CN103999003B - 确定测量装置的校准的校准时间间隔的方法 - Google Patents

Abstract

一种确定用于测量装置的校准时间间隔的方法，其允许校准时间间隔的最优化，该方法包括以下步骤：执行第一和第二校准并且确定第一和第二测量误差(E1,E2)；如果所述测量误差(E1,E2)超过预定误差范围(E_R MPE)，则调整、修理或替换该装置并从头重新开始该方法；如果发生了第一与第二测量误差(E1,E2)之间的显著漂移(D)，则根据该装置的测量误差(E)将超过最大容许误差(MPE)的越过时间(t_S)的概率密度函数(PDF_TS(t_S))，确定第三校准的校准时间；该概率密度函数(PDF_TS(t_S))基于下述内容来确定：第一和第二测量误差(E1,E2)、用于确定仅由于第一校准所固有的校准不确定性导致的测量误差(e_cal1)的概率密度函数(PDF₁(e_cal1))、用于确定仅由于第二校准所固有的校准不确定性导致的测量误差(e_cal2)的概率密度函数(PDF₂(e_cal2))，以及第一和第二校准时间(T1,T2)。

Description

确定测量装置的校准的校准时间间隔的方法

技术领域

本发明涉及一种确定用于测量待测量的量的测量装置的校准的校准时间间隔的方法。

背景技术

测量装置在几乎所有工业分支中使用以用于测量物理量，特别是与进行中的生产过程相关的量。例如，指示由该装置测量的量的值的测量指示通常在过程自动化中使用以用于在测量地点监视、控制和/或调节生产过程。

市场上存在各种测量装置，如例如用于测量容器中的产品的物位的物位测量装置、用于测量产品穿过管道的流动的流量计、温度测量装置或压力测量装置。

为确保这些装置满足为其规定的特定测量性质，特别是规定的测量精度和/或符合特定标准，定期地将其重新校准。

校准是用于建立用于从测量装置的测量指示获得所测量量的测量结果的关系的常用程序。此外，使用校准来检查装置对给定规范的合规性。在两种情况下，测量装置根据给定操作程序执行至少一个测量任务，在此期间通过对应参考或标准提供将通过该装置测量的量的至少一个给定值。典型的操作程序包括在装置的测量范围内对例如该量的最小值和最大值的测量。在操作程序期间，记录由参考或标准提供的量的值和测量装置的对应测量指示。基于此数据，计算对应的测量误差，在多数情况下将测量误差确定为测量指示与由参考或标准提供的、待测量的量的对应值之间的差。

另外，提供依据标准或参考设置的量值与装置的对应测量示数之间的最大容许误差。在依据标准或参考设子的量值与由测量装置所得出的对应测量示数之间的测量误差超过最大容许误差的情况下，将装置视为不合规。因此，需要对测量装置进行调整、修理或替换。通常基于在校准工序期间所获得的数据来执行所需调整。其包括例如对测量指示的偏移、增益和/或跨度的调整。

如果测量误差不超过最大容许误差，则宣告装置的合规性，并且通常不采取进一步动作。

今天，通常周期性地在固定校准时间间隔后对测量装置进行校准，该固定校准时间间隔例如由制造商针对特定类型的装置所建议的间隔。因此，不管在最后的校准期间确定大的测量误差、例如非常接近超过最大容许误差的误差，还是非常小的测量误差，均应用相同校准时间间隔。

在第一种情况下，存在高可能性的是：装置的测量误差在校准时间间隔期间将超过最大容许误差。如果情况确实如此，则装置的测量误差可能在下一次校准之前的时间导致对测量地点的人员、环境以及进行中的生产过程的可能危险。

在第二种情况下，存在高可能性的是：装置在校准时间间隔结束时仍将完全合规。因此，原本可以应用大得多的校准时间间隔而不会增加操作装置所涉及的风险。连续校准之间的较大校准时间间隔在校准成本高且时间密集的应用中尤其有利，例如因为其需要关闭生产地点的整个区段，以便将装置从其测量地点转移到校准地点。

尽管如此，一般实际情况是对装置应用固定标准校准时间间隔，而装置被发现完全合规。

在EP1743226B1中描述一种用于确定现场装置的连续维护服务之间的最优化服务间隔的方法，该方法适应在现场装置的操作地点普遍的条件。根据此方法，基于服务信息来确定连续服务之间的时间间隔，服务信息包括在现场装置的操作地点普遍的应用特有参数、装置特有参数以及来自装置的先前校准的历史数据和校准数据。

因此，在例如遭受极端温度、温度变化、压力和/或压力变化的恶劣环境中操作或者暴露在腐蚀性和/或化学侵蚀性产物中的装置的服务间隔将比在较友好的条件下操作的装置的服务间隔短得多。

