砝碼的準(zhǔn)確度，誤差和不確定度終于弄懂了

國家計(jì)量技術(shù)規(guī)范JJF1033《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》對所采用的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具、配套設(shè)備, 以及所開展的檢定/校準(zhǔn)項(xiàng)目的準(zhǔn)確度指標(biāo), 要求填寫“不確定度或準(zhǔn)確度等級或最大允許誤差";JJF1069《法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)考核規(guī)范》和實(shí)驗(yàn)室國家認(rèn)可的校準(zhǔn)項(xiàng)目表格也都要求填寫檢定/校準(zhǔn)的“不確定度或準(zhǔn)確度等級或最大允許誤差"。這幾種表述方式, 表面看來僅僅在文字上有所區(qū)別, 而實(shí)際上在對這幾個(gè)項(xiàng)目如何表達(dá)的問題上, 都存在不同的理解。有不少專家提出用不確定度表示測量儀器的特性, 甚至有人提出“測量儀器的不確定度"這個(gè)概念, 這根本就是不合適的, 因?yàn)椴淮_定度是與結(jié)果相關(guān)的量, 沒有測量結(jié)果無從談起不確定度, 當(dāng)然這個(gè)說法也可以說是測量儀器在校準(zhǔn)結(jié)果測量不確定度中貢獻(xiàn)的那一部分分量。為了對表述測量儀器的準(zhǔn)確度指標(biāo)有統(tǒng)一的理解, 對儀器準(zhǔn)確度等級、最大允許誤差和不確定度的意義和內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行分析, 是有必要的。

幾種名詞的概念解釋和區(qū)分                                                              

要區(qū)別和理解測量儀器的最大允許誤差, 測量不確定度和準(zhǔn)確度等級的關(guān)系, 必須要了解它們的概念。最大允許誤差是指技術(shù)規(guī)范所規(guī)定的允許的誤差極限值, 是判定儀器是否合格的一個(gè)規(guī)定要求。測量不確定度是表征被測量量值分散性的一個(gè)參數(shù), 或表達(dá)成一個(gè)區(qū)間或一個(gè)范圍, 說明被測量的量值以一定概率落在其中, 它是用于說明測量結(jié)果的可信程度的。可見, 最大允許誤差、不確定度和準(zhǔn)確度等級具有不同概念。最大允許誤差只是一個(gè)允許誤差的確定范圍, 是認(rèn)為規(guī)定的一個(gè)區(qū)間。并且在文字的表述上, 最大允許誤差是一個(gè)術(shù)語不要分割, 要規(guī)范化, 可以把所指最大允許誤差的對象作為定語放在前面。最大允許誤差前面一定加±號。

填表中的不確定度, 需要填寫的是校準(zhǔn)測量能力, 其定義為:“通常提供給用戶的最高校準(zhǔn)測量水平, 它用包含因子k=2的擴(kuò)展不確定度表示"。它是當(dāng)不確定度概算中所有的不確定度分量都達(dá)到可能的最小值時(shí), 實(shí)驗(yàn)室得到的測量不確定度。一般來說都小于平時(shí)所出具的測量不確定度。在實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可申報(bào)工作中, 必須要求申請認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室申報(bào)該實(shí)驗(yàn)室的校準(zhǔn)測量能力, 這個(gè)時(shí)候是為了評價(jià)這個(gè)實(shí)驗(yàn)室所能達(dá)到的最高測量水平。

1 準(zhǔn)確度等級

測量儀器準(zhǔn)確度是定性概念。是測量儀器給出接近于真值的響應(yīng)的能力。必須明確測量儀器準(zhǔn)確度是定性概念, 以和國際接軌以及和上面規(guī)范保持一致是十分必要的。由于VIM和GUM是以多個(gè)國際組織的名義聯(lián)合頒布, 國際上各個(gè)組織也在逐漸消除這種不規(guī)范的表述。對于一些不合適的表達(dá), 如很多老版規(guī)程規(guī)范還在使用例如“二等活塞壓力計(jì)的準(zhǔn)確度為±0.05%", 只能是對標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等文件的修訂逐步改正。但是我們就不要使用不規(guī)范的表達(dá)了。

