不確定度在市級計量技術(shù)機構(gòu)的應用

【摘要】本文簡要介紹了市級計量技術(shù)機構(gòu)在計量標準建立時技術(shù)報告的撰寫，計量檢定和校準證書、報告的出具，計量標準建立，CNAS實驗室認可，計量比對，能力驗證，計量標準器證書確認等方面不確定度的應用，以及在應用不確定度時的注意事項，對實驗室提升管理質(zhì)量具有一定指導意義。

【關鍵詞】不確定度；計量技術(shù)機構(gòu)；計量比對；能力驗證

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.05.022

Application of Uncertainty in Municipal Metrology Technical Institutions

WANG Wei

（Jincheng Comprehensive Inspection and Testing Center， Jincheng 048000， China）

Abstract： This article briefly introduces the application of uncertainty in various aspects such as the writing of technical reports on the establishment of measurement standards， the issuance of measurement verification and calibration certificates， the establishment of measurement standards， CNAS laboratory recognition， measurement comparison， capability verification， and the confirmation of measurement standard certificate by municipal metrology technology institutions， as well as the precautions for applying uncertainty. It has practical guiding significance for improving the management quality of laboratories.

Key words： uncertainty； metrology technology institutions； measurement comparison； capability verification

1不確定度的意義及發(fā)展歷程

1.1不確定度的意義

JJF 1001—2011《通用技術(shù)計量術(shù)語及定義》中4.2條款規(guī)定，測量是通過實驗獲得并合理賦予某一個或多個量值的過程。測量的目的就是為確定被測量對象的量值。而任何一個被測量對象在一定條件下都具有客觀存在的確定值。在測量時，因各種因素的存在會導致測量結(jié)果與確定值（即真值）間產(chǎn)生偏差，但這個偏差只能在允許的合理范圍內(nèi)。例如：1990年發(fā)射的哈勃望遠鏡，起初傳回的圖像模糊，經(jīng)查主鏡打磨要求形狀誤差為10納米，但實際卻達到2200納米。儀器誤差嚴重降低了望遠鏡成像清晰度，不得已又耗費巨資經(jīng)過5次太空維修升級，才滿足精密要求。因此，我們可以看到只有確保測量器具、測量數(shù)據(jù)的準確性，才能保證結(jié)果可信度，而測量不確定度恰恰就是定量評定數(shù)據(jù)、結(jié)果質(zhì)量的最好辦法。

1.2不確定度的發(fā)展

1）國外情況

1927年德國物理學家海森堡量子力學中提出的“測不準關系”，也稱為“不確定度關系”，30多年后國際上開始逐漸出現(xiàn)用測量不確定度來定量評定測量結(jié)果質(zhì)量的建議。自從不確定度概念提出后，隨著理論和應用不斷發(fā)展，各個測量領域也開始逐漸采用。1980年國際計量局起草實驗不確定度建議書INC-1（1980），1981年、1986年國際計量委員會分別發(fā)布建議書CI-1981、CI-1986。為進一步規(guī)范和促進不確定度在國際上的影響力，1993年國際標準化組織（ISO）發(fā)布《測量不確定度表示指南》和第二版《國際通用計量學基本術(shù)語》。

2）國內(nèi)情況

測量不確定度的概念引入我國的時間相對較短。多個領域?qū)y量不確定度的應用還處于起步階段。1986年，中國計量科學研究院率先與國際接軌，要求測量和檢定工作中不確定度的評定應按照INC-1（1980）。1993年中國版《測量不確定度表示指南》（簡稱GUM）出版。1999年原國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局組織計量方面的權(quán)威專家經(jīng)過深入探討，在等同于采用GUM的基礎上批準發(fā)布JJF 1059—1999《測量不確定度評定與表示》，同年軍工版GJB 3756—99《測量不確定度的表示及評定》也相繼發(fā)布。在此之后，中國合格評定國家認可委員會（CNAS）也發(fā)布了一系列有關測量不確定度評定規(guī)范文件和指南文件構(gòu)成我國實驗室認可中測量不確定度評定框架。

2不確定度的評定方法

3不確定評定在市級計量技術(shù)機構(gòu)的應用

3.1直接評定（GUM法）

市級法定計量檢定機構(gòu)在進行測量不確定度的評定時，一般采用直接評定法，就是在試驗條件（檢定、校準方法、環(huán)境條件、測量儀器、被測對象和測量過程）明確的基礎上，按照GUM法測量不確定度傳播律，分析各輸入量標準不確定度以及靈敏系數(shù)c，同時再考慮輸入量間的相關性計算合成不確定度uc（ y ），最后根據(jù)對置信度的要求（一般包含概率p為95%或99%）確定包含因子（k取2或3），從而求出擴展不確定度。

