专利名称：校准方法
技术领域：
本发明涉及一种测量装置的校准的方法，其中，测量装置根据至少一个预定义的操作程序来执行测量，在该至少一个预定义的操作程序期间，要由该装置测量的量的至少一个给定值通过对应的基准或标准提供，并且由该装置测量和指示，并且记录指示的测量指示和对应的测量的量的给定值。
背景技术：
测量装置在几乎所有用于测量物理量的工业分支中使用，该物理量特别是与正在进行的生产过程相关的量。用于指示由该装置测量的量的值的测量指示例如通常在用于在测量地点处监测、控制和/或调整生产过程的过程自动化中使用。为此，在市场上有大量的测量装置，例如，用于测量在容器中的产品的水平的水平 测量装置、用于测量通过管道的产品的流量的流量计、温度测量装置或压力测量装置。为了保证这些装置满足对于它们指定的特定测量属性，特别是指定的测量精度和/或符合特定的标准，在使用之前将它们校准并且如果必要则调整它们。校准是通常使用的程序，用于建立用于从测量装置的测量指示获得测量的量的测量结果的关系。校准也用于检查装置与给定的标准的符合性。在两种情况下，测量装置根据给定的操作程序来执行至少一个测量任务，在给定的操作程序期间，通过对应的基准或标准来提供要由该装置测量的量的至少一个给定值。典型的操作程序例如包括在该装置的测量范围内对该量的最小值和最大值的测量。在该操作程序期间，记录通过该基准或标准提供的该量的值和测量装置的对应的测量指示。基于这个数据，计算对应的测量误差，该测量误差等于在测量指示的值和通过基准或标准提供的要测量的量的对应值之间的差。另外，可以基于通过基准或标准提供的该量固有的不确定度和测量装置固有的测量不确定度来确定在通过标准或基准提供的量的值和该装置的对应的测量指示之间的最大可允许误差(MPE)。在通过标准或基准提供的该量的值和由测量装置得出的对应的测量指示之间的测量误差超过最大可允许误差(MPE)的情况下，认为该装置不符合。结果，例如，需要调整或维修测量装置，这可以然后基于在校准程序期间获得的数据来执行。这例如包括测量指示的偏移、增益和跨度的调整。如果测量误差未超过最大可允许误差(MPE)，则断言该装置的符合性，并且一般不执行另外的行为。因为测量装置固有的测量不确定度，可以通过在由测量不确定度确定的值的范围上扩展的概率分布来统计地描述当测量给定值的量时由测量装置得出的测量指示。结果，通常应当将最大可允许误差(MPE)设定为大于测量不确定度。在该情况下，与给定值相差小于测量不确定度的测量指示的值不超过最大可允许误差(MPE)。因为将断言该装置的符合性，所以只要测量指示不超过最大可允许误差(MPE)JU认为该装置符合，即使在校准期间记录的测量指示的值根据统计概率分布具有极低的出现概率。在测量指示的记录值因为该装置的测量不确定度而具有极低的出现概率的情况下，存在它因为该装置的受损的测量属性而出现的高概率。而且，当由测量指示的系统测量误差或漂移引起的结果偏差未超过最大可允许误差(MPE)时，该校准方法不能检测该系统测量误差或漂移。校准程序固有的另一个问题是校准程序本身对于校准结果的影响。例如，在校准地点的温度或温度变化可能对于在操作程序的执行期间获得的测量指示具有影响。结果，可能由该装置的受损的属性和/或由校准程序本身引起在校准期间发现的测量误差。在由 Jean—MichelPou 矛口 Dimitri Vaissiere 在 2005 年在 Congres de Metrologie de Lyon会议上发表的论文 iLa Signature Des Processus D’ Etalonnage:Les Etalonnages VusSous L’Angle StatistiqueJ中描述了对于这个问题的数值方法。其中，描述了识别影响在校准期间该装置的测量指示的、与校准过程相关的变量。在比校准的持续时间短的时间尺度上变化的变量以与随机误差相同的方式在测量指示中显露它们本身。在比校准的持续时间长的时间尺度上变化的变量以与诸如漂移的系统误差 相同的方式在测量指示中显露它们本身。在该论文中描述的操作程序预见了由校准地点提供的要测量的量的测量。