量规仪器之校正与管理Word文件下载.docx
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長度、質量、時間、電流、溫度、物質量、光強度，如表3-1所示。
表3-1國際標準單位中之基本單位
量
基本單位名稱
符號
長度
質量
時間
電流
溫度
物質量
光強度
米、公尺（meter）
公斤（kilogram）
秒（second）
安培（Ampere）
克耳文（Kelvin）
莫耳（mole）
燭光（candela）
m
kg
s
A
K
mol
cd
而基本單位、輔助單位與導出單位三者間的關係，則如表3-2所示。
國際標準單位系統的制定與維持，不僅關係到量測標準使用的一致性和敏感性，更關係各國量測標準間的相互比對與追溯。
表3-2國際標準單位系統
（四）量測精度觀念
在生產過程中，為了顧客使用目的而製造出尺寸完全相同的產品，是極不經濟也無必要的，對於製造產品品質的要求，我們只須訂定出一合理且能被顧客接受的品質範圍標準即可，使產品的品質兼顧實際生產的限制與顧客使用的需求，如此才能使產品達到預期效果。
但何種的品質標準才是合理且能被顧客所接受呢？
在此我們須先對產品精度的有關問題，作一通盤的瞭解，建立正確的量測概念，以便往後進一步的接觸與認知。
1.精密度（Precision）
精密度是指量測儀器所能夠區分出的微量程度或最小距離，亦即代表量測儀器對同一待測工件，以相同量測過程作重覆量測時，其各量測結果的差異程度。
以差異程度愈微小稱為精密度佳，反之稱為精密度差。
2.準確度（Accuracy）
準確度是指量測儀器的實際量測值（或量測平均值）與待測值之真值（TrueValue）的接近程度，亦即實際測量值偏離真實值的程度。
以偏差愈微小之程度稱為準確度佳，反之稱為準確度差。
3.精密度與準確度的關係
就量測儀器的選用而言，並非精度愈高愈好，必須視工件尺寸要求的程度而選用不同精度的量具，例如用於素材的下料工作，使用鋼尺量測即可，就不須選用分厘卡，若用於精密的搪孔工作，則必須選用高精度的量測儀器。
如果一味選用高精度的量測儀器，而忽略了工件尺寸精密程度的要求，則會增加測量的成本，造成投資的浪費。
此外，量測儀器可能有很高的精密度，卻未必具有很好的準確度，因為一般量測儀器均須經過校正後才能確定其準確度。
在測量作業時，若使用同一量測儀器對同一工件作多次量測，所得的量測值一般成一常態分配，如同射擊時彈著點在靶上的分佈情形一樣，理想狀況時為一常態分配，如圖3-1所示。
量測值應該向真值集中，並且平均值恰好等於真實值，並且有68.26％的量測值落入平均值±
的範圍內，95.45％的量測值落入平均值±
2的範圍內，99.73％的量測值落入平均值±
3範圍內。
圖3-1理想狀況量測值分佈
平均值
=真值
但實際上可能有下列四種情況：
（1）既不準確也不精密
（2）很精密但不準確
（3）很準確但不精密
（4）既精密又準確
量測儀器的精密度在量具製造時即已固定，若於正常使用及良好維護保養下，都能保持其精密度。
而吾人所謂儀器或機器之精度，是以準確度和精密度之綜合來表示。
一台高精度的機器設備或量規儀器是指同時具有好的準確度及精密度。
（五）量測誤差
1.量測誤差之種類
量測時，實際量測值（或量測平均值）與真值之間的差異，稱為「誤差」。
造成誤差的原因很多，按其發生源可分為：
儀器誤差、人為誤差、環境誤差和方法誤差。
這些因素都會造成量測值的偏離，而降低量測的準確性。
若就誤差的性質區分，一般又可分為：
系統性誤差、隨機性誤差和重大誤差，其特質如圖3-2所示。
（1）系統性誤差