遗憾的是，应用相同方法以便最优化校准时间间隔通常不安全。其主要原因在于通常不可能预测最初完全合规的装置将在什么时候或在哪个时间标度产生相关测量误差。

发明内容

本发明的目的是提供一种确定用于测量待测量的量的测量装置的校准的校准时间间隔的方法，其使得用户能够安全地最优化连续校准之间的校准时间间隔。

因此，本发明包括一种确定用于测量待测量的量的测量装置的校准的校准时间间隔的方法，包括以下步骤：

-在第一校准时间执行装置的第一校准，其中，确定装置的第一测量误差，

-在第一测量误差超过包括零的预定误差范围的情况下调整、修理或替换装置并从头重新开始方法，

-在第二校准时间执行装置的第二校准，其中，确定装置的第二测量误差，

-在第二测量误差超过预定最大容许误差的情况下调整、修理或替换装置并从头重新开始方法，

-确定是否发生了第一与第二测量误差之间的显著漂移，以及

-在发生了显著漂移的情况下，确定应执行装置的第三校准的校准时间作为第三时间，该第三时间早于或等于在给定的置信度的情况下、根据该装置的测量误差将超过最大容许误差的越过时间的概率密度函数、该装置的测量误差将超过预定最大容许误差的时间，

--该概率密度函数基于如下内容确定：第一和第二测量误差，用于确定第一校准中仅由于第一校准固有的校准不确定性导致的测量误差的概率密度函数，用于确定第二校准中仅由于第二校准固有的校准不确定性导致的测量误差的概率密度函数，以及第一和第二校准时间。

根据优选实施例，

-把所述预定误差范围设定为对应于依据第一校准工序能够执行校准的能力要求给定的第一校准工序的不确定性的上限，或者

-预定误差范围具有依据第一校准所固有的不确定性的负值给定的下限和依据第一校准所固有的不确定性的正值给定的上限，或者

-误差范围具有等于最大容许误差的上限的给定百分比的上限和等于最大容许误差的下限的给定百分比的下限，

--其中，最大容许误差的上限的百分比大于或等于第一校准的不确定性的正值，并且小于最大容许误差的上限，并且

--其中，最大容许误差的下限的百分比小于或等于第一校准的不确定性的负值，并且大于最大容许误差的下限。

本发明还包括第一细化，其中，产生随机测量误差的统计代表数对，每个数对包括：

-第一随机测量误差，其等于下述二者之和：第一测量误差，以及根据用于确定校准期间仅由于第一校准工序固有的不确定性导致的测量误差的概率密度函数所给定的概率分布产生的随机增量，以及

-第二随机测量误差，其等于下述二者之和：第二测量误差，以及根据用于确定校准期间仅由于第二校准工序固有的不确定性导致的测量误差的概率密度函数所给定的概率分布产生的随机增量。

第一细化的进一步细化还包括以下步骤：

-对每个数对，确定在第一时间经过第一随机测量误差并且在第二时间经过第二随机测量误差的直线的斜率，

-基于所有所确定的斜率和其发生频率，导出斜率的概率密度函数，

-在以下情况下，以给定的显著度，确定发生了第一与第二测量误差之间的显著漂移：

--所有所确定的斜率的平均值大于零，并且斜率的概率函数在所有负斜率上的积分小于该显著度，以及

--所有所确定的斜率的平均值小于零，并且斜率的概率函数在所有正斜率上的积分小于该显著度。

第一细化的进一步细化还包括以下步骤：

-对每个随机测量误差的数对，确定在第一时间经过第一随机测量误差并且在第二时间经过第二随机测量误差的直线将超过最大容许误差的越过时间，并且

-确定装置的测量误差将超过最大容许误差的越过时间的概率密度函数，作为这些越过时间的频率分布。

进一步细化包括根据本发明的一种方法，其中，在未确定显著漂移的情况下，应执行第三校准的校准时间小于或等于第二时间与预定最大容许校准时间间隔的和。

本发明还包括基于非线性模型来确定用于测量待测量的量的装置的校准的校准时间间隔的第二方法，该非线性模型包括用于该装置的测量误差的时间依赖性的给定数量的系数，该第二方法包括以下步骤：

-在连续校准时间执行对装置的大于或等于系数的数量的一定数量的校准，

--在每个校准期间，确定装置的测量误差，

-在第一测量误差超过包括零的预定误差范围的情况下，以及在测量误差中的任何一个超过预定最大容许误差的情况下，调整、修理或替换该装置并从头重新开始方法，

-确定应执行装置的下一次校准的校准时间作为下一次时间，该下一次时间早于或等于在给定的置信度(γ)的情况下、根据装置的测量误差将超过最大容许误差的越过时间的概率密度函数、该装置的测量误差将超过预定最大容许误差的时间，

