年6月材料综合物性综合测量系统（PPMS）原理及应用 美国Quantum Design 公司的产品PPMS(Physics Property Measurement System) 是在低温和强磁场的背景下测量材料的直流磁化强度和交流磁化率、直流电阻、交流输运性质、比热和热传导、扭矩磁化率等综合测量系统。北京科技大学材料学院与美国Quantum Design 公司在北京科技大学材料学院实验中心联合成立了PPMS材料综合物性测量研究实验室，安装了PPMS-9综合物性测量系统、HH-15振动样品磁强计、材料磁电阻效应、霍尔效应及磁致伸缩效应测量仪等仪器，现已全面对学生教学和科研测试开放。一、实验目的 1、了解PPMS-9综合物性测量系统的结构、组成、测量原理及应用范围； 2、熟悉PPMS-9仪器开关机步骤及更换样品、测量附件的方法； 3、熟悉PPMS-9仪器软件控制程序及参数设置方法；二、PPMS仪器测量原理和方法PPMS是Quantum Design 公司在成功推出MPMS1之后，于20 世纪90年代中期推出的又一款产品。一个完整的PPMS 系统也是由一个基系统和各种选件两个部分构成，根据内部集成的超导磁体的大小基系统分为7 特斯拉、9特斯拉、14 特斯拉和16特斯拉系统。但与MPMS 专注于磁测量不同，PPMS 在基系统搭建的温度和磁场平台上，利用各种选件进行磁测量、电输运测量、热学参数测量和热电输运测量。基系统主要包括软件操作系统，温控系统，磁场控制系统，样品操作系统和气体控制系统。下面结合各种选件对PPMS 的测量原理和方法加以说明。1. 交直流磁化率选件　 该选件是研究各种材料在低温下磁行为的主要设备之一，包括探杆、样品杆、伺服电机、电子控制部分、精密电源和软件部分(集成于系统软件) 。可以在同一程序中对一个样品先后进行交流磁化率和直流磁化强度的测量而不需要对样品进行任何调。样品杆处于探杆的中间，样品置于样品杆的一端，样品杆的另一端连接在伺服电机上。探杆之外由内到外依次由校正线圈组(用于消除仪器电子装置自身带来的信号增益和漂移) 、抗磁温度计、样品磁矩探测线圈、AC 驱动线圈(用于提供交流磁场) 以及AC 驱动补偿线圈(用于把交流磁场限制在线圈内部、防止它和外部的测量装置相互作用) 组成。 AC 磁化率测量原理　交流激发信号被输入到交流驱动线圈中，伺服电机驱动样品依次到两个绕向相反的探测线圈的中心，同时，与时间相关的样品信号被收集。把测得的样品在两个探测线圈中心的信号相减以消除驱动线圈和探测线圈间的随机相互作。通过对多次测量的采样和平均，可以减少测量过程中的信号噪音。与一般交流磁化率测量仪器相比，PPMS上AC磁化率测量装置有两个特点值得指明：首先它没有采用传统的单相锁相技术来处理信号，而是采用高速数字信号处理器(DSP)，这样它不仅提高信噪比、加快测量速度，而且还不再需要在实部信号和虚部信号之间进行转换。其次，对于如何消除仪器电子设备自身给测量数据带来的增益或漂移的技术问题，PPMS上AC 磁化率测量装置使用校正线圈。在每次测量之前把校正线圈接入到探测线圈线路中，进行正向和反向的测量，比较探测信号与初始激发信号的差别，进而修正仪器本身电子设备引起的相漂移。同样道理，校正线圈还可以精确的校正实际所加交流磁场强度的幅值，提高B - H 测量精度。正因为如此，PPMS上AC 磁化率测量装置在允许的工作频段内(10Hz～10kHz) 的测量精度可以达到与SQUID 相媲美的程度。DC磁矩测量：采用提拉法，样品速度可达1m/ s。 该选件的技术指标如下：AC 磁化率灵敏度：2 x 10-8emu @10 kHzDC 磁矩测量灵敏度：2.5 x 10-5emuAC 驱动频率：10 Hz～10 kHzAC 驱动磁场幅值：0.002～ 15 OeDC 提拉速度：100 cm/ s样品尺寸：直径7.5 mm2. 比热测量选件　 该选件是结合了绝热法和弛豫法，利用双τ模型精确的计算样品的比热。在测量过程中，系统处于高真空状态，样品的顶部有遮热屏。整个样品平台温度非常相近。这样，严格限制热量通过对流和辐射散失。与实时数据采集系统相结合，从而实现对热流密度和温度、时间的精确监控。该选件配有两个专用温度计和一个加热器件，实现精确控温。这样，通过实验曲线和数学模型相结合，就可以得到样品的比热。另外，软件会假设样品和样品托传热不理想，这样引进两者之间的导热系数，用另外一套模型进行拟合，最后，在二者中选择拟合结果更加合理的一个。 该选件有以下几个优点：方便的将

