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計(jì)量論壇

標(biāo)題: [轉(zhuǎn)]測(cè)量不確定度與校準(zhǔn)測(cè)量能力要義 [打印本頁]

作者: 飄逸狂想 時(shí)間: 2007-4-19 19:59
標(biāo)題: [轉(zhuǎn)]測(cè)量不確定度與校準(zhǔn)測(cè)量能力要義
測(cè)量不確定度與校準(zhǔn)測(cè)量能力要義

摘要：本文嘗試宏觀、抽象地探討測(cè)量不確定度及校準(zhǔn)測(cè)量能力，試圖串起全部相關(guān)知識(shí)。
關(guān)鍵詞：測(cè)量不確定度校準(zhǔn)測(cè)量能力定義認(rèn)識(shí) 要旨要點(diǎn)
測(cè)量不確定度是衡量測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的重要參數(shù)，校準(zhǔn)測(cè)量能力是衡量認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室技術(shù)能力的重要參數(shù)。作為概念，它們有著豐富的內(nèi)涵；就操作層面而言，則又獨(dú)有其專業(yè)知識(shí)性。這兩個(gè)概念及評(píng)定表示，貫穿全部評(píng)價(jià)測(cè)量結(jié)果質(zhì)量及實(shí)驗(yàn)室能力的相關(guān)知識(shí)，筆者認(rèn)為萃取和深切領(lǐng)會(huì)其要義是全部相關(guān)知識(shí)及應(yīng)用的核心所在。下面嘗試作探討。

一、關(guān)于測(cè)量不確定度

測(cè)量不確定度定義

定義1：由測(cè)量結(jié)果給出的被測(cè)量估計(jì)值的可能誤差的度量。

定義2：表征被測(cè)量的真值所處范圍的評(píng)定。

定義3：表征合理地賦予被測(cè)量之值的分散性，與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。

定義3是《jjf1001-1998通用計(jì)量術(shù)語及定義》給出的當(dāng)前定義，其著眼于測(cè)量結(jié)果及其分散性，為操作性定義。但它與定義1、定義2并不矛盾，3種定義不確定度的評(píng)定方法及表達(dá)形式均可以《jjf1059-1999測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》為依據(jù)。

理解定義的背景及產(chǎn)生原因

相對(duì)于舊傳統(tǒng)的以誤差論測(cè)量結(jié)果，引入測(cè)量不確定度無疑是測(cè)量技術(shù)認(rèn)識(shí)進(jìn)步的標(biāo)志。一切測(cè)量結(jié)果都不可避免地具有不確定度，測(cè)量結(jié)果的不確定度反映了對(duì)被測(cè)量之值的認(rèn)識(shí)不足。測(cè)量過程中的系統(tǒng)效應(yīng)、隨機(jī)效應(yīng)及數(shù)據(jù)處理中的修約均會(huì)導(dǎo)致測(cè)量不確定度，分類是系統(tǒng)研究產(chǎn)生測(cè)量不確定度來源的常用方法，立足全測(cè)量系統(tǒng)的每一環(huán)節(jié)具體分析，是準(zhǔn)確把握測(cè)量不確定度來源的關(guān)鍵。

評(píng)定、表示的前提的認(rèn)識(shí)

認(rèn)識(shí)1：測(cè)量不確定度作為待認(rèn)識(shí)的量值，同樣存在一個(gè)認(rèn)識(shí)不足的問題，對(duì)其進(jìn)行絕對(duì)充分、有效而嚴(yán)格的評(píng)定是不可能的。不同的評(píng)定準(zhǔn)則解決這一問題只存在接近真實(shí)量值程度的不同。

認(rèn)識(shí)2：對(duì)“全部不確定度分量均貢獻(xiàn)給了測(cè)量結(jié)果的分散性”中不確定度分量的認(rèn)識(shí)要注意兩點(diǎn)，一是注意分量是按產(chǎn)生不確定度的來源分類確定，還是按評(píng)定準(zhǔn)則的規(guī)定分類確定，這有利于將分量的本質(zhì)與分量的處理方式區(qū)分開來；二是注意保持分量本質(zhì)的一致性，既要發(fā)揮分量處理方式的作用，又要避免分量重復(fù)貢獻(xiàn)。

認(rèn)識(shí)3：測(cè)量不確定度評(píng)定準(zhǔn)則、評(píng)定程序是對(duì)探求測(cè)量不確定度作為待認(rèn)識(shí)量所作的人為規(guī)定，不同的評(píng)定準(zhǔn)則都不可回避地對(duì)量作出相應(yīng)的選擇。選擇即是限制，往往有對(duì)（不確定度）量及分量的本質(zhì)的限制，又有對(duì)量及分量?jī)?nèi)在理性關(guān)系的限制。如jjf1059-1999對(duì)表示不確定度的量的規(guī)定：

