在ISO/IEC導(dǎo)則中要求:在實(shí)驗(yàn)室中,必須包含關(guān)于評(píng)定和校準(zhǔn)不確定度的說(shuō)明。ISO9001質(zhì)量體系認(rèn)證中,提出在設(shè)備要使用時(shí)需要保證不確定度。說(shuō)明國(guó)家對(duì)不確定度的使用是有明確規(guī)定的,因此,測(cè)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(cè)量設(shè)備質(zhì)量和測(cè)量結(jié)果是否有用。

一、校準(zhǔn)證書(shū)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(jī)構(gòu)所用校準(zhǔn)方法的不確定度不滿(mǎn)足我們的要求,就必須要求校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)更換校準(zhǔn)方法重新校準(zhǔn)。此時(shí)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(wú)效的,因?yàn)樾?zhǔn)值-0.2℃不可信, 使用它時(shí)具有不可承受的誤判風(fēng)險(xiǎn),測(cè)量工程極不安全。說(shuō)明或許不宜全信:

1.校準(zhǔn)不同于檢定,本身沒(méi)有判定合格的法定任務(wù),如果相應(yīng)的校準(zhǔn)規(guī)范沒(méi)有明確規(guī)定,校準(zhǔn)結(jié)果的測(cè)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(jià)值;

2.基于此說(shuō)明中的校準(zhǔn)結(jié)果及MPE,完全可以判定被校儀器合格!——因?yàn)樾?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(duì)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(cè)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(cè)得值可信的判定合格性!——依然會(huì)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(xiǎn),判定結(jié)果其實(shí)并不太可信。

二、兩種不確定度的區(qū)別

計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的不確定度是指整套裝置的不確定度,那么測(cè)量不確定度應(yīng)為使用這套標(biāo)準(zhǔn)裝置檢定某一臺(tái)設(shè)備的測(cè)量結(jié)果的不確定度,這時(shí)標(biāo)準(zhǔn)裝置的不確定度作為一個(gè)分類(lèi),在評(píng)定過(guò)程中直接引用。

校準(zhǔn)證書(shū)上的測(cè)量結(jié)果不確定度是上一級(jí)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)在對(duì)我們的標(biāo)準(zhǔn)器校準(zhǔn)過(guò)程中所引進(jìn)的。如果我們用自己的標(biāo)準(zhǔn)器進(jìn)行測(cè)量時(shí), 要另外評(píng)定本次測(cè)量結(jié)果的不確定度。這是正確的

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

測(cè)量結(jié)果的不確定度是測(cè)量過(guò)程中所有不確定度分量的合成。

三、校準(zhǔn)證書(shū)示值誤差及其不確定度如何應(yīng)用

案例問(wèn)題:一臺(tái)經(jīng)過(guò)計(jì)量單位校準(zhǔn)的測(cè)量?jī)x器,校準(zhǔn)證書(shū)給出示值誤差及其不確定度,如何在此設(shè)備的測(cè)量過(guò)程中應(yīng)用?

舉個(gè)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(cè)量時(shí),若測(cè)量結(jié)果顯示為2500px,則報(bào)告結(jié)果是否為:

1.測(cè)量結(jié)果100- (-0.1)=2502.5px;

2.上述測(cè)量結(jié)果中尺子引入的U=0.25px。

校準(zhǔn)證書(shū)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(shuō)允差±1.25px, 示值誤差測(cè)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(píng)判被檢尺是否合格。因?yàn)?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(gè)檢定結(jié)果就決不能采信,不能用來(lái)評(píng)判該尺子是否合格, 必須宣布檢定結(jié)果無(wú)效,與檢定機(jī)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(jì)量單位對(duì)卡尺來(lái)說(shuō)似乎過(guò)大,我們先不管計(jì)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(cè)量時(shí),若測(cè)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(bào)告的測(cè)量結(jié)果應(yīng)該是示值誤差,不是顯示值。如果要報(bào)告顯示值,2500px處顯示值的測(cè)量結(jié)果是:測(cè)得值2500.25px,擴(kuò)展不確定度為U=0.25px。

2) 不確定度評(píng)定中, 考慮的“上級(jí)不確定U”就是5等量塊的測(cè)量不確定度,卡尺示值誤差是輸出量,是被測(cè)參數(shù),卡尺最大允許誤差是對(duì)被測(cè)參數(shù)的計(jì)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(duì)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(cè)試結(jié)果不能寫(xiě)成100+u,或100.1+u (“u”為測(cè)量擴(kuò)展不確定),不確定度是評(píng)估測(cè)量結(jié)果可信性的參數(shù),不是評(píng)估測(cè)量結(jié)果大小的參數(shù),測(cè)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(cè)(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(cè)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(jiǎn)寫(xiě)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?？ǔ咦畲笤试S誤差為1.25px

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

1) 不確定度評(píng)定是B類(lèi)評(píng)定中,上級(jí)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(cè)試結(jié)果是100+u,還是100.1+u (“u”為測(cè)量擴(kuò)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(shí)際計(jì)算不確定時(shí), 我們會(huì)遇到這樣的問(wèn)題。

首先,由不確定度的一般為上級(jí)校準(zhǔn)報(bào)告,而校準(zhǔn)報(bào)告只能說(shuō)是當(dāng)天當(dāng)?shù)丨h(huán)境時(shí)的測(cè)試值及不確定度。在很多計(jì)算不確定度的書(shū)上都提及。另外,打個(gè)比方,校準(zhǔn)后一個(gè)月,我們?cè)谛颅h(huán)境使用此儀表時(shí),可能會(huì)存在一個(gè)不確定的漂移,很多書(shū)中都有這個(gè)量,而這個(gè)量一般都用儀器的最大允許誤差表示。問(wèn)題就在于,很多儀器的最大允許誤差真的太大,而且很多時(shí)候我們?cè)谟?jì)算其不確定值時(shí),也并沒(méi)有考慮到卡尺的最大誤差,只是引用上級(jí)校準(zhǔn)分流器的不確定度。

四、校準(zhǔn)結(jié)果不確定度測(cè)量誤差的應(yīng)用

例1:利用數(shù)顯卡尺測(cè)量長(zhǎng)方形的長(zhǎng)和寬,分別記為a和b,然后計(jì)算長(zhǎng)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(cè)量不確定度的測(cè)量,則數(shù)學(xué)模型S=ab建立。

測(cè)量長(zhǎng)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(cè)量長(zhǎng)方形的長(zhǎng)和寬時(shí),在測(cè)量中的測(cè)量點(diǎn)稍稍不同而導(dǎo)致長(zhǎng)和寬的示值有誤差,其長(zhǎng)和寬兩個(gè)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(jìn)行長(zhǎng)方形長(zhǎng)和寬的測(cè)量,兩個(gè)卡尺的示值可能存在誤差不同,兩個(gè)量之間不存在相關(guān)性。

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

故考不考慮靈敏系數(shù)所計(jì)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(huì)迫使測(cè)量國(guó)際化,國(guó)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(cè)量的主要工作和作用,或者我們能夠?qū)⑵浞Q(chēng)之為測(cè)量相對(duì)于誤差來(lái)說(shuō)占盡優(yōu)勢(shì),而測(cè)量也漸漸取代了誤差的存在。