建立計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)過程中的不確定度分析

管西娟 趙越 侯蕊 彭潞 趙智慧 黃天浩/上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院

0 引言

JJF 1033-2016《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》[1]中指出計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)是“具有確定的量值和相關(guān)聯(lián)的測(cè)量不確定度，實(shí)現(xiàn)給定量定義的參照對(duì)象?！彼前延?jì)量基準(zhǔn)所復(fù)現(xiàn)的單位量值逐級(jí)傳遞到工作計(jì)量器具以及將測(cè)量結(jié)果在允許的范圍內(nèi)溯源到國家計(jì)量基準(zhǔn)的重要環(huán)節(jié)[2]。從定義可知，測(cè)量不確定度是其必不可少的一部分。JJF 1059.1-2012《測(cè)量不確定度的評(píng)定與表示》[3]中指出測(cè)量不確定度是“根據(jù)所用到的信息，表征賦予被測(cè)量值分散性的非負(fù)參數(shù)?！彼桥c測(cè)量結(jié)果相關(guān)聯(lián)的參數(shù)，用于表征合理賦予被測(cè)量的值的分散性。測(cè)量不確定度越大，表示測(cè)量能力越差；反之，表示測(cè)量能力越強(qiáng)[4]。

在建立計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的過程中，很重要的一項(xiàng)工作就是填寫計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核（復(fù)查）申請(qǐng)書以及創(chuàng)建計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)報(bào)告，而其中涉及的不確定度是一項(xiàng)重要指標(biāo)。本文就其中涉及的幾種不確定度的概念、特點(diǎn)、區(qū)別及注意事項(xiàng)進(jìn)行簡要的分析。

1 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核（復(fù)查）申請(qǐng)書中“不確定度或準(zhǔn)確度等級(jí)或最大允許誤差”中的不確定度。申請(qǐng)書中共涉及三種不確定度。

1.1 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的不確定度

JJF 1033-2016《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》實(shí)施指南[5]中指出“計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的不確定度”是指在檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度中，由計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)所引入的不確定度分量。由于計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)主要由計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器和主要配套設(shè)備組成，因此計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的不確定度應(yīng)當(dāng)包括計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器引入的不確定度分量以及主要配套設(shè)備引入的不確定度分量。如機(jī)動(dòng)車排放氣體測(cè)試儀檢定裝置，該計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的不確定度為CO：Urel= 1.1%（k=2）；HC：Urel= 1.1% （k= 2）；CO2：Urel= 1.1%（k= 2）；NO：Urel= 1.1%（k= 2）；O2：Urel= 1.1%（k=2）。它不包括被測(cè)對(duì)象、測(cè)量方法、以及環(huán)境條件等對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的不確定度主要是由上級(jí)計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)檢定或校準(zhǔn)時(shí)給出的測(cè)量不確定度，不需要本實(shí)驗(yàn)室給出。

1.2 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器的不確定度

“計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器的不確定度”是指在計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的不確定度中由計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器所引入的不確定度分量。例如，機(jī)動(dòng)車排放氣體測(cè)試儀檢定裝置的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器為CO、C3H8、CO2、NO/N2氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和O2/N2氣體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，不確定度均為Urel= 1%（k= 2）。它是計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)不確定度的一部分，因此，“計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器的不確定度”一般小于“計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的不確定度”。

1.3 開展檢定或校準(zhǔn)項(xiàng)目的不確定度

“開展檢定或校準(zhǔn)項(xiàng)目的不確定度”是指對(duì)被檢定或被校準(zhǔn)對(duì)象的不確定度要求，也就是將來用該計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其他的測(cè)量設(shè)備進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)時(shí)對(duì)所得結(jié)果的不確定度要求，即“目標(biāo)不確定度”。目標(biāo)不確定度是指根據(jù)測(cè)量結(jié)果的預(yù)期用途，規(guī)定作為上限的測(cè)量不確定度。例如，醫(yī)用超聲源檢定裝置可開展的項(xiàng)目有醫(yī)用超聲診斷儀超聲源、超聲多普勒胎兒監(jiān)護(hù)儀超聲源和超聲多普勒胎心儀超聲源，三者的不確定度要求均為Urel= 20%（k= 2），即用該計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)時(shí)所得結(jié)果的不確定度不能大于Urel= 20%（k= 2）。