基于所获得的测量指示，确定表示基于所提供的量的测量值的回归线的系数。另外，执行统计代表性数量的模拟以确定系数的统计分布。这些模拟基于良好无故障装置的测量属性，并且模拟与校准过程和变量在其上变化的时间尺度相关的变量的影响。每一个模拟呈现了系数对。在以系数作为横坐标和纵坐标的图中绘制的系数对形成表不其分布的云。如果在校准的实际执行期间确定的系数落入这个云，则可以推论，在校准期间观察的测量误差是因为校准过程。如果它们远远位于该云之外，则它们可能是因为装置的受损的测量属性。在后一种情况下，根据工作假设假定观察的测量误差是因为装置。通过重复校准过程的全部模拟来测试该假设。然而此时，模拟不基于良好的装置，而是基于具有观察到的系统测量误差的装置。并且，每一个模拟呈现系数对。并且，如果在如上所述的图中绘制，则这些对形成第二云。使用用于假设测试的统计方法，可以以给定的显著性水平确定在校准的实际执行期间确定的系数是否属于第一或第二云。该方法允许以给定的显著性水平确定所检测的测量误差是否是因为该装置或因为校准过程本身。然而，它不解决其解释的问题。即使所检测的误差完全是因为测量装置，如果该误差不超过对应的最大可允许误差则将声明该符合性，即使可能存在该装置的受损测量属性的高概率。

发明内容
本发明的目的是提供一种测量装置的校准的方法，该方法能够提供关于该装置的测量属性的更详细的信息。为此，本发明包括一种用于校准测量装置的方法，其中-该测量装置根据至少一个预定义的操作程序来执行测量，在操作程序期间，要由该装置测量的量的至少一个给定值通过对应的基准或标准提供，并且通过该装置测量和指示，-记录指示的测量指示和对应的测量的量的给定值，-确定该测量指示的至少一个的至少一个预定义特性属性并且与对应的阈值范围作比较，-其中，基于相应属性的值的统计代表性分布来预先确定每一个阈值范围，该统计代表性分布根据利用与在校准下的装置相同类型的测量装置的相应操作程序而基于执行统计代表性数量的测量的执行期间记录的测量指示来确定，并且-如果至少一个确定的特性属性超过相应阈值范围，则指示在校准下的该装置的潜在受损的测量属性。其进一步包括该方法的第一改进，其中，基于相应属性的值在该阈值范围内的统计概率来定量地确定该预定义的属性的阈值范围。根据这个实施例的第二改进，基于该属性的值在对应的阈值范围内的统计概率来确定潜在受损的测量属性的指示的可靠性水平。根据第三改进，根据利用与在校准下的该装置相同类型的测量装置的相应操作程序而基于执行统计代表性数量的测量的执行期间记录的测量指示确定的相应属性的值的 统计代表性分布是相应属性的概率密度函数。根据本发明的第一实施例，-至少一个操作程序预见要测量的量的给定值的单个测量，并且-该装置的测量指示的预定义的属性是在测量指示和要测量的量的给定值之间的差。根据本发明的第二实施例，-该操作程序的至少一个预见要测量的量的给定值的重复测量，并且-该特性属性包括-在测量指示的平均值和要测量的量的给定值之间的偏差，和/或在测量指示和其平均值之间的均方根偏差。根据第三改进和第二实施例的改进，基于下述部分在数值上确定用于属性的概率密度函数-用于基于测量指示来计算该属性的公式，-该量的给定值的测量的重复数量，以及-用于对于要测量的量的给定值的单个测量的测量指示的概率密度函数。根据本发明、第一、第二和/或第三改进的该方法的另一个实施例预见了一种方法，其中-至少一个操作程序预见在要测量的量的值的范围上分布的该量的给定值的测量，-提供数学模型，该数学模型描述作为给定阶m、要测量的属性的值的函数的测量指示，并且-该测量指示的该特性属性包括-由通过将记录的测量指示拟合到该模型确定的该模型的系数的m+1维向量而给出的属性，以及一在记录的测量指示和对应的基于系数和测量的量的相应给定值由该数学模型确定的测量指示之间的均方偏差，该系数基于记录的测量指示来确定。
