探究計(jì)量檢定中測(cè)量不確定度的相關(guān)問(wèn)題

卓仕明

（馬山縣工商和質(zhì)監(jiān)局計(jì)量檢定測(cè)試所 廣西南寧 530699）

探究計(jì)量檢定中測(cè)量不確定度的相關(guān)問(wèn)題

卓仕明

（馬山縣工商和質(zhì)監(jiān)局計(jì)量檢定測(cè)試所 廣西南寧 530699）

測(cè)量不確定度的分析與評(píng)定工作是在計(jì)量檢測(cè)過(guò)程中最為重要的工作之一，其原因在于不確定度的測(cè)量既可以將測(cè)量值分散性誤差體現(xiàn)出來(lái)，還作為測(cè)量不確定度與測(cè)量結(jié)果之間的重要參考依據(jù)表現(xiàn)出重要的作用。綜上所述，對(duì)計(jì)量檢定中不確定度的測(cè)量工作應(yīng)當(dāng)保持高度重視，進(jìn)行深入研究。本文將從測(cè)定不確定度工作入手，重點(diǎn)研究測(cè)量誤差與不確定度的存在關(guān)系，并結(jié)合筆者自身工作經(jīng)驗(yàn)探討在計(jì)量檢定中如何正確地測(cè)量不確定度的方法，以便各位讀者閱讀參考。

計(jì)量檢定；測(cè)量不確定度；測(cè)量值

前言

在計(jì)量檢定活動(dòng)中，測(cè)量不確定度是其中一個(gè)最重要的參數(shù)之一。伴隨著我國(guó)社會(huì)與消費(fèi)者對(duì)企業(yè)業(yè)務(wù)精度要求的不斷增加，并隨著我國(guó)市場(chǎng)化競(jìng)爭(zhēng)程度的加劇，計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核工作也漸漸轉(zhuǎn)向了規(guī)范化與制度化的方向，在眾多計(jì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)中，測(cè)量不確定度便是其中之一，但在實(shí)際工作過(guò)程中，存在一些人對(duì)測(cè)量不確定度與測(cè)量誤差的區(qū)別與聯(lián)系并不明確，甚至將二者等同視之，因此對(duì)測(cè)量不確定度的研究與分析刻不容緩，從而為精準(zhǔn)地進(jìn)行計(jì)量檢測(cè)工作奠定基礎(chǔ)。

1 測(cè)量不確定度的概念簡(jiǎn)述

測(cè)量不確定度的定義實(shí)際上缺乏統(tǒng)一而又具體的說(shuō)法，通常被認(rèn)為是表征合理地賦予被測(cè)量之值的分散型，且與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。在計(jì)量檢定工作中提及的測(cè)量不確定度是指測(cè)量?jī)x器示值誤差的不確定度的簡(jiǎn)稱。測(cè)量不確定度是與測(cè)量結(jié)果有關(guān)的參數(shù)之一，也是表現(xiàn)測(cè)量值分散度的指標(biāo)，它描述了測(cè)量結(jié)構(gòu)落在某一特定區(qū)間的一個(gè)概率，因?yàn)楸硎久恳淮螠y(cè)量的結(jié)果通常不是同一個(gè)值。對(duì)于測(cè)量結(jié)果來(lái)說(shuō)，其測(cè)量結(jié)題的可利用性與不確定度的大小高度相關(guān)，在測(cè)量?jī)x器使用外部校準(zhǔn)的情況下，需要在證書或報(bào)告書上寫明測(cè)量的不確定度。另外測(cè)量?jī)x器所測(cè)量結(jié)果的不確定度與測(cè)量?jī)x器的實(shí)質(zhì)誤差與最大允許誤差有很大程度的相關(guān)關(guān)系。

