在ISO/IEC導(dǎo)則中要求:在實驗室中,必須包含關(guān)于評定和校準(zhǔn)不確定度的說明。ISO9001質(zhì)量體系認(rèn)證中,提出在設(shè)備要使用時需要保證不確定度。說明國家對不確定度的使用是有明確規(guī)定的,因此,測量結(jié)果和不確定度在科學(xué)技術(shù)里的密切關(guān)系體現(xiàn)在:不確定度的大小表示測量設(shè)備質(zhì)量和測量結(jié)果是否有用。

一、校準(zhǔn)證書中不確定度的理解與確認(rèn)

假設(shè)查得被校溫濕度表的允差±1℃,則0.5℃/2℃>1/3,所以判定示值誤差校準(zhǔn)值-0.2℃不可采信,不能使用,校準(zhǔn)機構(gòu)所用校準(zhǔn)方法的不確定度不滿足我們的要求,就必須要求校準(zhǔn)機構(gòu)更換校準(zhǔn)方法重新校準(zhǔn)。此時雖然示值誤差校準(zhǔn)值-0.2℃在允差±1℃之內(nèi),但判定被校溫濕度表合格是無效的,因為校準(zhǔn)值-0.2℃不可信, 使用它時具有不可承受的誤判風(fēng)險,測量工程極不安全。說明或許不宜全信:

1.校準(zhǔn)不同于檢定,本身沒有判定合格的法定任務(wù),如果相應(yīng)的校準(zhǔn)規(guī)范沒有明確規(guī)定,校準(zhǔn)結(jié)果的測量不確定度應(yīng)該不受小于被校儀器MPE的三分之一的禁止性限制,只要小于被校儀器MPE的二分之一, 校準(zhǔn)結(jié)果就有一定的應(yīng)用價值;

2.基于此說明中的校準(zhǔn)結(jié)果及MPE,完全可以判定被校儀器合格!——因為校準(zhǔn)結(jié)果表明:示值誤差有95.4%的可能性落在-0.7℃～+0.3℃的范圍內(nèi),誤判的幾率極小。

3.對于必須判定合格性的檢定工作,事先確認(rèn)檢定結(jié)果的測量不確定度起碼應(yīng)該小于被檢定儀器MPE的三分之一(或規(guī)范的具體要求)當(dāng)然是必要的, 但這并不意味就能單憑檢定的示值誤差測得值可信的判定合格性!——依然會存在難以抉擇的模糊區(qū)!在此區(qū)域內(nèi),只能遵從規(guī)定而放任風(fēng)險,判定結(jié)果其實并不太可信。

二、兩種不確定度的區(qū)別

計量標(biāo)準(zhǔn)的不確定度是指整套裝置的不確定度,那么測量不確定度應(yīng)為使用這套標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定某一臺設(shè)備的測量結(jié)果的不確定度,這時標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度作為一個分類,在評定過程中直接引用。

校準(zhǔn)證書上的測量結(jié)果不確定度是上一級計量標(biāo)準(zhǔn)在對我們的標(biāo)準(zhǔn)器校準(zhǔn)過程中所引進的。如果我們用自己的標(biāo)準(zhǔn)器進行測量時, 要另外評定本次測量結(jié)果的不確定度。這是正確的

計量標(biāo)準(zhǔn)的不確定度是在檢定或校準(zhǔn)過程中由計量標(biāo)準(zhǔn)器所引入的不確定度JJF1033-2008中有規(guī)定。

測量結(jié)果的不確定度是測量過程中所有不確定度分量的合成。

三、校準(zhǔn)證書示值誤差及其不確定度如何應(yīng)用

案例問題:一臺經(jīng)過計量單位校準(zhǔn)的測量儀器,校準(zhǔn)證書給出示值誤差及其不確定度,如何在此設(shè)備的測量過程中應(yīng)用?

舉個例子:

一把尺子,經(jīng)校準(zhǔn)可知2500px處的示值誤差為-2.5px,不確定度U=0.25px。

在使用該尺測量時,若測量結(jié)果顯示為2500px,則報告結(jié)果是否為:

1.測量結(jié)果100- (-0.1)=2502.5px;

2.上述測量結(jié)果中尺子引入的U=0.25px。

校準(zhǔn)證書示值誤差及其不確定度使用方法是:

首先要用給出的不確定度U=0.25px, 判定示值誤差為-2.5px的檢定結(jié)果值不值得你采信,方法是用1/3原則。要查該尺的檢定規(guī)程或校準(zhǔn)規(guī)范,看看最大示值誤差的允差是多少。

如果示值允差為±0.75px或以上(≥3U),比如說允差±1.25px, 示值誤差測得值-2.5px就值得采信,就可將-2.5px檢定結(jié)果與允差±1.25px相比較評判被檢尺是否合格。因為-2.5px超出±1.25px的允差范圍,于是可判該尺不合格。

如果示值允差規(guī)定±0.75px以下(<3U),例如±0.5px,則-2.5px這個檢定結(jié)果就決不能采信,不能用來評判該尺子是否合格, 必須宣布檢定結(jié)果無效,與檢定機構(gòu)溝通協(xié)商,要求其更換檢定方法重新檢定。