[align=center][font=宋体][color=black]浅谈实验室综合试验设备采购选择的要点与建议[/color][/font][/align][font=黑体][color=black]摘要[/color][/font][align=left][font=楷体][color=black]随着我国检验检测行业持续高速发展，大部分通用单一类型的测试仪器设备已经不能满足研发、试验、性能评价以及产品质控的要求，实验室购置综合性试验装置设备越来越普遍。本文介绍了综合试验设备的特点、设备采购权衡的十个要素以及采购设备的三点建议，希望可以帮助检验检测实验室选购更适合自身需求的设备，提高实验室工作效率，提升各行各业产品质量把关的准确度，进而更好地向社会和政府部门出具检验检测数据和结论提供有力的帮助。[/color][/font][/align][font=黑体][color=black]关键词[/color][/font][font=楷体][color=black]检验检测机构；综合试验设备；设备采购[/color][/font][b][font=宋体][color=black]1 [/color][/font][font=宋体][color=black]引言[/color][/font][/b]随着我国检验检测行业持续高速发展，大部分通用单一类型的测试仪器设备已经不能满足研发、试验、性能评价以及产品质控的要求，实验室购置综合性试验装置设备越来越普遍。比如在家用电器行业，一套综合性试验设备可以测量电学、热学、力学、几何量等参数，具备电脑控制端，可以一键操作试验，最终控制和记录试验所需的所有测试参数数据。常见的电器产品检测设备有燃气热水器能效测量装置、电冰箱能效性能测量装置、空调器空气焓值法能效测量装置、洗衣机能效测量装置等。能效检测是产品节能环保检测一项重要指标，由于评价能效指标的参量涉及多方面计量领域，采购单一功能仪器设备在试验测试周期和后期数据处理上会花费大量的时间，故综合性测试设备是实验室测试首选。本文将首先介绍综合试验设备主要特点，其次介绍综合试验设备采购需要权衡考虑的十个关键要素，最后结合综合性设备采购的十个关键要素谈及三点建议。[b][color=black]2 [/color][color=black]综合试验设备的特点[/color][/b]综合试验设备是一种集成了多种参数的综合测量系统，通常配有两种或两种以上的测量系统：电参数测量系统、温度测量系统、压力测量系统、几何量测量系统、时间频率计数测量系统等，通过采集功率、温度、压力、尺寸、时间、频次等参数从而计算得到被测产品各项性能指标，进而通过电脑端计算获得产品能效（性能）评价数据。由于涉及多个测量系统，故设备体积较为庞大，大部分不可搬运，属于固定场所的检验检测设备。综合试验设备制造厂家参差不齐，如果综合性设备有相关校准方法或校准规范可以通过计量校准对设备进行验收评价，比如燃气热水器能效测量装置目前国家已经发布了国家计量技术规范——JJF 2052-2023 《燃气热水器能效测量装置校准规范》，设备周期性计量溯源可以有效掌握设备工作运行的状态是否准确可靠。如果没有相关校准方法，设备的计量溯源就较为繁琐，需要分别按照各个参数功能对应的现有规范进行计量溯源。比如防水试验装置，没有国家和行业校准方法，就需要将装置压力表、流量计以及时间计数装置分别溯源至计量机构进行计量校准，确保设备准确可靠。[b][color=black]3 [/color][color=black]综合试验设备采购需要权衡考虑的十个关键要素[/color][/b]考虑到综合试验设备计量专业领域覆盖面广、参数较多、集成度高、体积庞大等特点，实验室在设备采购应着重权衡考虑以下十个方面关键要素。3.1设备购置指标检验检测实验室购置实验室综合试验设备应首先明确自身使用需求，设备技术说明中计量特性是否符合预期要求，尤其是设备的测量参数、测量范围以及准确度等级或最大允许误差或测量不确定度。