「系統性誤差」係指在相同條件下，重複多次量測同一受測物或量時，保持固定不變的誤差；
或在條件改變時，將會按某一明確定律變化的一種量測誤差。
依「系統性誤差」可能發生的原因大致可分為下列三種誤差：
儀器誤差、人為誤差、環境誤差。
儀器誤差：
係指因儀器本身的缺失而引起的誤差。
可歸納為：
a.製造公差：
量具本身在製造時，由於各零件的累積公差所造成的誤差。
b.調整誤差：
量具因歸零或調整的缺失所造成的誤差。
c.功能誤差：
量具因磨損或不當使用，功能失常，所造成的誤差。
環境誤差：
係指量測環境未經妥善控制所造成的誤差，例如溫度、濕度、氣壓、振動、照明、干擾等測量環境變化所造成的誤差。
觀察誤差：
係指人為的缺失所造成的誤差，如視覺的誤判、個人生理、心理因素、量測經驗或量測訓練不足等。
圖3-2量測系統誤差分析
以上誤差是可以分析出誤差產生的原因，並經由改正的措施而加以控制誤差的發生，如儀器誤差方面若屬於功能誤差，則實施量具校正鑑定，如不合允收標準，即予淘汰更新；
若屬調整誤差，則實施量具歸零調整。
人為誤差方面，則調整測量者的測量習慣、精神狀況、量測方法或教育訓練等方面的改進，使測量者的個人所造成的誤差降至最低。
環境誤差方面，則調整環境因素於限定的範圍內，諸如溫度、濕度、氣壓、振動、照明、干擾等環境因素，均控制於量測分級條件範圍內，使量測環境所造成的誤差予以排除。
（2）隨機性誤差
「隨機性誤差」指在相同條件下，重複多次量測同一受測物或量時，一些不可預期之隨機變化的量測誤差。
隨機性誤差又稱為偶然性誤差，凡無法歸類的系統性誤差者皆可稱為隨機性誤差，隨機性誤差不像系統性誤差可以解釋其誤差發生的原因，而經由改進加以控制，如氣流、輻射、雜訊等。
（3）重大誤差：
超出規定條件不預期的誤差，即明顯歪曲量測結果的誤差。
此部份通常是由人為操作疏失引起。
2.量測不確定度：
（1）定義
由前面對誤差的分類，我們得知：
隨機誤差有其不可修正的特性。
系統誤差雖可加以修正，但修正因子或修正量的本身，亦可能隱含有不確定性。
由以上兩點我們引申出：
量測誤差必存在於每一量測作業中，而此誤差在評估及修正的過程中所衍生出來的不確定性，若加以量化，即為「量測不確定度」。
而ISO國際標準對「量測不確定度」給了一個定義：
「是一個量測真值存在範圍的估計值」。
因此量測不確定度的表達是以一區間範圍表示之：
YU
（2）決定步驟
通常量測不確定度（Ut）之決定步驟如下：
決定系統不確度（Us）
a.儀器誤差
b.環境因素
c.儀器穩定度
d.追溯校正之不確定度
e.校正人員之觀測誤差
決定隨機不確定度（Ur）
為統計分析的結果，由重覆量測而計算其平均值（準確度），及標準差（精確度）而得。
通常Ur之值取標準差1倍、2倍或3倍，視校正實驗室而定。
量測不確定度之決定
Ut＝Ur＋Us
或
Ut=
量測報告表示法：
YUt
二、量規儀器校正
（一）何謂量規儀器校正
「量規儀器校正」係指合格的校正人員，在適當的環境下，依據正確的校正作業程序，用更準確的標準件或更精密的測試裝備，來量測並判定待校儀器的精密度或準確度。
在可行的情況下，對不合格者，施以調整手續，使其達到合格與準確的狀態。
（二）量規儀器校正的目的
1.自發性的需求
因為量測儀器的誤差，將會隨著時間而增加，因此任何儀器都必須按時加以校正，以確保其隨時能保持在需求的準確度下。
2.協力生產的需求
現代的企業經營多趨向專業加工、協力生產的方式，即最終產品係由不同工廠或生產線製造其中的一部份，然後再加以組合裝配而成的。
因此這些工廠所使用的各種量測儀器，都須根源於一個共同認定的量測標準，而且隨時掌握並修正其量測誤差值，才能確保產品品質的一致性。
3.國際交易的需求