--该概率函数基于如下内容确定：测量误差，执行校准的时间，以及用于确定每个校准期间的仅由于相应校准固有的校准不确定性导致的测量误差的概率密度函数。

第二方法的细化包括一种方法，其中，

-产生随机测量误差的统计代表数的k元组，其中，

--每一测量误差等于下述二者之和：在对应校准期间确定的测量误差，以及根据用于确定相应校准期间的仅由于相应校准工序固有的不确定性导致的测量误差的概率密度函数所给定的概率分布产生的随机增量，以及

-对每一k元组，通过将k元组的随机测量误差拟合到非线性模型来确定系数的向量，

-对系数的每一向量，确定由基于系数的此向量的模型描述并且在对应校准时间经过k元组的随机测量误差的测量误差超过最大容许误差的越过时间，以及

-确定装置的测量误差将超过最大容许误差的越过时间的概率密度函数，作为越过时间的频率分布。

附图说明

使用附图中的图来更详细地解释本发明和其它优点，在附图中示出一个示范性实施例。

图1示出：在两个连续校准中确定的测量装置的测量误差和装置的测量误差将超过最大容许误差的时间的概率密度函数。

具体实施方式

根据本发明的方法涉及用于测量待测量的量的测量装置的校准的校准时间间隔的确定。该装置可以是需要重复校准的任何测量装置，例如用于测量压力的压力测量装置、用于测量容器中的产品的物位的物位测量装置或测量产品穿过管道的体积流量的质量的流量计。

首先，于第一时间T1在校准地点执行装置的第一校准。在此第一校准期间，使用第一校准所固有的第一不确定性+/-U_E1来确定装置的第一测量误差E1。贯穿本申请使用术语“测量误差的不确定性”来命名仅由于相应校准过程导致的测量误差的判定的不确定性。

显然，被应用以执行校准的校准工序必须能够执行校准。此能力要求例如在2009年出版的ISO/CEIDISguide98-4，Uncertaintyofmeasurement–Part4：roleofmeasurementuncertaintyinconformityassessment中描述。在校准背景下，这要求校准的不确定性U比给定最大容许误差MPE小。

最大容许误差MPE限定对于装置将允许的最大测量误差。其给定为最大容许误差范围[+MPE；-MPE]，具有等于最大允许正测量误差E的正上限+MPE和等于最大允许负测量误差E的负下限-MPE。

由于频繁使用校准以确保测量装置符合对其规定的特定测量精度，因此相当经常地基于针对装置规定的测量精度而确定最大容许误差MPE。在装置的测量误差E超过最大容许误差MPE的情况下，装置被视为不合规。因此，需要对测量装置进行调整、修理或替换。通常能够基于在校准工序期间所获得的数据而执行调整。其可以包括例如对测量指示的偏移、增益和/或跨度的调整。

在校准中确定的测量误差E的校准不确定性U的确定在所属领域中是已知的。其描述于例如下列各文本：ISO/CEIGuide98-3，‘Uncertaintyofmeasurement–Part3：Guidetotheexpressionofuncertaintyinmeasurement(GUM:1995)，2008；JCGM100以及ISO/CEIGuide98-3/S1，‘Uncertaintyofmeasurement–Part3：Guidetotheexpressionofuncertaintyinmeasurement(GUM:1995)–PropagationofdistributionsusingaMonteCarloMethod，2008；JCGM101。对于根据ISO/CEI17025‘Generalrequirementsforthecompetenceoftestingandcalibrationlaboratories’的认可校准，不确定性确定是强制性的。

只要最大容许误差MPE是所应用校准的不确定性U的大小的至少若干倍，例如三倍，优选五倍或五倍以上，则通常认为满足能力要求。因此，能力要求提供校准的不确定性U的上限U_max。

通过确定装置的第一测量误差E1，在第一测量误差E1超过包括零在内的预定误差范围E_R的情况下，对装置进行调整和/或修理，并且从头重新开始根据本发明的方法。可以基于在校准工序期间所获得的数据而执行调整。其可以包括对例如装置的测量指示的偏移、增益和/或跨度的调整。

优选根据上述的能力要求来限定误差范围E_R。在此情况下，将误差范围E_R设定为对应于校准的不确定性U的上限U_max，根据能力要求，第一校准的不确定性U必须不超过该上限U_max，以使校准工序能够执行校准。

替代地，误差范围E_R可以基于第一校准的不确定性+/-U_E1。这可通过例如将误差范围E_R的下限设定为等于不确定性的负值-U_E1并且对应地将误差范围E_R的上限设定为等于不确定性的正值+U_E1来完成。

E_R:＝[-U_E1；+U_E1]