——能從對(duì)不確定度有貢獻(xiàn)的分量導(dǎo)出，且與這些分量怎樣分組無關(guān)，也與這些分量如何進(jìn)一步分解為下一級(jí)分量無關(guān)，即它們是內(nèi)部協(xié)調(diào)一致的。

——當(dāng)一個(gè)測(cè)量結(jié)果用于下一個(gè)測(cè)量時(shí)，其不確定度可作為下一個(gè)測(cè)量結(jié)果不確定度的分量，即它們是可傳播的。

換言之，對(duì)內(nèi)部不協(xié)調(diào)和（或）不可傳播的（不確定度）量及分量，依據(jù)jjf1059-1999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》進(jìn)行評(píng)定是不適宜的。

認(rèn)識(shí)4：測(cè)量不確定度基本知識(shí)決定了它通常由測(cè)量過程的數(shù)學(xué)模型和不確定度的傳播律來評(píng)定。評(píng)定準(zhǔn)則不可能脫離常識(shí)，具體測(cè)量不確定度的評(píng)定只能按某個(gè)評(píng)定準(zhǔn)則，圍繞數(shù)學(xué)模型和傳播律，并結(jié)合實(shí)際情況確定所有有關(guān)的量和相應(yīng)數(shù)學(xué)模型評(píng)定。

認(rèn)識(shí)5：不是所有測(cè)量都對(duì)不確定度作出了要求。一切測(cè)量結(jié)果都有不確定度，但所有測(cè)量都要有不確定度，就進(jìn)入了認(rèn)識(shí)誤區(qū)。例如：體溫計(jì)(35－42)℃區(qū)間，36.5℃或36.6℃都正常，39℃、39.1℃都是發(fā)燒，不確定度為2.9%，為較大值，但要求重復(fù)性好。醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室這種情況較普遍，可見實(shí)際測(cè)量要求決定不確定度的應(yīng)用。

專業(yè)知識(shí)及應(yīng)用要旨

掌握測(cè)量不確定度方面的專業(yè)知識(shí)，可以學(xué)習(xí)技術(shù)文件《jjf1059-1999測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》、《gum-1993測(cè)量不確定度表示指南》及上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院《常用測(cè)量不確定度評(píng)定方法》等，應(yīng)用的關(guān)鍵是按評(píng)定程序規(guī)定的評(píng)定步驟規(guī)范地進(jìn)行評(píng)定，要點(diǎn)是全面搜集實(shí)驗(yàn)證據(jù)，并選擇適宜的評(píng)定方法對(duì)其進(jìn)行確認(rèn)。

二、關(guān)于校準(zhǔn)測(cè)量能力

校準(zhǔn)測(cè)量能力的定義

定義1：通常提供給用戶的最高測(cè)量水平，它用包含因子k=2的擴(kuò)展不確定度表示。（jjf1069-2000《法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)考核規(guī)范》）

定義2：通常提供給顧客的最高校準(zhǔn)與測(cè)量水平，它用置信水準(zhǔn)為95%的擴(kuò)展不確定度表示。（jjf1069-2003《法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)考核規(guī)范》）

定義3：通常提供給用戶的最高測(cè)量水平，它用包含因子k=2（或置信概率p=95%）的擴(kuò)展不確定度表示。（jjf1104-2003《國(guó)家計(jì)量檢定系統(tǒng)表編寫規(guī)則》）

定義4：為了便于用戶比較實(shí)驗(yàn)室的能力和水平，對(duì)于一般應(yīng)用，擴(kuò)展不確定度應(yīng)對(duì)應(yīng)95%的置信水平。在表述實(shí)驗(yàn)室能力時(shí)，一般采用最佳測(cè)量能力，即根據(jù)日常校準(zhǔn)或檢測(cè)系統(tǒng)，被校或被測(cè)樣品接近理想狀態(tài)時(shí)評(píng)定的最小測(cè)量不確定度。（cnal/ar11：2003《測(cè)量不確定度政策》）

從定義看，這是一個(gè)技術(shù)管理與技術(shù)評(píng)定的復(fù)合型定義，校準(zhǔn)測(cè)量能力與測(cè)量不確定度相關(guān)聯(lián)。