2 測(cè)量不確定度與誤差的關(guān)系

在實(shí)際的計(jì)量檢定工作中，通常會(huì)把誤差用不確定度來(lái)代替，就如同用JJF1059-1999替代JJF1027-1991中的測(cè)量誤差一樣。但不確定度和誤差是有很大的本質(zhì)區(qū)別的，因此不可以進(jìn)行等同看待或相互替代的。根據(jù)上文對(duì)不確定度的定義界定，測(cè)量的不確定度是對(duì)被測(cè)量所得值的合理表征，是一種與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)，而測(cè)量中的誤差則是測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量的真值之間所存在的差距。在實(shí)際的測(cè)量工作中，不論采用何種測(cè)量方法與操作程序，對(duì)同一被測(cè)量物的測(cè)量出的誤差都是大體相近的，但在不同的情況下，使用不同的測(cè)量?jī)x器所得到的不確定度卻是有極大不同的。對(duì)于測(cè)量?jī)x器的特性所導(dǎo)致的誤差是被允許的，通常使用最大允許誤差等術(shù)語(yǔ)來(lái)表述，從而證明誤差的存在是極為正常的，但不能用來(lái)替代不確定度，也不能用不確定度代替誤差。

在日常的計(jì)量檢定中，出具報(bào)告與證書時(shí)一般通過(guò)以下幾種途徑來(lái)度量測(cè)量?jī)x器的不確定度：

（1）在進(jìn)行測(cè)量裝置和系統(tǒng)的報(bào)告登記時(shí)，需要給出準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，與此同時(shí)也一定要給出測(cè)量?jī)x器的計(jì)量不確定度和相應(yīng)的擴(kuò)展不確定度，倘若所用測(cè)量裝置或系統(tǒng)對(duì)多個(gè)參量進(jìn)行校對(duì)和檢定，那么就需要分別對(duì)相對(duì)應(yīng)的參量的測(cè)量不確定度進(jìn)行標(biāo)注，萬(wàn)一所檢定和校對(duì)的測(cè)量范圍大，更應(yīng)當(dāng)把測(cè)量范圍分段給出個(gè)測(cè)量參量的不確定度，或者取其中的最大和最小的測(cè)量不確定度作為參考依據(jù)，并要對(duì)應(yīng)地寫出測(cè)量不確定度的測(cè)量條件和所產(chǎn)生的典型值。

（2）通常情況下在給按照準(zhǔn)確度級(jí)別來(lái)進(jìn)行使用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具出具證書或報(bào)告書時(shí)，不僅要給出測(cè)量的實(shí)際值，還要給出測(cè)量的修正值，除此之外，拓展的不確定度也是十分重要的指標(biāo)之一，可以方便測(cè)量從業(yè)人員進(jìn)行此類測(cè)量?jī)x器的計(jì)量工作，對(duì)于這類測(cè)量?jī)x器的使用需要增加修正值，并在計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器不確定度的評(píng)定過(guò)程中也需要用到這一數(shù)值。綜上所述，在證書或報(bào)告中的不確定度是十分必要的，必須要給出這一數(shù)值。

（3）在對(duì)按照準(zhǔn)確度級(jí)別應(yīng)用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具所出具的證書或報(bào)告中，對(duì)于客戶所要求出具的數(shù)據(jù)之外的數(shù)據(jù)一般不做要求，通常只需要給出符合該級(jí)別的技術(shù)指標(biāo)結(jié)論就足夠了，另外這類儀器在不確定度評(píng)定的過(guò)程中，可以不需要出具對(duì)應(yīng)的測(cè)量不確定度，因?yàn)樗o出的檢定系統(tǒng)或檢定規(guī)程所規(guī)定的最大允許誤差或其他相應(yīng)的信息來(lái)做出計(jì)量與評(píng)定。具體如圖1。