在最大容许误差MPE大得多、例如大十倍或十倍以上的情况下，则可以将不确定性+/-U_E1、误差范围E_R的上限和下限设定为等于不确定性+/-U_E1的正值和负值的小倍数。

替代地，可以将误差范围E_R的上限和下限设定为等于最大容许误差MPE的上限和下限+MPE、-MPE的给定百分比X％：

E_R:＝[X％(+MPE)；X％(-MPE)]

在此情况下，最大容许误差MPE的上限+MPE的百分比X％必须大于或等于不确定性+U_E1的正值并且小于上限+MPE，并且最大容许误差MPE的下限-MPE的百分比X％必须小于或等于不确定性-U_E1的负值并且大于最大容许误差MPE的下限-MPE。

在第一测量误差E1不超过误差范围E_R的情况下，将装置重新操作达第一校准时间间隔t₀的持续时间。

在该第一校准时间间隔t₀结束时，于第二时间T2在校准地点执行装置的第二校准。校准时间间隔t₀优选是由装置的制造商建议的标准校准时间间隔。以与第一校准相同的方式执行第二校准，并且使用第二校准固有的第二不确定性+/-U_E2来确定装置的第二测量误差E2。

根据预先限定的操作工序执行两个校准，在此期间该装置测量待测量的量的至少一个给定值Q，并且示出对应的测量示数。在校准地点依据对应参考或标准来设置待测量的量的给定值Q。基于给定值Q和对应测量示数，确定装置的测量误差E1、E2，通常确定装置示出的测量示数和对应给定值Q之间的差。

为使第一与第二校准的校准结果可比较，第一和第二校准两者中所使用的操作工序均预知大致相同的待测量给定值Q的测量。除此之外，两个操作工序没有必要必须相同。例如，可以在两个操作工序中执行给定值Q的测量的不同数量的重复。应用不同操作程序在大多数情况下将导致第一和第二校准所分别固有的第一和第二测量误差E1、E2的不同不确定性+/-U_E1、+/-U_E2。

第一测量误差E1和第二测量误差E2所固有的不确定性+/-U_E1、+/-U_E2是由于相应校准过程本身导致的不确定性。它们各自包括：量的给定值Q被设置的不确定性；由于所应用操作工序导致的不确定性，例如由于给定量Q的测量的重复次数导致的不确定性；以及由于如例如环境温度等可变参数导致的不确定性，其与影响装置在相应校准期间的测量指示的校准过程有关。

相应不确定性+/-U_E1,+/-U_E2的确定优选基于概率密度函数PDF₁(e_cal1)、PDF₂(e_cal2)，其用于确定相应校准工序期间仅由于校准工序本身固有的校准不确定性导致的测量误差e_cal1、e_cal2。这种类型的概率密度函数的确定也在前面提及的标准中描述。

图1示出描绘作为时间t的函数的测量误差E的图表。在这个图表中，第一和第二测量误差E1、E2在它们被确定的时间T1、T2处由十字标示。另外，第一和第二测量误差E1、E2所固有的不确定性+/-U_E1、+/-U_E2在图1中由对应误差线指示。

将第二测量误差E2与给定最大容许误差MPE比较。

在第二测量误差E2超过最大容许误差MPE的情况下，对装置进行调整、修理或替换，并且从第一校准的执行开始，从头重新开始根据本发明的方法。

假设第一测量误差E1不超过误差范围E_R，并且第二测量误差E2不超过最大容许误差MPE，则接着确定第一测量误差E1与第二测量误差E2之间是否存在显著漂移D。在最简单的情况下，可以将漂移D计算为经过了测量误差E1、E2两者的、表示作为时间t的函数的测量误差E的直线的斜率，这由第一和第二测量误差E1、E2之间的差同第二时间T2与第一时间T1之间的时间差相比来给定。此处，在斜率超过预定阈值的情况下，例如超过3％的阈值，则漂移D被视为是显著的。

然而，如果在考虑相应校准所固有的校准不确定性，而在数值上确定漂移D，则将获得更准确的结果。

这可以通过产生第一和第二随机测量误差的统计代表性数对(E1’,E2’)来完成。随机测量误差E1’、E2’的每个等于相应的所确定测量误差E1、E2加上考虑了相应校准工序的测量不确定性的随机增量e₁’、e₂’。根据由相应概率密度函数PDF₁(e_cal1)、PDF₂(e_cal2)给定的概率分布来产生随机增量e₁’、e₂’。

对于每个数对(E1’,E2’)，将表示作为时间t的函数的测量误差E’(t)的、在第一时间T1经过第一随机测量误差E1’并且在第二时间T2经过第二随机测量误差E2’的直线的斜率m确定为：