科技的進步，縮短了世界各國的距離，國際貿易的行為更是頻繁的一日不可或缺，為確保產品品質的一致性，保障買賣雙方，共同認定的品質制度與規範標準之要求應運而生，例如ISO9000、CEMARK、UL等，均重視量規儀器的管理與使用。
4.法規的要求
政府為確保公共安全、衛生醫療與公平交易之維繫，所訂定之度量衡法之要求，例如血壓計、電錶（瓦時錶）、水錶、瓦斯錶、計程車計費錶、電子秤與加油機計費錶等。
（三）量規儀校的基本認識
1.量測標準的種類
（1）國際標準：
（InternationalStandards）
是依據國際量測標準組織協議而達成的標準，它代表測試與製造技術所能達到最精確的單位標準。
此項標準保存於國際度量衡標局，並不作為一般測試時比較或校正用。
（2）原級標準：
（PrimaryStandards）
亦即國家標準，此標準保存於各國國家標準實驗室，其校正係由各國家實驗室自行調校，然後各國之測試結果互相比對，再取平均值作為世界標準。
（3）二級標準：
（SecondaryStandards）
此標準係用於工業實驗室之基本參考標準，必須定期送到國家標準實驗室作追溯校正（比對與調整）。
（4）工作標準：
（WorkingStandards）
工作標準是一般校驗實驗室之基本校正裝備，主要用來調校一般實驗儀具或測試儀具，使其達到執行工作所應有的精準度。
2.我國之量測標準現況：
參考圖3-3。
圖3-3我國量測標準現況圖
國際標準
國家標準
一級標準
-------------
二級標準
各機關
各工廠各學校
工作標準
3.校正的方式
儀器校正可分為下列兩種：
（1）比較校正
將準確度高的儀器或標準件與待校件之儀器作比較，並調整其誤差使符合準確度要求之範圍，謂之比較校正，一般之儀器校正多為此類。
（2）絕對校正
以物理上的定律與特性所發展出來的原級標準，直接進行儀器校正工作，以獲得待校件之誤差值，謂之絕對校正。
國家標準實驗室之儀器追溯國外之儀器校正，部份屬於此類。
4.校正週期的制定
校正是為了避免儀器偏差，而制定校正週期則是為使儀器或標準件能時時保持穩定。
因此，校正週期乃係根據使用之目的、程度及準確度需求，以統計方法及經驗判斷所推導出來最具信賴度的一送校間隔時間。
影響校正週期制定的因素很多，其中以製造廠商的建議、儀器和標準件使用程度、環境狀況、量測準確度和校正成本等之影響最大。
目前校正週期的制定大致可歸納成兩大類：
（1）美國NCSL法－有下五種方法：
由工程上的直覺來制定週期----（對於新購儀器設備，是目前最通用之方法）。
此方法是目前最通用的方法，但是此方法需要一位有經驗的校正人員，能對所用之儀器有專精，而且能對本科知識精通，如長度、電量、流量…等，他就能夠對這儀器大略給予一校正週期，在此週期儀器仍然保持於公差範圍內。
由數據來制定固定校正週期----（適用於同一廠牌，型號或同一種類之儀器）。
此方法即是由校正報告上的數據來判斷舊的校正週期是準備延長或縮短，目前有許多不同的統計方法和判斷準則用來處理數據，由此方法和準則來制定固定校正週期。
變動的校正週期----（適用於單一型號之儀器）。
此制定校正週期的方法是用任何延長或縮短週期的方法來處理各種不同的單獨儀器，例如一台校正儀器，不管它過去的校正記錄，也不管它的特定可靠性準則，當校正後發現在公差範圍內，校正人員即會自動把下一次的校正週期增加一個月或一段時間，如果在公差範圍外，則把校正週期縮短一個月或一段時期。
以使用時間來制定校正週期----（適用於同一廠牌、型號或同一種類之儀器）。
此方法需一個時間記錄器或一使用標籤置於必須校正的儀器上，當時間到達所設定的時間，則此儀器必須送校。