圖1 測(cè)量不確定度示意圖

3 并非所有的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器都需要使用不確定度的評(píng)定

通常情況下，幾乎所有的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器都需要給出測(cè)量不確定度的測(cè)定數(shù)值，從而保證測(cè)量過(guò)程結(jié)果的可用性，在測(cè)量檢定過(guò)程中給予精準(zhǔn)的測(cè)量結(jié)果。但并非所有的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器都需要使用不確定度的評(píng)定，符合以下兩種標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)量?jī)x器即便不進(jìn)行不確定度的評(píng)定，也可以得到較為準(zhǔn)確的測(cè)量結(jié)果，并可以減少檢定機(jī)構(gòu)工作人員的工作壓力。接下來(lái)將具體介紹這兩種不需要進(jìn)行不確定度的測(cè)定的情況：

（1）根據(jù)《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》中相關(guān)條例的要求，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確度等級(jí)較低，且對(duì)外部環(huán)境要求不高的特點(diǎn)的測(cè)量?jī)x器，可以通過(guò)國(guó)家質(zhì)檢總局所發(fā)布的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)量準(zhǔn)確度的認(rèn)定。而對(duì)于某些需要進(jìn)行檢定的儀器的重復(fù)適用性，儀器的穩(wěn)定性以及在檢定和校準(zhǔn)結(jié)果中的測(cè)量不確定度的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，可以依據(jù)其計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的不同特性來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單的確定。舉例來(lái)說(shuō)：衡器檢定裝置被國(guó)家質(zhì)檢總局認(rèn)定為第一批簡(jiǎn)化計(jì)量考核標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目，因此在檢定過(guò)程中可以不進(jìn)行測(cè)量不確定度的評(píng)定工作。

（2）在檢定工作的實(shí)際實(shí)施過(guò)程中，尤其是針對(duì)法制計(jì)量檢定的情況下，被測(cè)量所得值與其對(duì)應(yīng)的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)值之間存在一個(gè)估計(jì)值，對(duì)于測(cè)量中所要求的準(zhǔn)確度來(lái)說(shuō)，對(duì)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的不確定度和在進(jìn)行比較過(guò)程中所產(chǎn)生的不確定度通常是可以忽略不計(jì)的。舉例來(lái)說(shuō)：部分用于對(duì)強(qiáng)制檢定工作計(jì)量器具進(jìn)行評(píng)定的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)就是一種典型的不需要進(jìn)行不確定度評(píng)定的儀器。

4 并非所有的測(cè)量?jī)x器的檢定過(guò)程中都需要考慮測(cè)量不確定度

（1）根據(jù)《測(cè)量?jī)x器特性評(píng)定》（JJF1094-2002）的相關(guān)條例規(guī)定，計(jì)量檢定規(guī)程在對(duì)測(cè)量?jī)x器進(jìn)行評(píng)定時(shí)，是通過(guò)規(guī)程對(duì)評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)、方法及環(huán)境條件等提出對(duì)應(yīng)的規(guī)定，保證能夠滿足檢定系統(tǒng)表量只進(jìn)行相互傳遞的要求，倘若被評(píng)定的測(cè)量?jī)x器所處在的環(huán)境與狀態(tài)都相對(duì)穩(wěn)定且正常，其所測(cè)量得出的示值誤差也會(huì)處于一個(gè)相對(duì)合理的范圍之內(nèi)。因此可以得出：當(dāng)規(guī)程中的每一個(gè)檢定點(diǎn)的示值誤差處于評(píng)定要求的范圍內(nèi)，就可以將改測(cè)量?jī)x器的示值誤差視為處于該準(zhǔn)確度級(jí)別的鑒定要求之上，在這種情況下，可以忽略測(cè)量不確定度對(duì)示值誤差評(píng)定所產(chǎn)生的影響。

（2）在另一種情況中，當(dāng)評(píng)定示值誤差的不確定度與被評(píng)定測(cè)量?jī)x器的最大允許誤差的絕對(duì)值之比少于或包含一比三的時(shí)候，可以忽略示值誤差評(píng)定的測(cè)量不確定度所產(chǎn)生的影響。但如果被評(píng)定測(cè)量?jī)x器的示值誤差沒有超出被允許的最大誤差限度內(nèi)，便可以視為合格。如果被評(píng)定測(cè)量?jī)x器的示值誤差超出了被允許的最大誤差限度，就應(yīng)當(dāng)判為不合格。這一情況說(shuō)明，存在一些測(cè)量?jī)x器的檢定不需要考慮其測(cè)量的不確定度。