$m=\frac{{E2}^{\′}-{E1}^{\′}}{T2-T1}$

基于所有被数值确定的斜率m及其发生频率，导出斜率m的概率密度函数PDF_M(m)，接着使用该概率密度函数PDF_M(m)来确定是否发生了显著漂移D。

在第一步骤中，确定漂移D为正、为负还是未发生漂移D。如果所有所确定斜率m的平均值大于零，则漂移D被视为正。如果所有所确定斜率的平均值小于零，则其被视为负。在平均值等于零的情况下，确定未发生漂移D。

只要斜率m的概率函数PDF_M(m)在所有负斜率-∞<m<0上的积分P_S ⁺不超过给定的显著度α，则将正漂移D视为显著的，如由以下给出的关系描述：

$P_S^{+}=\underset{-\&infin;}{\overset{0}{\&Integral;}}{\mathrm{PDF}}_M\left(m\right)\mathrm{dm}\&le;\mathrm{\&alpha;}$

相应地，只要斜率m的概率函数PDF_M(m)在所有正斜率0<m<+∞上的积分P_S ^-不超过给定的显著度α，则将负漂移D视为显著的，如由以下给出的关系描述：

$P_S^{-}=\underset{0}{\overset{+\&infin;}{\&Integral;}}{\mathrm{PDF}}_M\left(m\right)\mathrm{dm}\&le;\mathrm{\&alpha;}$

通过完全考虑确定第一和第二测量误差E1、E2时所涉及的校准不确定性，此方法具有提供漂移D的统计显著性的优点。

在确定了显著的正或负漂移D的情况下，由于在斜率m的概率函数PDF_M(m)上的相应积分P_S ⁺、P_S ^-超过给定的显著度α，例如5％的显著度，则假设当装置在第二校准之后被重新操作时，测量装置的导致了校准时间间隔t₀内的漂移D的基本问题将致使装置的测量误差E以与第一校准时间间隔t₀期间相同的速率和相同的方向进一步增加。

因此，基于第一和第二测量误差E1、E2、其不确定性U_E1、U_E2以及第二与第一时间之间的时间差T2-T1＝t₀，可以确定装置的测量误差E将超过预先限定的最大容许误差MPE的越过时间t_S的概率密度函数PDF_TS(t_S)。

优选通过以与上述相同的方式重复产生随机测量误差的统计代表数对(E1’,E2’)来在数值上确定概率密度函数PDF_TS(t_S)。

对于每个数对(E1’,E2’)，确定表示作为时间t的函数的测量误差E的、在第一时间T1经过第一随机测量误差E1’并且在第二时间T2经过第二随机测量误差E2’的直线E’(t)将超过最大容许误差MPE的越过时间t_S。在第一随机测量误差E1’小于第二随机测量误差E2’的情况下，这将是直线E’(t)越过最大容许误差范围[-MPE；+MPE]的上限+MPE的时间。在第一随机测量误差E1’大于第二随机测量误差E2’的情况下，这将是直线E’(t)越过最大容许误差范围[-MPE；+MPE]的下限-MPE的时间。

基于此，就确定概率密度函数PDF_TS(t_S)作为越过时间(corrosingtime)t_S的频率分布。

因此，可根据该装置的所有者的需要来设定置信度γ，并且利用该给定的置信度γ，可以通过求解T_S(γ)的以下方程式，依据概率密度函数PDF_TS(t_S)来预测装置的测量误差E将超过最大容许误差MPE的时间T_S(γ)：

$\underset{-\&infin;}{\overset{T_S\left(\mathrm{\&gamma;}\right)}{\&Integral;}}{\mathrm{PDF}}_{\mathrm{TS}}\left(t_S\right){\mathrm{dt}}_S=\mathrm{\&gamma;}$

该给定的置信度γ不是必须与用于确定是否发生了显著漂移D的显著度α相同。

在确定了显著漂移D的情况下，将在第三校准时间T3执行装置的下一(第三)校准，该第三时间早于或等于在该给定的置信度γ的情况下该装置的测量误差E将超过最大容许误差MPE的时间T_S(γ)。

如果显著漂移D较小，则依据第三校准时间T3与第二校准时间T2之间的差设置而得到的下一校准时间间隔t’将较长，并且如果显著漂移D较大，则下一校准时间间隔t’较短。

取决于漂移D的大小，所得到的校准时间间隔t’，较之前一校准时间间隔t₀或由装置的制造商所建议的标准校准时间，因此可以显著地更长或更短。

在未确定显著漂移D并且第一测量误差E1不超过误差极限E_R的情况下，将在短于或等于预定最大校准时间间隔t_max的校准时间间隔t’之后执行下一校准。

t’≤t_max

因此，在此情况下，应再次校准装置的(第三)校准时间T3小于或等于第二校准时间T2与最大校准时间间隔t_max的和：

T3≤T2+t_max

如上所述，该方法提供在第二校准后装置已重新操作之后应再次校准装置的第三校准时间T3的上限。

为最优化校准所涉及的时间和成本，优选在得到的第二与第三校准之间的校准时间间隔t’足够长的所有情况下应用这个上限，以使得值得将装置重新操作。对于较短的所得到的校准时间间隔t’，更高效的做法是在第二校准之后立即调整、修理或替换装置，而不是在短校准时间间隔t’内将其重新安装在其测量地点。