(1) 注意:“cm”的計量單位對卡尺來說似乎過大,我們先不管計量單位,如果你的假設(shè)成立,經(jīng)校準(zhǔn)卡尺2500px處的示值誤差為-0.25px,不確定度U=0.25px,卡尺最大允許誤差為1.25px,在使用該尺測量時,若測量結(jié)果顯示為2500px, 則:

1) 示值誤差是被檢參數(shù),顯示值不是被檢參數(shù),報告的測量結(jié)果應(yīng)該是示值誤差,不是顯示值。如果要報告顯示值,2500px處顯示值的測量結(jié)果是:測得值2500.25px,擴展不確定度為U=0.25px。

2) 不確定度評定中, 考慮的“上級不確定U”就是5等量塊的測量不確定度,卡尺示值誤差是輸出量,是被測參數(shù),卡尺最大允許誤差是對被測參數(shù)的計量要求,不能考慮最大允許誤差。但卡尺讀數(shù)重復(fù)性和分度值將對示值誤差產(chǎn)生影響,因此應(yīng)考慮重復(fù)性和分度值引入的不確定度分量。重復(fù)性和分度值引入的不確定度分量相互之間有重復(fù)的嫌疑,因此應(yīng)該在兩者之中取大值。一般分度值引入的不確定度分量遠(yuǎn)大于重復(fù)性引入的不確定度分量,因此只要考慮卡尺分度值引入的不確定度分量就可以了。

3) 測試結(jié)果不能寫成100+u,或100.1+u (“u”為測量擴展不確定),不確定度是評估測量結(jié)果可信性的參數(shù),不是評估測量結(jié)果大小的參數(shù),測量結(jié)果不能與其不確定度相加減。如1所述,根據(jù)題意示值誤差是被測(被檢)參數(shù),示值(尺寸)不是被檢參數(shù),“2500px處的示值誤差為-0.25px”,示值誤差的檢定結(jié)果就是-0.25px,測量結(jié)果的完整表述是:2500px處的示值誤差為-0.25px,不確定度U=0.25px,可簡寫為卡尺2500px處的示值誤差為:Δ=-0.25px±0.25px, k=2(其中包含因子k=2為默認(rèn))。

(2) 修改:一把尺子, 經(jīng)校準(zhǔn)可知2500px處的示值誤差為-0.25px, 不確定度U=0.25px。卡尺最大允許誤差為1.25px

在使用該尺測量時,若測量結(jié)果顯示為2500px,則報告結(jié)果該如何給出呢?

1) 不確定度評定是B類評定中,上級不確定U和卡尺最大允許誤差都要考慮嘛?是否有重復(fù)的嫌疑?

2) 測試結(jié)果是100+u,還是100.1+u (“u”為測量擴展值不確定)

一把尺子,經(jīng)校準(zhǔn)可知2500px處的示值誤差為-0.25px,不確定度U。

(3) 思考:實際計算不確定時, 我們會遇到這樣的問題。

首先,由不確定度的一般為上級校準(zhǔn)報告,而校準(zhǔn)報告只能說是當(dāng)天當(dāng)?shù)丨h(huán)境時的測試值及不確定度。在很多計算不確定度的書上都提及。另外,打個比方,校準(zhǔn)后一個月,我們在新環(huán)境使用此儀表時,可能會存在一個不確定的漂移,很多書中都有這個量,而這個量一般都用儀器的最大允許誤差表示。問題就在于,很多儀器的最大允許誤差真的太大,而且很多時候我們在計算其不確定值時,也并沒有考慮到卡尺的最大誤差,只是引用上級校準(zhǔn)分流器的不確定度。

四、校準(zhǔn)結(jié)果不確定度測量誤差的應(yīng)用

例1:利用數(shù)顯卡尺測量長方形的長和寬,分別記為a和b,然后計算長方形的面積,記為S。

只考慮卡尺示值所產(chǎn)生的誤差我們將其引入測量不確定度的測量,則數(shù)學(xué)模型S=ab建立。

測量長方形的面積S所引出的不確定度是由卡尺的示值誤差產(chǎn)生的,因此,當(dāng)利用同一把卡尺測量長方形的長和寬時,在測量中的測量點稍稍不同而導(dǎo)致長和寬的示值有誤差,其長和寬兩個量之間是相關(guān)的,換言之必須處理其相關(guān)性。采用不同的卡尺進行長方形長和寬的測量,兩個卡尺的示值可能存在誤差不同,兩個量之間不存在相關(guān)性。

另外在測量中若采用不確定度的測量所采用的輸入量可以進行選擇,那么測量中應(yīng)該盡量選擇不相關(guān)的兩個量。

故考不考慮靈敏系數(shù)所計算出的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度相比較而言,其結(jié)果相差比較懸殊,結(jié)論也相差很多。

信息科技社會迫使測量國際化,國內(nèi)的推廣應(yīng)用基本已經(jīng)普及, 漸漸,取代誤差已經(jīng)成為測量的主要工作和作用,或者我們能夠?qū)⑵浞Q之為測量相對于誤差來說占盡優(yōu)勢,而測量也漸漸取代了誤差的存在。