实验室综合试验设备采购费用一般较为昂贵，涉及的测量参数较多导致技术指标也很多，故在采购选择时应逐一考虑设备的计量特性是否满足使用要求。一般情况下，购置原则为被检产品与其综合试验设备（即检测设备）测量不确定度之比不低于3:1，或者被检产品与其综合试验设备（即检测设备）最大允许误差之比不低于3:1。3.2设备人机交互能力实验室综合试验设备一般都配有显示触摸屏或电脑控制监测端，可以监控和记录设备各个测试参数。简单一些的控制端，为触摸屏显示控制，可以控制设备开关、试验参数记录启停等。较为复杂的，为电脑控制端，除了可以控制设备开关、试验参数记录启停等，还可以记录各个参数试验曲线，并做分析数据处理，行程检验检测报告等。人机交互即设备是否考虑使用者操作的便捷性以及控制端界面友好且观测、记录、监控、导出等功能是否具备。有些设备功能是否更为突出，在智能化、无纸化、数字化、远程控制能力等方面有一定优势。比如冰箱性能试验室，只要被测冰箱摆放好，通电，并将需要测试的温度点、压力点以及供电线路连接至试验室测试工装上，试验人员在电脑控制端进行操作，即可开启试验，同时连续不间断的记录冰箱在试验室内不同位置温度变化曲线、压力变化曲线以及电压电流功率的变化曲线，从而进一步检测冰箱相关性能指标。3.3设备适用性设备适用性是考虑设备投入使用时，是否可以覆盖更多的检验检测项目，投入产出比是否更高。比如，一些综合试验设备测试范围较广，通过电脑端切换开关，以及系统模块更换可以完成检测标准中不同的测试项目或测试方式，适用性更为广，检测项目较多等。比如冰箱冷柜试验室，可以同时满足冰箱和冷柜相关检测标准进行试验，同一台设备可以通过装置切换，进行不同的测试，节约了检测场地占地面积。故实验室在采购设备时，可以考虑是否多花费一些费用，采购可以开展更多检测项目的试验设备。3.4设备可靠稳定性设备可靠稳定性是实验室应综合考虑设备重复性和复现性，由于该指标在采购前一般不太好把握，只能通过同行业口碑去评判，所以后期需要实验室对采购设备进行安装后的调试测试，在验收环节做好设备可靠性和稳定性的测试。后续在设备保修期内，定期做好设备计量溯源，确保符合使用要求且稳定性较好，设备各个系统装置运行良好无经常性故障发生。3.5设备环境适应性设备环境适应性是指设备是否可以满足检验检测标准要求在规定的场所进行使用。必要下，需要设备供应商提供相关保障措施或设施确保放置实验室可以符合标准要求使用。比如，一些综合试验设备需要确保高稳定度的电源供电；一些设备放置实验室需要确保无电磁干扰无振动干扰；一些制冷制热设备需要在空旷处建造冷却塔等。3.6设备售后服务能力设备售后服务能力也是购置设备需要考虑的关键因素。设备如果有耗材品是否可以及时买到同品牌耗材，设备购置后有技术人员及时安排现场培训和讲解，后续使用出现设备故障和报错是否可以及时联系厂家进行解决。3.7设备合法合规性设备是否符合法律法规要求即考虑一些进口设备在一些特殊实验室是否可以使用。比如，一些进口设备在使用时有一些行业有一定的限制，需要前期考虑和调研。比如，一些设备需要排放污染物（气体、液体、固体等），是否考虑后期污染物处理或合法排放等。3.8设备安全性设备安全性即综合设备是否具备基本的安全保障设施，比如接地措施，比如控制柜配备漏电保护装置，一些实验室是否配备烟雾报警装置等。各个系统独立和综合控制时，是否具备上下限等报警功能等。3.9设备的价格合理性设备准确度越高、智能化水平越高，设备购置费用就会越高，实验室应综合考虑各方面因素权衡购置设备，一般都是货比三家，选择其一。实验室也不能完全追求卓越完美，一些检验检测标准要求的不是很高没必要非要采购准确度特别高的设备。在价格方面除了考虑设备自身费用，还要同时关注大型设备建造施工费用，一些辅助设备或耗材的采购，以及设备计量溯源、设备后期折旧、设备维护、设备配件更换等因素。3.10设备的可溯源性检验检测设备按照ISO-IEC-17025：2017要求，需要定期进行计量溯源，计量溯源包括检定、校准和比对等方式。比如，燃气热水器能效测量装置目前行业内设备供应商较多，厂家都是按照JJF 2052-2023 《燃气热水器能效测量装置校准规范》要求研制设备供给检验检测机构，检验检测机构也是按照该规范进行第三方计量校准的，一般情况符合校准规范的要求即符合检验检测标准要求。