由于统计发现大多数装置在校准期间处于完全合规，使用这个方法将允许增加这些装置的校准时间间隔t’。另一方面，该方法关于最大容许误差MPE和其历史发展将应用于较不合规的装置的校准时间间隔t’减小到相对于装置的目前测量精度的适当程度。因此，该方法有助于增加操作这些测量装置的安全性。

显然，可以在装置的整个寿命期间继续该方法，直到装置需要调整、修理或替换为止。到那时，可以如上所述在每一校准之后，基于两个先前校准的测量误差E_n-1(在于时间T_n-1处执行的最后执行的校准期间确定)和E_n-2(在于时间T_n-2处执行的在最后校准之前执行的校准期间确定)以及其所固有的不确定性，来确定下一校准时间T_n。仅在必须执行调整、修理或替换之后，该方法才需要以使用经调整或经修理的装置或替换先前装置的装置的第一不确定性U_E1来确定第一测量误差E1而从头重新开始。

在上述方法中，应用线性模型以基于仅在两个先前执行的校准期间确定的测量误差E1、E2而推算新的校准时间T3。这个线性模型对于用于工业用途的具有稳定长期测量性质的鲁棒型测量装置是理想的。这些装置的测量误差E通常在较长时间标度上相当恒定。其随着时间的发展因此很好地由线性模型表示。这些装置通常具有长寿命，例如在十年到三十年之间，并且在相当长的校准时间间隔之后被重新校准，例如一年一次。例如，此类装置是流量计，例如用于工业用途的磁感应式流量计、科里奥利流量计或旋涡流量计。

另一方面，市场上存在例如由于组件老化或耗损而展现快速改变的测量误差E的测量装置，如例如pH探针。这些装置通常具有较短寿命并且需要较频繁的重新校准。因此，其测量误差E随着时间的发展更好地由非线性模型表示。在大多数情况下，展现这种非线性漂移的测量误差E的时间依赖性是已知的。如果其是未知的，则其可以容易地通过随着时间监视相应类型的装置中的至少一个的测量误差E来确定。基于此，可以确定最适合描述此类型的装置的测量误差E的非线性漂移的非线性模型的类型。模型可以是例如具有给定阶的多项式或指数函数。根据该模型，测量误差E被表达为时间t和给定数量p个未知系数(a₁,...,a_p)的向量的函数。

E(t)＝f(t；a₁,...,a_p)

因此，根据本发明的方法在此情况下可以基于最适合描述这些测量装置的测量误差E(t)的时间依赖性的已知的或所确定的非线性模型。

与前述线性方法相似，在连续校准时间T₁,...,T_k执行大于或等于系数的数量p的数量k个校准，并且记录在这些校准中确定的测量误差E₁,...,E_k和对应校准时间T₁,...,T_k。此外，要求所有k个测量误差E₁,...,E_k不超过最大容许误差MPE并且要求第一测量误差E1不超过包括零在内的上述预定误差范围E_R。在第一测量误差E1超过误差范围E_R，或测量误差E₁,...,E_k中的任何一个超过最大容许误差MPE的情况下，需要对装置进行调整、修理或替换，并且需要从头重新开始方法。

非线性模型的应用已经暗示测量误差随着时间的显著漂移。因此这里既不必确定漂移也不必确定其显著度。

与前述方法相似，随机产生测量误差的统计代表性数的k元组(E₁’,...,E_k’)。此外，将每一测量误差E₁’,...,E_k’被生成为在相应校准期间确定的测量误差E₁,...,E_k与考虑了相应校准工序的不确定性的增量e₁’,...,e_k’的和。如前文，根据用于获得仅由于相应校准工序的不确定性导致的测量误差e_cal1,...,e_calk的概率密度函数PDF₁(e_cal1),...,PDF_p(e_calk)所给定的概率分布随机产生增量e₁’,...,e_k’。

通过将每个随机产生的测量误差的k元组(E₁’,...,E_k’)拟合到非线性模型，对每一k元组确定系数(a₁’,...,a_p’)的向量。

基于对每一k元组确定的系数的向量(a₁’,...,a_p’)，对每一k元组确定越过时间t_S，在该越过时间t_S，符合基于通过拟合获得的系数(a₁’,...,a_p’)的给定模型E(t)＝f(t；a₁,...,a_p)并在相应校准时间T₁,...,T_k经过随机测量误差E₁’,...,E_k’的测量误差E’(t)超过最大容许误差MPE。