測量儀器的準(zhǔn)確度等級的表達(dá)必須依據(jù)計(jì)量檢定規(guī)程、檢定系統(tǒng)表、OIML國際建議、標(biāo)準(zhǔn)或其它技術(shù)文件。通常按最大允許誤差絕對值表示的測量儀器, 其級別用大寫拉丁數(shù)字、羅馬數(shù)字或阿拉伯?dāng)?shù)字表示, 必要時(shí)還可以用字母附以阿拉伯?dāng)?shù)字。例如:標(biāo)準(zhǔn)砝碼分為E1, F2等級。按引用最大允許誤差或相對最大允許誤差表示的測量儀器, 用阿拉伯?dāng)?shù)字表示, 而且常用百分?jǐn)?shù)表示而略去百分符號。例如:工作測力儀, 分為0.1級, 0.5級。按等劃分的測量儀器, 用中文數(shù)字或阿拉伯?dāng)?shù)字表示, 例如, 3等量塊。

但是, 受習(xí)慣的影響, 還是有一些人認(rèn)為準(zhǔn)確度等級既然包含數(shù)量, 作為定量表示未曾不可。確實(shí), 對于一部分以引用最大允許誤差或相對最大允許誤差表示的測量儀器, 準(zhǔn)確度等級與儀器的最大允許誤差有比較直接的對應(yīng)關(guān)系, 如0.5級工作測力儀的最大允許誤差為測量上限的±0.5%。所以有會人以偏概全, 以為全部都是這種情況, 以此出現(xiàn)了諸如“上級標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度為被檢儀器準(zhǔn)確度1/3"的錯誤表達(dá)。這種觀點(diǎn)顯然不具有普遍的意義, 比如對于F1等級砝碼, 說其準(zhǔn)確度的1/3, 會令人不知所云。以數(shù)字表達(dá)的準(zhǔn)確度等級和儀器的最大允許誤差不一定直接對應(yīng)。把適合于檢定1級材料試驗(yàn)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)測力儀定義為1級測力儀, 這種測力儀的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)略高于現(xiàn)行的JJG144《標(biāo)準(zhǔn)測力儀檢定規(guī)程》中0.3級測力儀。由此看出, 準(zhǔn)確度等級在一些時(shí)候只是一個(gè)檔次的的符號, 不能直接作為一個(gè)量。

2 準(zhǔn)確度的量化

準(zhǔn)確度中等和級的概念：等是指標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具的實(shí)際值的擴(kuò)展不確定度檔次, 以等劃分的儀器使用實(shí)際值或依據(jù)檢定/校準(zhǔn)結(jié)果對示值修正使用;級則是計(jì)量器具示值最大允許誤差大小的檔次, 以級劃分的儀器直接使用示值, 即使用其標(biāo)稱值, 不需要修正。

當(dāng)測量儀器沒有劃分準(zhǔn)確度等別, 或者考慮給準(zhǔn)確度等別予以量化時(shí), 直接給出實(shí)際值的擴(kuò)展不確定度, 即上級對其檢定/校準(zhǔn)的測量結(jié)果不確定度;當(dāng)測量儀器沒有劃分準(zhǔn)確度級別, 或者考慮給準(zhǔn)確度級別予以量化時(shí), 直接給出其示值最大允許誤差。

有些測量儀器只能按等劃分, 例如標(biāo)準(zhǔn)硬度塊;有些測量儀器只能按級劃分, 例如測力儀。對應(yīng)到不確定度或最大允許誤差意義為, 以等使用的測量儀器可以用準(zhǔn)確度等別表示, 也可以用實(shí)際值或修正值的不確定度表示;以級使用的測量儀器可以用準(zhǔn)確度級別表示, 也可以用最大允許誤差表示, 所以填寫測量儀器“準(zhǔn)確度等級或不確定度或最大允許誤差", 存在不同的選擇。

具體實(shí)施當(dāng)中出現(xiàn)的問題

首先, 在存在準(zhǔn)確度等級的前提下, 只填寫準(zhǔn)確度等級是很明了。對于多參數(shù)和分部檢定的測量儀器, 如砝碼、測力儀, 填寫準(zhǔn)確度等級是最合適的。這類儀器使用時(shí), 必須從計(jì)量檢定規(guī)程等技術(shù)文件中找出該準(zhǔn)確度等級所對應(yīng)的不確定度或最大允許誤差。