3.2某地市級計量技術(shù)機構(gòu)現(xiàn)依據(jù)的規(guī)程規(guī)范及數(shù)學模型統(tǒng)計

筆者對某一地級計量技術(shù)機構(gòu)已通過考核的65項計量標準所依據(jù)的78個計量檢定規(guī)程或校準規(guī)范的數(shù)學模型進行統(tǒng)計（見圖1和圖2）。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，市級計量技術(shù)機構(gòu)所接觸到的檢定、校準規(guī)范數(shù)學模型近90%為線性函數(shù)，少數(shù)為非線性函數(shù)，因此對于市級技術(shù)機構(gòu)技術(shù)人員來說了解、評定及應用不確定度困難要小些。

3.3不確定度在市級法定計量技術(shù)機構(gòu)中的應用

不確定度貫穿于市級計量技術(shù)機構(gòu)的整個計量業(yè)務工作過程中，從國家檢定系統(tǒng)表到檢定規(guī)程、校準規(guī)范的使用，從建立計量標準的技術(shù)報告的撰寫到現(xiàn)場實驗考評，從計量器具業(yè)務受理到檢定和校準證書、報告的出具，從計量標準建立到CNAS實驗室認可，從計量比對到能力驗證，從量值溯源到量值傳遞都會應用到不確定度。

3.3.1計量建標過程中不確定度

實驗室開展計量工作時，按照JJF 1033—2016《計量標準考核規(guī)范》技術(shù)文件的建標要求會隨時應用到不確定度。比如：計量標準的不確定度、計量標準器的不確定度、檢定或校準結(jié)果的不確定度、開展的檢定或校準項目的不確定度等。計量建標準備資料技術(shù)報告不確定度的評定就完整包含了以上信息。

1）計量標準的不確定度和計量標準器的不確定。JJF 1033—2016《計量標準考核規(guī)范》中3.6款對計量標準的不確定度專門做了表述。計量標準不確定度是指“在檢定或校準結(jié)果的不確定度中，由計量標準引入的測量不確定度分量，它包含計量標準器及配套設備引入的不確定度”?？梢娪嬃繕藴势鞯牟淮_定度是單指由計量標準器所引入的不確定度，計量標準的不確定度是指由計量標準器及其配套設備分別引入的不確定度分量之和，兩者是整體與部分、集合與元素的關系，而且計量標準的不確定度才是技術(shù)報告不確定度評定中的一個分量。

2）檢定或校準結(jié)果的不確定度是指用計量標準對常規(guī)的被測對象進行檢定或校準時所得結(jié)果的不確定度，該不確定度不僅包含了計量標準的不確定度，還包含了環(huán)境條件、測量方法以及被測對象引入的不確定度，計算時就需要根據(jù)實際測量的數(shù)學模型具體分析。

3）開展檢定或校準項目的不確定度是指建立的計量標準裝置對未來被測對象的不確定要求。黏度計量值傳遞框圖中計量標準為二級黏度標準物質(zhì)，其黏度量值為Urel = 0.26%～2.0% （ k = 2 ），其開展旋轉(zhuǎn)黏度計檢定或校準的不確定度則為Urel = 0.5%～10%（ k = 2）。

3.3.2溯源證書的確認中不確定度

技術(shù)機構(gòu)在對計量標準器具進行量值溯源獲得校準證書后，必須進行證書確認方可歸檔開展工作。在得到校準證書后，我們首先要確認溯源機構(gòu)授權(quán)范圍（包括不確定度）是否能滿足檢定校準我們送檢標準器要求；其次確認校準證書上的結(jié)果（包括不確定度），對應其計量器具校準特性，查看是否符合其說明書上的特性；最后要確認校準數(shù)據(jù)（包括不確定度）是否能滿足JJF 1094—2002《測量儀器特性評定》要求，三者均滿足確認才算完成。校準證書確認很完美、很實際地體現(xiàn)JJF 1001—2011《通用計量術(shù)語及定義》中4.10條款對“校準”的定義。

