卓仕明

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

探究計(jì)量檢定中測量不確定度的相關(guān)問題

卓仕明

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

測量不確定度的分析與評定工作是在計(jì)量檢測過程中最為重要的工作之一，其原因在于不確定度的測量既可以將測量值分散性誤差體現(xiàn)出來，還作為測量不確定度與測量結(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，對計(jì)量檢定中不確定度的測量工作應(yīng)當(dāng)保持高度重視，進(jìn)行深入研究。本文將從測定不確定度工作入手，重點(diǎn)研究測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量不確定度的方法，以便各位讀者閱讀參考。

計(jì)量檢定；測量不確定度；測量值

前言

在計(jì)量檢定活動(dòng)中，測量不確定度是其中一個(gè)最重要的參數(shù)之一。伴隨著我國社會(huì)與消費(fèi)者對企業(yè)業(yè)務(wù)精度要求的不斷增加，并隨著我國市場化競爭程度的加劇，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)量檢測標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)中，測量不確定度便是其中之一，但在實(shí)際工作過程中，存在一些人對測量不確定度與測量誤差的區(qū)別與聯(lián)系并不明確，甚至將二者等同視之，因此對測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)量檢測工作奠定基礎(chǔ)。

1 測量不確定度的概念簡述

測量不確定度的定義實(shí)際上缺乏統(tǒng)一而又具體的說法，通常被認(rèn)為是表征合理地賦予被測量之值的分散型，且與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。在計(jì)量檢定工作中提及的測量不確定度是指測量儀器示值誤差的不確定度的簡稱。測量不確定度是與測量結(jié)果有關(guān)的參數(shù)之一，也是表現(xiàn)測量值分散度的指標(biāo)，它描述了測量結(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量的結(jié)果通常不是同一個(gè)值。對于測量結(jié)果來說，其測量結(jié)題的可利用性與不確定度的大小高度相關(guān)，在測量儀器使用外部校準(zhǔn)的情況下，需要在證書或報(bào)告書上寫明測量的不確定度。另外測量儀器所測量結(jié)果的不確定度與測量儀器的實(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代替，就如同用JJF1059-1999替代JJF1027-1991中的測量誤差一樣。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)上文對不確定度的定義界定，測量的不確定度是對被測量所得值的合理表征，是一種與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)，而測量中的誤差則是測量結(jié)果與被測量的真值之間所存在的差距。在實(shí)際的測量工作中，不論采用何種測量方法與操作程序，對同一被測量物的測量出的誤差都是大體相近的，但在不同的情況下，使用不同的測量儀器所得到的不確定度卻是有極大不同的。對于測量儀器的特性所導(dǎo)致的誤差是被允許的，通常使用最大允許誤差等術(shù)語來表述，從而證明誤差的存在是極為正常的，但不能用來替代不確定度，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)一般通過以下幾種途徑來度量測量儀器的不確定度：

（1）在進(jìn)行測量裝置和系統(tǒng)的報(bào)告登記時(shí)，需要給出準(zhǔn)確的測量結(jié)果，與此同時(shí)也一定要給出測量儀器的計(jì)量不確定度和相應(yīng)的擴(kuò)展不確定度，倘若所用測量裝置或系統(tǒng)對多個(gè)參量進(jìn)行校對和檢定，那么就需要分別對相對應(yīng)的參量的測量不確定度進(jìn)行標(biāo)注，萬一所檢定和校對的測量范圍大，更應(yīng)當(dāng)把測量范圍分段給出個(gè)測量參量的不確定度，或者取其中的最大和最小的測量不確定度作為參考依據(jù)，并要對應(yīng)地寫出測量不確定度的測量條件和所產(chǎn)生的典型值。