根据本发明、第一、第二和/或第三改进的该方法的另一个实施例预见了一种方法，其中-至少一个操作程序预见在测量相关变量的所选择的值处或在值的预定范围上的要测量的量的给定值测量，-提供数学模型，该数学模型描述作为该变量的给定阶k和要测量的量的给定值的函数的测量指示，并且 -该测量指示的特性属性包括-由通过将记录的测量指示拟合到该模型确定的该模型的系数的k+Ι维向量而给出的属性，以及一在记录的测量指示和对应的基于系数、该变量的值和要测量的量的给定值而通过该数学模型确定的测量指示之间的均方偏差，该系数基于记录的测量指示来确定。根据本发明的上述方法的进一步改进，基于该属性与在装置的校准期间确定的相应阈值范围的符合程度来设定在其后需要重新校准该装置的校准时间间隔的长度。根据本发明的方法的第二和最后所述的改进的进一步改进，在指示了潜在受损的测量属性的情况下，校准时间间隔的长度另外基于潜在受损的测量属性的指示的可靠性水平。


使用附图的图来更详细地说明本发明和另外的优点，在附图中，示出几个示例性实施例。图I示出用于要测量的量的给定值的测量的测量指示的概率密度函数；图2、3和4示出重复地测量要测量的量的给定值的测量装置的测量指示；图5示出测量要测量的量的给定值的范围的测量装置的测量指示；以及图6示出在测量相关变量的不同值下测量要测量的量的给定值的测量装置的测量指示。
具体实施例方式根据本发明的测量装置的校准的方法包括第一步骤，其中，建立测量装置以根据预定义的操作程序来执行要测量的量的测量。显然，要测量的量对应于在校准下的测量装置的类型与其特征和能力。因此，取决于在校准下的测量装置的类型，对于流量计，该量例如是质量流量或体积流量，对于压力测量装置，该量例如是绝对压力、相对压力或压力差，
坐坐寸寸ο在每一个操作程序期间，要由该装置测量的量的至少一个给定值Qk通过对应的基准或标准来提供，并且由该装置测量和指示。因此优选的是，在特殊设计的校准地点执行校准，该特殊设计的校准地点能够基于对应的基准或标准以高精度来提供要测量的量的给定值QK。为此，例如通常在特殊设计的校准台上校准用于测量通过管道的产品的流量的流量计，该特殊设计的校准台能够产生通过在测试下的流量计的精确地可确定的流量，和/或能够发送通过在测试下的流量计的产品的精确地可确定的量。在校准期间执行的操作程序通常是对于在市场上可获得的各种类型的测量装置的每一个而专门开发的预定的和良好建立的标准程序。它们通常包括至少一个操作程序，其中，测量和指示在测量装置的测量范围内的要测量的量的至少一个给定值％。通常，值Qk包括该装置的测量范围的最小值和最大值。取决于该装置和关于其在测量地点上的应用的要求，可以另外对于在测量范围内的一个或多个中间值Qk执行该操作程序。不论这在何处可行，优选地重复测量该量的每一个给定值Qk，呈现预定数量的测量指示MIi,而不是单个测量指示MI。因此，在用于涉及例如10000kg/h的质量流量的极高流量的测量的流量计的操作程序中，例如，因为在精确地提供这个高质量流中涉及的时间、成本和精力，所以仅测量一次该值。另一方面，用于压力变送器的操作程序将例如预见这个特定压力值的测量的多次重复，该压力变送器涉及在大气压范围中的压力的测量，该操作程序可以容易地通过对应的基准或标准以高精度来建立的。在相应操作程序的执行期间，由装置测量和指示通过基准或标准提供的该量的给定值QK。记录由该装置在相应操作程序期间指示的得到的测量指示MI和通过基准或标准提供的该量的对应的给定值QK。·如以上关于现有技术所述的，可以基于校准过程固有的不确定度和测量装置固有的测量不确定度来确定在通过标准或基准提供的量的给定值Qk和该装置的对应的测量指示MI之间的最大可允许误差MPE。因为频繁地使用校准以保证测量装置符合对于其指定的特定测量精度，所以经常基于对于装置指定的测量精度来确定最大可允许误差MPE。对于例如在装置的测量范围内的量的最大值的O. 5%的指定测量精度，可以例如将在装置的测量范围内通过基准或标准提供的量的任何给定值Qk处的最大可允许误差MPE限定为测量范围的最大值的+/-0. 5%。因此，最大可允许误差MPE限定了用于对于该量的给定值Qk的测量指示MI的值的范围，当装置符合对于其指定的测量精度时可能出现该范围。在操作程序仅预见通过标准或基准提供的要测量的量的单个给定值Qk的单个测量，例如，利用在校准下的流量计的给定流量的单个测量的最简单的情况下，如果在这个程序期间获得的测量指示MI和要测量的量的给定值Qk之间的差超过最大可允许误差MPE，则装置需要调整。