1.4 填寫“不確定度或準(zhǔn)確度等級(jí)或最大允許誤差”欄中不確定度時(shí)的注意事項(xiàng)

1）若該計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量的是多個(gè)量，應(yīng)當(dāng)分別給出每個(gè)量對(duì)應(yīng)的不確定度。例如，醫(yī)用注射泵和輸液泵校準(zhǔn)裝置可以校準(zhǔn)“流量”和“阻塞壓力”兩個(gè)量，應(yīng)當(dāng)分別給出流量的不確定度和阻塞壓力的不確定度。

2）對(duì)于同一個(gè)量，若存在不同的測(cè)量點(diǎn)或不同的測(cè)量范圍，原則上應(yīng)該給出對(duì)應(yīng)于每一個(gè)測(cè)量點(diǎn)的不確定度，至少應(yīng)該分段給出不確定度，以每一分段中的最大不確定度來表示。例如，醫(yī)用注射泵和輸液泵校準(zhǔn)裝置在測(cè)流量時(shí)，在5～19.9 mL/h，其不確定度為Urel= 2.4%（k= 2） ；在 20 ～ 200 mL/h，其不確定度為Urel= 1.2%（k=2） ；在 201 ～ 500 mL/h，其不確定度為Urel= 2.4%（k= 2）。

2 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)報(bào)告中“檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度”

2.1 檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度

檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度[5]是指用該計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)常規(guī)的被測(cè)對(duì)象進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)時(shí)所得結(jié)果的不確定度。該不確定度不僅包括計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)引入的不確定度分量，還包括被測(cè)對(duì)象、測(cè)量方法、環(huán)境條件等對(duì)檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的影響。如對(duì)醫(yī)院在用的輸液泵校準(zhǔn)其 15 mL/h 流量時(shí)，其不確定度為Urel= 2.6%（k= 2）。因此“檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度”一般大于“計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的不確定度”。

2.2 兩種特殊的檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度

1）校準(zhǔn)和測(cè)量能力（CMC）中的不確定度

校準(zhǔn)和測(cè)量能力（CMC）[6]是校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室在常規(guī)條件下能夠提供給客戶的校準(zhǔn)和測(cè)量的能力。CMC是校準(zhǔn)能力的完整表達(dá)，與認(rèn)可范圍中校準(zhǔn)能力范圍所包含的內(nèi)容一致，它包含被測(cè)量的名稱、校準(zhǔn)方法、測(cè)量范圍及其不確定度。該不確定度是在常規(guī)條件下的校準(zhǔn)中可獲得的最小的測(cè)量不確定度，有時(shí)也稱為最佳不確定度。獲得認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室在證書報(bào)告中給出的測(cè)量不確定度，不得小于認(rèn)可的CMC。

2）常規(guī)不確定度

它是指選取常規(guī)的被測(cè)對(duì)象，在滿足計(jì)量檢定規(guī)程或計(jì)量技術(shù)規(guī)范的前提下至少應(yīng)該達(dá)到的臨界條件下進(jìn)行檢定或校準(zhǔn)所得測(cè)量結(jié)果的不確定度。這樣評(píng)定得到的測(cè)量不確定度是在規(guī)定條件下可能得到的最大不確定度。也就是說，在實(shí)際的測(cè)量中只要測(cè)量條件滿足要求，測(cè)量不確定度肯定不會(huì)大于此值。在出具檢定證書或校準(zhǔn)報(bào)告時(shí)可以直接引用該不確定度，這樣做的好處是不必對(duì)每一個(gè)測(cè)量結(jié)果單獨(dú)評(píng)定其不確定度，除非用戶對(duì)測(cè)量不確定度有更高的要求。

3 結(jié)語

在建立計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的過程中共涉及四種不確定度：計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的不確定度、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器的不確定度、開展的檢定或校準(zhǔn)項(xiàng)目的不確定度、檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度，其中檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度又包括最佳不確定度和常規(guī)不確定度，關(guān)系如下：計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器的不確定度＜計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的不確定度≤常規(guī)不確定度＜開展的檢定或校準(zhǔn)項(xiàng)目的不確定度。CMC中的不確定度一經(jīng)認(rèn)可，不可隨意更改。如有設(shè)備更新、方法改進(jìn)等需要重新評(píng)定并向CNAS申報(bào)重新申請(qǐng)考核。