使用測試結果來制定校正週期----（此法亦適用於同廠牌，型號之儀器）。
利用可攜帶的校正設備來週期性的（每天、每週、每月）檢查儀器上的重要參數，由此所收集的數據，經過統計分析後，來決定此儀器之校正週期，此方法是把校正功能轉化成品質控制的功能。
（2）ISO校正週期法：
校正週期先作初期選擇，然後再對校正週期進行調整。
初期選擇的校正週期
以工程上的直覺式，即以固定期間作為校正週期。
校正週期再調整的方法，可分下列五種：
a.自動的或階梯式的調整校正週期
以一定基本的程式，每次對設備項目進行校正，當發現在允差範圍內時，在其後的校正週期加長，但若在允差範圍外時，則縮短校正週期（註：
規範中未提示，校正週期加長多久，或減短多少）
b.管制圖法：
每次選擇相同的校正點，將所量得的數據繪成圖形（縱軸為量測值，橫軸為時間）。
由圖形上加以標出量測值散佈及偏差情形，以決定如何調整校正週期（註：
規範中未提示散佈幅度或偏差幅度）
c.曆時法
初期以工程直覺方式。
依類別（相似結構，期望信賴度與穩定度）給予一校正週期。
每一類別在選定之週期內被送回來校正的儀器，發現超過誤差或不符合的件數佔此期間同一類別總數的比率，如果很高時，必須縮短校正週期（註：
未明確提示比率多高，才算高）。
d.實際使用時數法
為曆時法的變形方式，基本方法保持不變，但週期確認係以使用的小時計算。
e.〝使用中〞或〝黑箱〞測試法
為階梯式及管制圖法的變形，使用輕便的校正設備，時常查核被選定的參數，對臨界參數進行查驗，如發現超過界限，則進行作完整的校正（此法除非實務經驗豐富者，否則不易選定適當的查核參數）。
5.那些儀器需要校正
依ISO規定凡對產品品質之測試或量測的正確性、有效性有影響之量測設備、工具，均應先行校正查驗合格後方可使用。
所以下列項目必須校正：
（1）量具及量測用之儀器需要校正。
例如數字複用電錶、電源供應器、計時器、比重計、量瓶、天平、卡尺、壓力錶、溫度記錄器…等。
（2）內校用之標準件需要校正，例如法碼、塊規，精密電錶……等。
（3）新購儀器校正：
一般人認為，新購買的儀器可以不必校正。
事實上，新購買的儀器在出廠前大都已校正過，但由於運輸安裝過程中，諸多未可預期因素的干擾，新儀器在精密度和準確度上也會受到影響。
因此，即使新購儀器亦須經過校正，才能確保其精密度與準確度真正合乎要求。
（四）量測的追溯
在前節中所提到的量測標準的種類，一般在實際運作上，又可分為量測標準之傳遞和追溯：
1.量測標準的傳遞：
將國際或國家標準經由校正（或其他傳遞方式）傳給下一等級的量測標準，並依次逐級傳遞到最終使用者之量測儀器，以保證被量測的值準確一致，是為傳遞。
2.量測標準的追溯：
儀器使用者將其依據之標準件，送往上一級較精確與國家標準有關聯性之實驗室進行校正或檢定，使較低層次的量測結果，能與國際標準或國家標準量測系統相連結，使其具有公信力，且相互間能達到一致性，此即為追溯。
我國度量衡儀器檢校追溯體系為金字塔結構，如圖3-4追溯體系。
圖3-4量測追溯體系
TraceabilityofMeasurement
三、量規儀校管理
（一）初期規劃
1.全面清查廠內所有量測儀具
2.依據儀具清查資料，統計下列有關資料
（1）儀具的種類、數量
（2）每種儀具的規格如何?
（範圍、準確度、允收標準）
3.決定儀具之校正週期
4.決定儀具的校正方式：
內校、外校、免校或游校
5.若有內校，需建立相關內校作業指導書及標準
（二）儀器之購買
1.採購儀器時機
（1）工廠之工作負荷增加。
（2）新能量之建立。
（3）老舊儀器之汰舊換新。
2.確認採購需求
（1）為何要購買此部儀器?
（2）需要之儀器特性為何?