然而，如果不是这样，则仍然可能的是，该装置显示受损的测量属性，例如，系统测量误差或漂移，该受损的测量属性太小以至于不能被仅依赖于最大可允许误差MPE的校准检测到。为了确定该装置是否潜在地显示这样的受损的测量属性，在每一个操作程序期间记录测量指示MI和所提供的要测量的量的值QK。基于这些记录，定量地确定该装置的测量指示MI的至少一个预定义的特性属性E0然后将每一个确定的属性E与用于相应属性E的对应的阈值范围Edt比较。对于一维属性E，阈值范围Ek通过在该范围内的属性E的最小值和最大值Emin、Efflax来限定。基于对于在校准下的测量装置的类型的这个属性E的值的统计分布来预先确定每一个阈值范围Εκ。统计分布优选地是在特定属性E的所有可能值的整个范围上给出属性E的值的概率的概率密度函数HF (E)0这基于在利用优选地大量的相同类型的测量装置执行统计代表性数量的相应操作程序的执行期间记录的测量指示MI来确定。优选的是，建立数据库，该数据流包含在执行统计代表性数量的相应操作程序的执行期间记录的测量指示MI。基于这个数据，可以对于在数据库中包含的统计代表性数量的操作程序的每一个确定属性E。因此，可以基于得到的属性E的值的频率分布来确定属性E的概率密度函数TOF (E)0因为大量地执行使用标准操作程序的校准，可以容易地收集用于确定相应属性E的统计代表性分布所需的数据。优选的是，基于该属性E的值在该范围[Emin，EmaJ内的统计概率P (Emin〈E〈Emax)来定量地确定用于属性E的阈值范围EK=[Emin，EmaJ。通过在该范围[Emin，EmaJ上在概率密度函数TOF (E)上的积分来给出属性E的值在阈值范围Ek内的统计概率P(Emin〈E〈Emax)，由下式给出
权利要求
1.一种校准测量装置的方法，其中 -所述测量装置根据至少一个预定义的操作程序来执行测量，在所述操作程序期间，要由所述装置测量的量的至少一个给定值(Qk)通过对应的基准或标准提供，并且通过所述装置测量和指示， -记录指示的测量指示(MI)和对应的测量的量的所述给定值(QK)， -确定所述测量指示(Ml)的至少一个的至少一个预定义的特性属性(E)并且与对应的阈值范围(Ek)作比较， -其中，基于相应属性(E)的值的统计代表性分布来预先确定每一个阈值范围(Ek)，所述统计代表性分布根据利用与在校准下的所述装置相同类型的测量装置的相应操作程序而基于执行统计代表性数量的测量的执行期间记录的测量指示(MI)来确定，并且 -如果至少一个确定的特性属性(E)超过相应阈值范围(Εκ)，则指示在校准下的所述装置的潜在受损的测量属性。
2.根据权利要求I所述的方法，其中，基于相应属性(E)的值在所述阈值范围(Ek)内的统计概率(P)来定量地确定所述预定义的属性(E)的所述阈值范围(Εκ)。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，基于该属性(E)的值在对应的阈值范围(Ek)内的所述统计概率(P)来确定潜在受损的测量属性的指示的可靠性水平。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，根据利用与在校准下的所述装置相同类型的测量装置的相应操作程序而基于执行统计代表性数量的测量的执行期间记录的测量指示(MI)确定的相应属性(E)的值的所述统计代表性分布是相应属性(E)的概率密度函数(PDF (E))。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的方法，其中 -至少一个操作程序预见所述要测量的量的给定值(Qk)的单个测量，并且 -所述装置的所述测量指示(MI)的所述预定义的属性(E)是在所述测量指示(MI)和所述要测量的量的所述给定值(Qk)之间的差(E1 (MI, QK))。