理解背景

對(duì)被測(cè)量、測(cè)量方法以及被檢測(cè)測(cè)量?jī)x器類型和測(cè)量范圍的管理，是以往對(duì)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室能力管理的主要內(nèi)容，雖然校準(zhǔn)測(cè)量能力并不一定完全反映實(shí)驗(yàn)室真實(shí)的技術(shù)能力，但其作為重要參數(shù)引入無疑具有里程碑式的意義，與測(cè)量技術(shù)認(rèn)識(shí)進(jìn)步（引入測(cè)量不確定度）相呼應(yīng)。測(cè)量技術(shù)進(jìn)步和實(shí)驗(yàn)室政策關(guān)注層次的提升是實(shí)驗(yàn)室提升能力的源動(dòng)力。

幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)

認(rèn)識(shí)1：校準(zhǔn)測(cè)量能力的評(píng)定是認(rèn)可機(jī)構(gòu)的責(zé)任，需要得到外部客戶的信任，在實(shí)驗(yàn)室程序文件或作業(yè)指導(dǎo)書中應(yīng)包括對(duì)校準(zhǔn)測(cè)量能力的評(píng)定（通常這一評(píng)定應(yīng)緊隨校準(zhǔn)程序）。校準(zhǔn)測(cè)量能力作為重要技術(shù)參數(shù)，成為第一、二、三方共同關(guān)注的焦點(diǎn)。

認(rèn)識(shí)2：校準(zhǔn)測(cè)量能力通常是在認(rèn)可一覽表或其他支持認(rèn)可決定的文件，或認(rèn)可證書中描述的，由認(rèn)證機(jī)構(gòu)向社會(huì)定期發(fā)布認(rèn)可名錄時(shí)提供的基本信息之一。它意味著在認(rèn)可條件下，進(jìn)行正常的校準(zhǔn)活動(dòng)時(shí)，實(shí)驗(yàn)室無權(quán)宣稱具有比校準(zhǔn)測(cè)量能力更小的測(cè)量不確定度。實(shí)驗(yàn)室客戶據(jù)此判定在實(shí)驗(yàn)室或現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行特定校準(zhǔn)工作的適宜性。

識(shí)3：校準(zhǔn)測(cè)量能力與測(cè)量不確定度的評(píng)定準(zhǔn)則、評(píng)定程序是（或基本）相同，但通常校準(zhǔn)測(cè)量能力要得到更多的實(shí)驗(yàn)證據(jù)的支持，而陳述實(shí)際不確定度時(shí)，可只要求實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用現(xiàn)有程序文件規(guī)定的原則。

認(rèn)識(shí)4：校準(zhǔn)測(cè)量能力并不適用于作為所有實(shí)驗(yàn)室（或其開展的全部項(xiàng)目）的技術(shù)管理的重要參數(shù)，它有較強(qiáng)的專業(yè)針對(duì)性。它一般與可開展評(píng)定測(cè)量不確定度的測(cè)量對(duì)應(yīng)的項(xiàng)目（或?qū)嶒?yàn)室）相對(duì)應(yīng)。

相關(guān)知識(shí)要點(diǎn)

要點(diǎn)1：“常規(guī)校準(zhǔn)”掌握。它意味著實(shí)驗(yàn)室在其認(rèn)可條件下日常所執(zhí)行的校準(zhǔn)工作，應(yīng)能達(dá)到規(guī)定的例行的能力。實(shí)驗(yàn)室政策的牽引作用是應(yīng)該充分考慮的。

要點(diǎn)2：“理想被校”的理解及現(xiàn)實(shí)處理。理想被校是指對(duì)不確定度貢獻(xiàn)為零的被校。實(shí)際上這種被校難以找到，現(xiàn)實(shí)的處理方法是以較好被校代替“理想被校”，實(shí)驗(yàn)室通常使用的方法有：

a）選擇一個(gè)較穩(wěn)定，重復(fù)性很好的被校代替“理想被校”；

b）假設(shè)被校很穩(wěn)定，對(duì)測(cè)量結(jié)果分散性貢獻(xiàn)僅由其示值分辯力所引起，以這種穩(wěn)定被校代替“理想被校”。

要點(diǎn)3：校準(zhǔn)測(cè)量能力表示應(yīng)注意的一個(gè)問題。當(dāng)被校對(duì)測(cè)量結(jié)果的不確定度貢獻(xiàn)不大，且合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度不服從正態(tài)分布時(shí)，所報(bào)告的擴(kuò)展不確定度可能小于校準(zhǔn)測(cè)量能力，這時(shí)在評(píng)定校準(zhǔn)測(cè)量能力時(shí)就不能用包含因子k=2，而采用合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度分布相應(yīng)的包含因子，并必須說明所采用的包含因子。例如是均勻分布，包含因子k=1.65（相當(dāng)于p=95%）。

畢明文

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