其次, 用最大允許誤差表示時(shí), 對于用相對誤差或引用誤差表示的儀器, 其整個(gè)量程最大允許誤差一般是相同的;而對于用絕對誤差表示的儀器, 其整個(gè)量程最大允許誤差是不同的, 這樣, 只能給出儀器測量上下限對應(yīng)的允許誤差。這類儀器使用時(shí), 由于不進(jìn)行修正, 儀器帶來的不確定度主要是儀器的示值誤差引起的。所以最大允許誤差對應(yīng)于儀器的使用的準(zhǔn)確度, 通常可以假設(shè)儀器的示值誤差在最大允許誤差范圍內(nèi)均勻分布對儀器帶來的不確定度進(jìn)行計(jì)算。

然后, 對于使用實(shí)際值或者依據(jù)示值誤差對指示值進(jìn)行修正的儀器, 必須填寫實(shí)際值不確定度。這類儀器由于修正使用, 儀器帶來的不確定度主要是對該儀器進(jìn)行檢定/校準(zhǔn)的測量不確定度。所以不確定度這個(gè)參數(shù)對儀器使用的準(zhǔn)確度影響是最直接的。

對不確定度的總結(jié)

對于校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室所開展的項(xiàng)目, 因?yàn)樾?zhǔn)不一定作出符合性判斷, 這時(shí)測量不確定度成為衡量實(shí)驗(yàn)室能力的指標(biāo)。填寫校準(zhǔn)測量能力是有必要的, 但校準(zhǔn)測量能力并不是簡單的不包括由被測對象所引入的不確定度分量的測量不確定度。測量不確定度是針對測量結(jié)果進(jìn)行的評定, 對其簡單的分解, 無論在理論還是實(shí)際都是行不通的。被檢定/校準(zhǔn)對象和各個(gè)不確定度分量之間的關(guān)系是相關(guān)聯(lián)的, 被檢定/校準(zhǔn)對象對于不確定度的計(jì)算是不能排除在外, 只是可以計(jì)算被測對象處于一個(gè)正常而影響最小的狀態(tài), 不能不做考慮, 這時(shí)就是校準(zhǔn)測量能力。

對于檢定工作, 由于依據(jù)檢定規(guī)程開展工作時(shí), 測量不確定度必然不超出一個(gè)合理的控制范圍, 一般是不超過被測儀器最大允許誤差絕對值的三分之一, 測量不確定度是表示可以符合檢定系統(tǒng)的要求。

另外, 對于比較簡單的檢定系統(tǒng), 除了基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)器具可能只有一個(gè)等級, 工作器具也可能只存在一個(gè)等級, 如金屬布氏硬度計(jì), 是用國家基準(zhǔn)檢定標(biāo)準(zhǔn)硬度塊, 再用標(biāo)準(zhǔn)硬度塊檢定工作硬度計(jì), 標(biāo)準(zhǔn)塊和工作硬度計(jì)分別只有一個(gè)等別和級別, 由于標(biāo)準(zhǔn)硬度塊的測量不確定度和工作硬度計(jì)最大允許誤差和壓頭、試驗(yàn)力等有關(guān), 只能給出一個(gè)范圍, 表述起來相當(dāng)復(fù)雜和不便, 對這種情況, 只要在不會引起混淆, 硬度塊的準(zhǔn)確度等級可用標(biāo)準(zhǔn)級表示, 硬度計(jì)的準(zhǔn)確度等級用可工作級表示, 而不需要填寫硬度塊的不確定度以及硬度計(jì)的最大允許誤差。

由此, 可以看出測量儀器不確定度指標(biāo)在法定計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核、機(jī)構(gòu)考核, 實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可中的涵義應(yīng)該是統(tǒng)一的, 雖然有不同的側(cè)重點(diǎn), 但是概念應(yīng)該統(tǒng)一。

砝碼的準(zhǔn)確度，誤差和不確定度終于弄懂了