6.根据权利要求1、2、3或4所述的方法，其中 -所述操作程序的至少一个预见所述要测量的量的给定值(Qk)的重复测量，并且 -所述特性属性(E)包括 -在所述测量指示(MIi)的平均值和所述要测量的量的所述给定值(Qk)之间的偏差(EA)，和/或 -所述测量指示(MIi)和其平均值之间的均方根偏差(Es)。
7.根据权利要求4和6所述的方法，其中，基于下述部分在数值上确定用于属性(EA，Es)的概率密度函数 PDF (Ea)、PDF (Es) -用于基于所述测量指示(MIi)来计算所述属性(Ea，Es)的公式， -所述量的所述给定值(Qk)的测量的重复数量(n)，以及 -用于对于所述要测量的量的所述给定值(Qk)的单个测量的所述测量指示(MI)的概率密度函数(PDF (MD)0
8.根据权利要求1、2、3或4所述的方法，其中 -至少一个操作程序预见在所述要测量的量的值的范围[QKmin;QsmaJ )上分布的所述量的给定值(QKi)的测量，-提供数学模型，所述数学模型用于描述作为给定阶(m)、所述要测量的属性的所述值(Qk)的函数(f (Qk))的测量指示(MIm)，并且 -所述测量指示(MIi)的所述特性属性(E)包括 -由通过将所述记录的测量指示(MIi)拟合到所述模型确定的所述模型的系数(c0,…，cm)的m+1维向量(c)而给出的属性(E。)，以及 —在所述记录的测量指示(MIi)和对应的测量指示(MIm)之间的均方偏差(Ελ ),所述测量指示(MIm)基于所述系数(C(l，. . . , cffl)和所述测量的量的相应给定值(QKi)由所述数学模型确定，所述系数(C(l，. . . , Cffl)基于所述记录的测量指示(MIi)确定。
9.根据权利要求1、2、3或4所述的方法，其中 -至少一个操作程序预见在测量相关变量(T)的选择的值(TKi)处或在值(Tk)的预定范围([Tmin〈TK〈Tmax])上的所述要测量的量的给定值(Qk)的测量， -提供数学模型，所述数学模型描述作为所述变量(T)的给定阶(k)和所述要测量的量的所述给定值(Qk)的函数(g (T, Qe))的测量指示(MIk)，并且 -所述测量指示(MIi)的所述特性属性(E)包括 -由通过将所述记录的测量指示(MIi)拟合到所述模型确定的所述模型的系数(d0,..., dk)的k+Ι维向量而给出的属性(Ed)，以及 -在所述记录的测量指示(MIi)和对应的测量指示(MIk)之间的均方偏差(Ελ )，所述测量指示(MIk)基于所述系数(屯，dk)、所述变量的所述值(TKi)和所述要测量的量的所述给定值(Qk)由所述数学模型确定，所述系数...，dk)基于所述记录的测量指示(MIi)确定。
10.根据在前的权利要求中的一项所述的方法，其中 基于所述属性(E)与在校准期间确定的相应阈值范围(Ek)的符合程度来设定在其后需要重新校准所述装置的校准时间间隔的长度。
11.根据权利要求3和10所述的方法，其中，指示了潜在受损的测量属性，并且，校准时间间隔的长度另外基于潜在受损的测量属性的该指示的可靠性水平。
全文摘要
描述了一种校准测量装置的方法，其能够提供关于该装置的测量属性的更详细的信息，其中，该测量装置根据至少一个预定义的操作程序来执行测量，在该操作程序期间，要由该装置测量的量的至少一个给定值(QR)通过对应的基准或标准提供，并且通过该装置来测量和指示，记录指示的测量指示(MI)和对应的测量的量的给定值(QR)，确定测量指示(MI)的至少一个的至少一个预定义特性属性(E)并且与对应的阈值范围(ER)作比较，其中，基于相应属性(E)的值的统计代表性分布来预先确定每一个阈值范围(ER)，该统计代表性分布根据利用与在校准下的装置相同类型的测量装置的相应操作程序而基于执行统计代表性数量的测量的执行期间得出的测量指示(MI)确定，并且，如果至少一个确定的特性属性(E)超过相应阈值(ER)，则指示在校准下的装置的潜在受损的测量属性。
文档编号G01D18/00GK102901529SQ20121026540
公开日2013年1月30日 申请日期2012年7月27日 优先权日2011年7月27日
发明者迪米特里·韦西埃 申请人:恩德莱斯和豪瑟尔美斯泰科两合公司