3.選擇適當供應商
（1）是否投資教育訓練
（2）校驗及售後服務考量
（三）人員之培訓
1.人員之選派條件：
（1）學歷、略懂英文否？
（2）具電子或機械專長。
（3）性別、個性考量。
2.訓練之方式：
（1）由儀器原製造廠商施訓。
（2）參加民間有關單位所辦訓練。
（3）邀請專家至本單位訓練。
3.訓練時間之排訂。
（四）環境的需求：
廠內若有校正作業，其校正環境的監控與維持，需注意下列幾點：
1.校正實驗室環境之建立：
（1）對標準件性能之影響：
溫度、濕度、氣壓、塵埃、電場、振動、地心引力等。
（2）對校正測試裝備之影響：
電源電壓、電源頻率、溫度、電場等。
（3）對作業人員之影響：
照明、噪音、溫度、塵埃等。
2.標準環境實驗室之等級區分：
（1）E級（EXCELLENT）：
國家標準研究機構同程度之精度。
（2）G級（GOOD）：
嚴格要求精準度之標準實驗室。
（3）S級（STANDARD）：
實用量測儀器校正實驗室。
3.環境條件種類：
（1）A類：
特別嚴格之環境條件限制。
（2）B類：
次級嚴格之環境條件限制。
（3）C類：
一般要求之環境條件限制。
四、量測系統分析（MeasurementSystemAnalysis簡稱MSA）
（一）MSA簡介
1.評定一個量測系統的第一個步驟，是在驗証系統是否在量測〝正確的變異〞內，若一直在量測〝錯誤的變異〞時，則儘管量測系統是如何的精密、準確，那都是毫無意義的。
2.第二個步驟則是要確定，讓系統應具備什麼樣可以接受的統計特性，而為了確認任一量測系統是否具備可接受的統計特性，則必須知道如何使用量測系統之數據（例如該量測系統是歸屬於計數型或者計量型），因為雖然系統之成本及其本身之易操作度亦是總體理想化的考量之一，但明白確定一個量測系統品質，恰為其所取得的數據的量測系統。
3.綜合以上所述，簡言之，最佳的量測系統在每次使用時，應只獲得〝正確〞的測量結果，亦即應該每特定的某一標準值是一致的。
是故能獲致理想量測結果的系統，應具有零偏差，零誤差及對任何量測物錯誤量測為零機率的統計特性。
4.但是具有如此理想的統計特性的量測系統很遺憾的幾乎不存在，因此一般企業僅能依靠適當的”量測系統分析”手法，以求得雖不滿意，但可以接受的統計特性的量測系統。
（二）MSA特性
雖然每一量測系統，因需求的不同可能會有不同的統計特性，但是仍有些共同的特性是所有量測系統必須具備的：
1.必須是在統計控制中，其統計穩定性良好，亦即該系統只能有機遇原因，不能有非機遇原因存在。
2.量測精度通常應高於公差範圍（Range）和製程變異兩者中精度較高者（一般為其中較高者的1/10）。
3.量測系統的變異須小於製程變異。
（三）MSA目的
通常執行量測系統分析的目的，不外下述幾項：
1.確定量測系統是否具有所需要的統計特性。
2.追查哪些是對量測系統有顯著影響的環境因素。
3.驗證該系統若被認為是可能時，是否持續具備恰當的統計特性。
（四）結論
量測品質對產品品質的重要性是無庸置疑的，而量規儀器的校正與管理又是確保量測品質的不二法門。
在此僅以列四點期與大家其勉之：
1.提昇量測方法的認知並建立適當之量規儀器管理系統。
2.落實量規儀器的校正管理以確保量規儀器的正確性。
3.建立應有量測環境的品質水準並有效維持。
4.培養量測人員專業的素養，從加強量測者本身的品質做起。
五、量測驗室環境需求指引
（一）概述
量測校正領域甚為寬廣，包括物性、電性、化性等，依性質及運作之不同，各有其特殊之環境需求，然實驗室環境監控、記錄、環境維持及作業安全，均大同小異可適用之。
（二）環境影響
影響校正作業最大環境因素有：
溫度、相對濕度、噪音、溼度、電磁干擾、氣壓差、照度、振動、電源電壓調整率、接地電阻等，其中以溫度及相對溫度最為重要，茲節錄JIMS5011-1974及ISAPR5.2各類實驗室環境需求規範，作為規劃管理參考。
如表3-3至表3-10。
表3-3標準實驗室等級區分
等 級
E
（EXCELLENT）
‧特高精度的標準件及量測儀器
‧測量等級與國家標準研究機構相同
‧環境在AA或A級
G
（GOOD）
‧高精度的標準件及量測儀器
‧為企業內量測精密量測等級
‧B類環境
S
（STANDARD）
‧普通精度標準件及量測儀器
‧作企業集團公司內測量儀器校正用的等級
‧屬C.D或N類環境
表3-4按環境的空氣溫、濕度分類
AA類
A類
B類
D類
N類
環境溫度*
±
0.5℃
1℃
2℃
5℃
僅限定範圍，特定值之限定
無規定
相對濕度*
5%
10%
20%
※針對某一特定溫濕度值
表3-5標準室等級與環境條件種類
環境種類
測定量
C類
長 度
E級
G級
S級
質 量
直流低頻率
高頻率電量
E、G、S級
G、S級
溫 度
光 源
照明測定
流量、壓力
硬 度
放
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