此外，基于所确定越过时间t_S的频率分布而导出装置的测量误差E将超过最大容许误差MPE的越过时间t_S的概率密度函数PDF_TS(t_S)。

如在前一实施例中，根据该装置的所有者的需要来设定置信度γ，并且在该给定的置信度γ的情况下，可以通过对T_S(γ)求解以下方程式，依据概率密度函数PDF_TS(t_S)来预测该装置的测量误差E将超过最大容许误差MPE的时间T_S(γ)：

$\underset{-\&infin;}{\overset{T_S\left(\mathrm{\&gamma;}\right)}{\&Integral;}}{\mathrm{PDF}}_{\mathrm{TS}}\left(t_S\right){\mathrm{dt}}_S=\mathrm{\&gamma;}$

因此，将在早于或等于在该给定的置信度γ的情况下该装置的测量误差E将超过最大容许误差MPE的时间T_S(γ)的校准时间T_k+1执行装置的下一校准。

Claims (8)

1.一种确定测量装置的校准的校准时间间隔的方法，所述测量装置用于测量待测的量，所述方法包括以下步骤：

-在第一校准时间(T1)执行所述装置的第一校准，其中，确定所述装置的第一测量误差(E1)，

-在所述第一测量误差(E1)超过包括零的预定误差范围(E_R)的情况下，调整、修理或替换所述装置，并从头重新开始所述方法，

-在第二校准时间(T2)执行所述装置的第二校准，其中，确定所述装置的第二测量误差(E2)，

-在所述第二测量误差(E2)超过预定最大容许误差(MPE)的情况下，调整、修理或替换所述装置，并从头重新开始所述方法，

-确定是否发生了所述第一测量误差(E1)与所述第二测量误差(E2)之间的显著漂移(D)，并且

-在发生了显著漂移(D)的情况下，确定应执行所述装置的第三校准的校准时间作为第三时间(T3)，所述第三时间(T3)早于或等于在给定的置信度(γ)的情况下、根据所述装置的测量误差(E)将超过所述最大容许误差(MPE)的越过时间(t_S)的概率密度函数(PDF_TS(t_S))、所述装置的测量误差(E)将超过所述预定最大容许误差(MPE)的时间(T_S(γ))，

--所述概率密度函数(PDF_TS(t_S))基于下述内容确定：所述第一测量误差(E1)和所述第二测量误差(E2)、用于确定所述第一校准中仅由于所述第一校准所固有的校准不确定性而导致的测量误差(e_cal1)的概率密度函数(PDF₁(e_cal1))、用于确定所述第二校准中仅由于所述第二校准所固有的校准不确定性而导致的测量误差(e_cal2)的概率密度函数(PDF₂(e_cal2))，以及所述第一校准时间(T1)和所述第二校准时间(T2)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，

-把所述预定误差范围(E_R)设定为对应于依据所述第一校准工序能够执行所述校准的能力要求给定的所述第一校准工序的不确定性的上限(U_max)，或者

-所述预定误差范围(E_R)具有依据所述第一校准所固有的不确定性的负值(-U_E1)给定的下限和依据所述第一校准所固有的不确定性的正值(+U_E1)给定的上限，或者

--所述误差范围(E_R)具有等于所述最大容许误差(MPE)的上限(+MPE)的给定百分比(X％)的上限和等于所述最大容许误差(MPE)的下限(-MPE)的给定百分比(X％)的下限，

-其中，所述最大容许误差的上限的百分比(X％(+MPE))大于或等于所述第一校准的不确定性的正值(+U_E1)，并且小于所述最大容许误差(MPE)的上限(+MPE)，并且

--其中，所述最大容许误差的下限的百分比(X％(-MPE))小于或等于所述第一校准的不确定性的负值(-U_E1)，并且大于所述最大容许误差(MPE)的下限(-MPE)。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，产生随机测量误差的统计代表数对((E1’,E2’))，每个数对包括：

-第一随机测量误差(E1’)，所述第一随机测量误差(E1’)等于下述二者的和：所述第一测量误差(E1)，以及根据用于确定校准期间仅由于所述第一校准工序所固有的不确定性导致的测量误差(e_cal1)的概率密度函数(PDF₁(e_cal1))所给定的概率分布产生的随机增量(e₁’)，以及

-第二随机测量误差(E2’)，所述第二随机测量误差(E2’)等于下述二者的和：所述第二测量误差(E2)，以及根据用于确定校准期间仅由于所述第二校准工序所固有的不确定性导致的测量误差(e_cal2)的概率密度函数(PDF₂(e_cal2))所给定的概率分布产生的随机增量(e₂’)。