[b][color=black]4 [/color][color=black]综合试验设备采购的三点建议[/color][/b]4.1权衡利弊，明确使用需求，综合把握各项指标，设备不可“大材小用”检验检测实验室采购综合性设备必须要明确使用需求，在调研和问询设备厂家同时，及时动态调整完善使用需求。使用需求应该是产品标准导出的，一般情况满足上述3.1中提到的3:1关系是最为稳妥合理的。设备采购不可追求过渡采购，符合要求即可，不可“大材小用”。4.2结合十大关键要素，充分准备采购可行性分析报告以上十个要素的综合考虑，就是对设备性价比的综合考量，从设备的技术指标符合度、价格情况、产品质量以及质量保证体系、售后服务等方面进行综合考评，实现对设备厂家的综合评估，进而选择性价比最高的设备进行购置。这里需要注意的是，对综合性设备在操作过程中除了考虑人机互动功能，还要充分考虑设备可操作性，在设备自动化切换、安全风险以及控制台操作都应该是一般实验人员可以通过简单培训进行完成的。比如，一些设备需要人工进行更换冷却水、设备需要两个人在不同位置进行同时操作、设备的接线复杂一般人员都会搞错、设备电脑端兼容性不强等可操作性不好的情况。除了采购设备前需要充分了解相关检验检测标准和使用需求外，购置设备选型也要货比三家，找厂家要到设备相关所有质量和技术材料，这里应包括设备各种高中低配置型号规格清单、设备操作指导书、设备使用说明书、原理图、技术指标表格、最大允许误差和测量范围、设备合格证、生产许可证等。得到较为全面的设备相关信息有助于充分了解该厂家设备是否符合实验室要求；二是作为质量和技术资料后期直接存档到设备档案盒中；三是作为实验室和采购部门对采购方的资质审核材料。对这些信息进行综合分析和汇总，也是实验室撰写可行性分析报告的佐证，根据分析结果和讨论会的论证，最终得出最适合的设备型号进行采购。4.3充分做好设备各阶段验收环节，尤其是第三方计量证书的验证与确认验收环节是设备采购的最终确认符合要求的重要一步，一般有开箱验收、计量确认后验收。设备开箱确认设备以及附件完整无破损，经过确认后进行安装调试，整机进行试运行，基本符合技术要求，可以作为开箱到货调试验收。设备基本确认放置位置以及相关辅助设施完备，包括供电、环境温湿度等，即可安排设备计量，一般都是大型设备需要现场计量，故确保设备配套的设施完备，最好设备供应厂家做好设备配套辅助设施的协同确认，以便计量设备获得符合技术参数的合个计量证书。计量后，获得证书需要实验室对其进行计量验证与确认。对证书中获得的测量范围、稳定性以及最大允许误差等计量特性技术指标数据与设备技术指标，以及实验室测量需求进行对比，确认符合采购的需求，即为设备整体计量后的验收。[b][color=black]5 [/color][color=black]结束语[/color][/b][align=left][font=宋体]实验室采购综合性试验设备应综合考虑各项指标要求，做好可行性报告和货比三家技术分析，权衡利弊选择性价比最好的设备，大型设备综合性较强，故每个参量都需要进行计量溯源，确保符合技术要求。通过综合评价和选择，从而提升实验室产品检验检测的质量，提高实验室工作效率，提升各行各业产品质量把关的准确度，进而更好地向社会和政府部门出具检验检测数据和结论提供有力的帮助。[/font][/align][b][font=黑体]参考文献[/font][/b]JJF 2052-2023[font=宋体]燃气热水器能效测量装置校准规范[/font][s].JJF 2082-2023 [font=宋体]洗衣机能效测量装置校准规范[/font][s].JJF 1094-2002 [font=宋体]测量仪器特性评定[/font][s].JJF 1001-2011 [font=宋体]通用计量术语及定义[/font][s].GJB 5109-2004 [font=宋体]装备计量保障通用要求检测和校准[/font][s].GJB 2739A-2009 [font=宋体]装备计量保证中量值的溯源与传递[/font][s].[/s][/s][/s][/s][/s][s][s][s][s][s][/s][/s][/s][/s][/s][/s]