5 測(cè)量不確定度在計(jì)量檢定中的簡(jiǎn)化應(yīng)用存在的問(wèn)題

測(cè)量不確定度在計(jì)量檢定中的簡(jiǎn)化應(yīng)用的問(wèn)題主要包括以下四點(diǎn)：

（1）不確定度的來(lái)源問(wèn)題。在不確定度分析的具體過(guò)程中，通常難以確定不確定度來(lái)源，因此會(huì)存在將測(cè)量不確定度重復(fù)地引入計(jì)算的情況，從而使得合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的時(shí)候出現(xiàn)較大的誤差。無(wú)法了解不確定度的來(lái)源，就難以得到標(biāo)準(zhǔn)不確定度，嚴(yán)重影響到不確定度的評(píng)價(jià)意義，并且給儀器計(jì)量檢定工作帶來(lái)較大的負(fù)面影響。

（2）不確定度的評(píng)定模型難以建立。雖然對(duì)于不確定評(píng)定模型的建立方面已經(jīng)有了較為豐富的研究，但其中存在的問(wèn)題不能忽略，在短期內(nèi)有難以找到有效解決其缺陷的方法。

（3）對(duì)于包含的因子取值的問(wèn)題。包含因子對(duì)于不確定度評(píng)定的結(jié)果具有較大的影響，因此其取值對(duì)于不確定度的影響巨大，但如果對(duì)包含因子的輸入量及輸出量的分布估計(jì)不合理的話，就會(huì)導(dǎo)致包含因子的取值不當(dāng)。

（4）評(píng)定報(bào)告表述上，存在表述內(nèi)容不完善，對(duì)測(cè)量方法及過(guò)程缺乏細(xì)致具體的說(shuō)明，對(duì)于專業(yè)術(shù)語(yǔ)的運(yùn)用不夠規(guī)范，導(dǎo)致公式難以辨明其對(duì)應(yīng)性等問(wèn)題。

圖2

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，目前的計(jì)量檢定工作中，對(duì)于不確定度的使用與檢定仍存在著一定的誤區(qū)，計(jì)量人員應(yīng)當(dāng)在保證檢定測(cè)量結(jié)果的精確性的基礎(chǔ)上，盡量減少對(duì)測(cè)量不確定度的工作量，根據(jù)相關(guān)規(guī)定條例對(duì)計(jì)量檢定工作中的測(cè)量不確定度進(jìn)行簡(jiǎn)化，從而做到既能夠保證測(cè)量結(jié)果的科學(xué)性、有效性，又能夠提高測(cè)量工作的效率。計(jì)量人員要提高對(duì)測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確性的重視，對(duì)證書與測(cè)量報(bào)告中的內(nèi)容進(jìn)行正確的理解，從而提高測(cè)量結(jié)果的精度，推動(dòng)計(jì)量在全社會(huì)的統(tǒng)一與一致。

[1]楊盛榮.試述測(cè)量不確定度在機(jī)械天平計(jì)量檢定中的應(yīng)用[J].科技資訊，2012（7）：86.

[2]景琦.電子經(jīng)緯儀在一測(cè)回水平方向標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)量檢定中兩種方法比較[J].地震工程學(xué)報(bào)，2015（4）：1132～1135.

[3]劉東升，趙普俊，劉縉林等.標(biāo)準(zhǔn)表法LPG加氣機(jī)檢定裝置及其測(cè)量不確定度分析與評(píng)定[J].石油與天然氣化工，2012，41（3）：337～340.

TB9

A

1004-7344（2016）21-0335-02

2016-7-10.

卓仕明（1974-），男，漢族，廣西馬山人，初級(jí)工程師，本科，主要從事計(jì)量檢定測(cè)試工作。