4.根据权利要求3所述的方法，包括以下步骤：

-对每个数对(E1’,E2’)，确定在所述第一校准时间(T1)经过所述第一随机测量误差(E1’)并且在所述第二校准时间(T2)经过所述第二随机测量误差(E2’)的直线的斜率(m)，

-基于所有所确定的斜率(m)和它们的发生频率，导出斜率(m)的概率密度函数(PDF_M(m))，

-在以下情况下，以给定的显著度(α)，确定发生的所述第一测量误差(E1)与所述第二测量误差(E2)之间的显著漂移(D)：

--所有确定的斜率(m)的平均值大于零，并且所述斜率(m)的概率函数(PDF_M(m))在所有负斜率(-∞<m<0)上的积分(P_S ⁺)小于所述显著度(α)，以及

--所有确定的斜率(m)的平均值小于零，并且所述斜率(m)的概率函数(PDF_M(m))在所有正斜率(0<m<+∞)上的积分(P_S ^-)小于所述显著度(α)。

5.根据权利要求3所述的方法，包括以下步骤：

-对每个随机测量误差的数对(E1’,E2’)，确定在所述第一校准时间(T1)经过所述第一随机测量误差(E1’)并且在所述第二校准时间(T2)经过所述第二随机测量误差(E2’)的直线(E’(t))将超过所述最大容许误差(MPE)的越过时间(t_S)，并且

-确定所述装置的所述测量误差(E)将超过所述最大容许误差(MPE)的所述越过时间(t_S)的所述概率密度函数(PDF_TS(t_S))，作为所述越过时间(t_S)的频率分布。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在未确定显著漂移(D)的情况下，应执行所述第三校准的校准时间小于或等于所述第二校准时间(T2)与预定最大容许校准时间间隔(t_max)的和。

7.一种基于非线性模型来确定测量装置的校准的校准时间间隔的方法，该测量装置用于测量待测量的量，所述非线性模型包括用于所述装置的测量误差(E(t))的时间依赖性的给定数量(p)个系数(a₁,...,a_p)，所述方法包括以下步骤：

-在连续的校准时间(T₁,...,T_k)执行所述装置的大于或等于系数的所述数量(p)的一定数量(k)的校准，

--在所述校准的每一个校准期间，确定所述装置的测量误差(E₁,...,E_k)，

-在所述校准中的第一校准期间确定的第一测量误差(E1)超过包括零的预定误差范围(E_R)的情况下，和在所述测量误差(E₁,...,E_k)中的任何一个超过预定最大容许误差(MPE)的情况下，调整、修理或替换所述装置并从头重新开始所述方法，

-确定应执行所述装置的下一次校准的校准时间作为下一次时间(T_k+1)，所述下一次时间(T_k+1)早于或等于在给定的置信度(γ)的情况下、根据所述装置的所述测量误差(E)将超过所述最大容许误差(MPE)的越过时间(t_S)的概率密度函数(PDF_TS(t_S))、所述装置的测量误差(E)将超过所述预定最大容许误差(MPE)的时间(T_S(γ))，

--所述概率函数(PDF_TS(t_S))基于下述内容确定：所述测量误差(E₁,...,E_k)、执行所述校准的所述校准时间(T₁,...,T_k)，以及用于确定所述校准中的每一个期间仅由于相应校准所固有的校准不确定性导致的测量误差(e_cal1,...,e_calk)的概率密度函数(PDF₁(e_cal1),...,PDF_p(e_calk))。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，

-产生随机测量误差的统计代表性数的k元组((E₁’,...,E_k’))，其中，

--每个测量误差(E₁’,...,E_k’)等于下述二者之和：在对应校准期间确定的测量误差(E₁,...,E_k)，以及根据用于确定相应校准期间仅由于所述相应校准工序所固有的不确定性导致的测量误差(e_cal1,...,e_calk)的概率密度函数(PDF₁(e_cal1),...,PDF_p(e_calk))所给定的概率分布而产生的随机增量(e₁’,...,e_k’)，以及

-对每个k元组，通过将所述k元组的随机测量误差(E₁’,...,E_k’)拟合到所述非线性模型来确定系数((a₁’,...,a_p’))的向量，

-对每个系数的向量((a₁’,...,a_p’))，确定由基于该系数的向量((a₁’,...,a_p’))的所述模型描述并且在对应校准时间(T₁,...,T_k)经过所述k元组的随机测量误差((E₁’,...,E_k’))的测量误差(E’(t))超过所述最大容许误差(MPE)的越过时间(t_S)，并且

-确定所述装置的所述测量误差(E)将超过所述最大容许误差(MPE)的所述越过时间(t_S)的概率密度函数(PDF_TS(t_S))，作为所述越过时间(t_S)的频率分布。