3.3.3出具的證書中不確定度

證書是實驗室的最終產(chǎn)品，不過檢定證書已給出合格與否的判定，其不確定度不多做考慮，此處只講已通過CNAS實驗室認可校準證書的不確定度，因為不包含不確定度的校準證書就是一張廢紙。CNAS-CL01-G003：2021《測量不確定度的要求》規(guī)定“認可的CMC應是在常規(guī)條件下的校準中可獲得的最小測量不確定度，其評估應基于現(xiàn)有的最佳儀器”“校準實驗室應在校準證書中報告經(jīng)認可的每個校準結(jié)果的測量不確定度，且報告的測量不確定度不得小于認可的CMC”。可以看出CNAS實驗室認可校準證書的不確定度與計量建標技術(shù)報告中檢定或校準結(jié)果的不確定度有很大區(qū)別。CNAS也要求在常規(guī)條件做不確定度，但它需要的是基于最佳儀器，而計量建標只規(guī)定常規(guī)條件，使用普通儀器即可。所以兩者不可混用，更不可替代。

3.3.4計量比對中不確定度

JJF 1117—2010《計量比對》規(guī)定比對是指“在規(guī)定條件下，在相同量的計量基準、計量標準所復現(xiàn)或保持的量值之間進行比較、分析和評價的過程”。比對考察的是同等級或規(guī)定的不確定度范圍內(nèi)的計量標準裝置之間量值的關系。比對既考驗實驗室報出數(shù)據(jù)的準確性，也關心數(shù)據(jù)附帶的不確定度評定的合理性?？梢哉f在評價比對測量結(jié)果質(zhì)量好壞上，不確定度有時比數(shù)據(jù)還要重要。

2020年市場監(jiān)管總局專門發(fā)布的《關于加強計量比對工作的指導意見》中強調(diào)“強化計量比對結(jié)果使用，進一步提升計量比對供給質(zhì)量和效益，推動完善量值溯源體系、計量監(jiān)督體系”。近幾年國家對計量比對的重視程度越來越高，可能將來量值溯源、計量標準考核、法定計量機構(gòu)考核、CNAS認可考核中計量器具溯源證書僅作參考，計量比對反而成為量值溯源體系的重要一環(huán)。

3.3.5期間核查中不確定度

3.3.6不確定度表示與報告

實驗室在完成測量不確定度的分析與評定后，肯定要以報告的形式將其表示出來。不確定度的表示有2種，分別是合成標準不確定度和擴展不確定度。在報告測量結(jié)果時，被測量的結(jié)果務必與擴展不確定度末位對齊，不確定度一般只能為1～2位有效數(shù)字，第1位有效數(shù)字是1或2時，需保留2位有效數(shù)字，保留的末位有效數(shù)字后面一位非零數(shù)字的舍入，比較保險的做法是只入不舍。

舉例說明：保留2位有效數(shù)字，不確定度值為U=0.121 kg，保留2位則U=0.12 kg；保留1位有效數(shù)字，不確定度值為U=0.18 kg，保留1位則U=0.2 kg；末位對齊，測量結(jié)果為36.577 kg，不確定度為0.2 kg，末位對齊則測量結(jié)果應表示為36.6 kg。

4不確定度與質(zhì)量控制

實驗室質(zhì)量控制就是對檢定、校準過程進行監(jiān)測控制，確保出具的測量結(jié)果真實、準確、可靠，而不確定度就是對測量結(jié)果的科學表述。市級計量技術(shù)機構(gòu)想通過質(zhì)量控制提升產(chǎn)品質(zhì)量管理水平需要做到以下幾點：第一，樹立不確定度與質(zhì)量的理念，明確不確定度是質(zhì)量的重要技術(shù)指標；第二，加大對技術(shù)人員不確定度知識理論的培訓力度，通過學習掌握了解不確定度；第三，加強不確定度應用的管理，確保在業(yè)務工作中使用無誤。

5總結(jié)

測量不確定度是建立在現(xiàn)代誤差理論基礎的一個新的概念，現(xiàn)代誤差理論研究是重要內(nèi)容，測量不確定度是經(jīng)過人們的分析和依步驟評定獲得，可以對測量結(jié)果做出定量判定。相比于測量誤差，測量不確定度的可操作性更強，對測量的影響因素分析更全面，對測量結(jié)果的表述更科學合理。在市級計量技術(shù)機構(gòu)中，測量不確定度對實驗室評價測量結(jié)果的準確性和可靠性，實驗室質(zhì)量控制以及實驗室風控等方面都有至關重要的作用。為提升人員素質(zhì)、控制數(shù)據(jù)質(zhì)量、降低實驗室風險，市級計量技術(shù)機構(gòu)應著實加強對測量不確定度評定與應用的專業(yè)知識的學習、理解、掌握與應用。

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【作者簡介】

王偉，男，1986年出生，工程師，研究方向為計量技術(shù)管理與標準化。

（編輯：李加鵬）