（2）通常情況下在給按照準(zhǔn)確度級別來進(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)，不僅要給出測量的實(shí)際值，還要給出測量的修正值，除此之外，拓展的不確定度也是十分重要的指標(biāo)之一，可以方便測量從業(yè)人員進(jìn)行此類測量儀器的計(jì)量工作，對于這類測量儀器的使用需要增加修正值，并在計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器不確定度的評定過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）在對按照準(zhǔn)確度級別應(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定的過程中，可以不需要出具對應(yīng)的測量不確定度，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)的信息來做出計(jì)量與評定。具體如圖1。

圖1 測量不確定度示意圖

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)器都需要給出測量不確定度的測定數(shù)值，從而保證測量過程結(jié)果的可用性，在測量檢定過程中給予精準(zhǔn)的測量結(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定，符合以下兩種標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)量儀器即便不進(jìn)行不確定度的評定，也可以得到較為準(zhǔn)確的測量結(jié)果，并可以減少檢定機(jī)構(gòu)工作人員的工作壓力。接下來將具體介紹這兩種不需要進(jìn)行不確定度的測定的情況：

（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)簡單，準(zhǔn)確度等級較低，且對外部環(huán)境要求不高的特點(diǎn)的測量儀器，可以通過國家質(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)果中的測量不確定度的評定標(biāo)準(zhǔn)，可以依據(jù)其計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的不同特性來進(jìn)行簡單的確定。舉例來說：衡器檢定裝置被國家質(zhì)檢總局認(rèn)定為第一批簡化計(jì)量考核標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目，因此在檢定過程中可以不進(jìn)行測量不確定度的評定工作。

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

4 并非所有的測量儀器的檢定過程中都需要考慮測量不確定度

（1）根據(jù)《測量儀器特性評定》（JJF1094-2002）的相關(guān)條例規(guī)定，計(jì)量檢定規(guī)程在對測量儀器進(jìn)行評定時(shí)，是通過規(guī)程對評定的標(biāo)準(zhǔn)、方法及環(huán)境條件等提出對應(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，倘若被評定的測量儀器所處在的環(huán)境與狀態(tài)都相對穩(wěn)定且正常，其所測量得出的示值誤差也會(huì)處于一個(gè)相對合理的范圍之內(nèi)。因此可以得出：當(dāng)規(guī)程中的每一個(gè)檢定點(diǎn)的示值誤差處于評定要求的范圍內(nèi)，就可以將改測量儀器的示值誤差視為處于該準(zhǔn)確度級別的鑒定要求之上，在這種情況下，可以忽略測量不確定度對示值誤差評定所產(chǎn)生的影響。

（2）在另一種情況中，當(dāng)評定示值誤差的不確定度與被評定測量儀器的最大允許誤差的絕對值之比少于或包含一比三的時(shí)候，可以忽略示值誤差評定的測量不確定度所產(chǎn)生的影響。但如果被評定測量儀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。如果被評定測量儀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。這一情況說明，存在一些測量儀器的檢定不需要考慮其測量的不確定度。

5 測量不確定度在計(jì)量檢定中的簡化應(yīng)用存在的問題

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

（1）不確定度的來源問題。在不確定度分析的具體過程中，通常難以確定不確定度來源，因此會(huì)存在將測量不確定度重復(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。無法了解不確定度的來源，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價(jià)意義，并且給儀器計(jì)量檢定工作帶來較大的負(fù)面影響。

（2）不確定度的評定模型難以建立。雖然對于不確定評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）對于包含的因子取值的問題。包含因子對于不確定度評定的結(jié)果具有較大的影響，因此其取值對于不確定度的影響巨大，但如果對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）評定報(bào)告表述上，存在表述內(nèi)容不完善，對測量方法及過程缺乏細(xì)致具體的說明，對于專業(yè)術(shù)語的運(yùn)用不夠規(guī)范，導(dǎo)致公式難以辨明其對應(yīng)性等問題。

圖2

6 結(jié)語

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

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TB9

A

1004-7344（2016）21-0335-02

2016-7-10.

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