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2015-6-24 閱讀(1461)
測(cè)量儀器準(zhǔn)確度,、zui大允許誤差和不確定度辨析
國家計(jì)量技術(shù)規(guī)范JJF1033—2001《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》對(duì)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(jí)或zui大允許誤差",；JJF1069—2000《法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)考核規(guī)范》要求填寫檢定/校準(zhǔn)“準(zhǔn)確度等級(jí)或測(cè)量擴(kuò)展不確定度",；實(shí)驗(yàn)室國家認(rèn)可的校準(zhǔn)項(xiàng)目則是填寫“不確定度/準(zhǔn)確度等級(jí)"。以上幾種表述方式,，表面看來僅僅在文字上有所區(qū)別,，而實(shí)際，在對(duì)不確定度如何表達(dá)的問題上,，存在不同的理解和誤區(qū),。例如,，JJF1033—2001對(duì)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具,、配套設(shè)備不確定度的解釋是“已知測(cè)量儀器或量具的示值誤差，并且需要對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正時(shí),，填寫示值誤差的測(cè)量不確定度",；另JJF1033—2001對(duì)所開展的檢定及校準(zhǔn)項(xiàng)目不確定度的解釋是“指用該計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)檢定或校準(zhǔn)被測(cè)對(duì)象所給出的測(cè)量結(jié)果不確定度,，其中不應(yīng)包括由被測(cè)對(duì)象所引入的不確定度分量"（見JJF1033—2001國家統(tǒng)一宣貫教材《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范實(shí)施指南》，中國計(jì)量出版社）,。對(duì)儀器的不確定度,，在同一規(guī)范中，已有不同的理解,，在其它規(guī)范中的含義也各有區(qū)別,，還有不少專家提出用不確定度表示測(cè)量儀器的特性，根本就是不合適,。為了對(duì)表述測(cè)量儀器的準(zhǔn)確度指標(biāo)有統(tǒng)一和清晰的理解,，對(duì)儀器準(zhǔn)確度等級(jí)、zui大允許誤差和不確定度的意義和內(nèi)在進(jìn)行分析和探討,，是十分必要的,。
一、準(zhǔn)確度等級(jí)是用符號(hào)表示的準(zhǔn)確度檔次
測(cè)量儀器準(zhǔn)確度是定性概念,。這個(gè)問題在JJF1001—1998《通用計(jì)量術(shù)語及定義》,，JJF1059—1999《測(cè)量不確定度的評(píng)定與表示》，BIPM,、ISO等7個(gè)計(jì)量組織1993年頒布的《基本和通用計(jì)量名詞術(shù)語》（VIM）,、ISO等7個(gè)組織于1993年正式頒布《測(cè)量不確定度表示指南》（GUM）已有明確的解釋。JJF1033—2001《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》也已將JJF1033—1992中對(duì)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確度賦予一個(gè)定量計(jì)算公式的規(guī)定作出修訂,，以測(cè)量結(jié)果不確定度取代,。明確測(cè)量儀器準(zhǔn)確度是定性概念，以和接軌以及和上面規(guī)范保持一致是十分必要的,。由于VIM和GUM是以多個(gè)組織的名義聯(lián)合頒布,，上各個(gè)組織也在逐漸消除這種不規(guī)范的表述。對(duì)于一些不合適的表達(dá),，如“二等活塞壓力計(jì)的準(zhǔn)確度為±0.05%",，只能是對(duì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范等文件的修訂逐步改正,。
測(cè)量儀器的準(zhǔn)確度等級(jí)的表達(dá)必須依據(jù)計(jì)量檢定規(guī)程,、檢定系統(tǒng)表、OIML建議,、標(biāo)準(zhǔn)或其它技術(shù)文件,。通常按zui大允許誤差表示的測(cè)量儀器，其級(jí)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：砝碼分為E1,，E2,，F(xiàn)1,，F(xiàn)2，M1,，M2,，M11，M22級(jí),。按引用zui大允許誤差或相對(duì)zui大允許誤差表示的測(cè)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(hào),。例如：彈簧式精密壓力表,，分為0.05級(jí)，0.1級(jí),，0.16級(jí),，0.25級(jí)，0.4級(jí),，0.6級(jí),。按等劃分的測(cè)量儀器，用中文數(shù)字或阿拉伯?dāng)?shù)字表示,，例如,，二等活塞壓力計(jì)，3等量塊,。
但遺憾的是,，受習(xí)慣的影響，目前還是有一些人認(rèn)為準(zhǔn)確度等級(jí)既然包含數(shù)量,，作為定量表示未嘗不可,。誠然，對(duì)于某些以引用zui大允許誤差或相對(duì)zui大允許誤差表示的測(cè)量儀器,，準(zhǔn)確度等級(jí)與儀器的zui大允許誤差有比較直接的對(duì)應(yīng)關(guān)系,，如0.25級(jí)、0.4級(jí)彈簧式精密壓力表的zui大允許誤差分別為測(cè)量上限的±0.25%和±0.4%,，1級(jí)材料試驗(yàn)機(jī)在測(cè)量范圍內(nèi)（量程20%～100%）的zui大允許誤差為±1.0%,。所以有人以偏概全，以為都是這種情況,，以此出現(xiàn)了諸如“上級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度為被檢儀器準(zhǔn)確度1/3"的錯(cuò)誤表達(dá),。這種觀點(diǎn)顯然不具有普遍的意義，比如對(duì)于F1級(jí)砝碼,，說其準(zhǔn)確度的1/3,，會(huì)令人不知所云。以數(shù)字表達(dá)的準(zhǔn)確度等級(jí)和儀器的zui大允許誤差也不一定直接對(duì)應(yīng),，如一級(jí)照度計(jì)的zui大允許誤差±4%,，二級(jí)照度計(jì)的zui大允許誤差為±8%。等同標(biāo)準(zhǔn)ISO376：1999的國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13634：2000《試驗(yàn)機(jī)檢測(cè)用測(cè)力儀的校準(zhǔn)》,，把適合于檢定1級(jí)材料試驗(yàn)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀定義為1級(jí)測(cè)力儀,，這種測(cè)力儀的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)略高于現(xiàn)行的JJG144—1992標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀檢定規(guī)程中0.3級(jí)測(cè)力儀。由此看出,，準(zhǔn)確度等級(jí)只是一個(gè)檔次的符號(hào),，不能作為一個(gè)量。
順便說明,，不能用精度或精密度代替準(zhǔn)確度,，精度只表示隨機(jī)效應(yīng)的影響，與之對(duì)應(yīng)的另一個(gè)名詞是正確度,，表示系統(tǒng)效應(yīng)的影響,，只有準(zhǔn)確度才包含了隨機(jī)效應(yīng)和系統(tǒng)效應(yīng)。
二,、不確定度或zui大允許誤差是準(zhǔn)確度的量化
我們回頭再看看準(zhǔn)確度等別和級(jí)別的概念,。等是指計(jì)量器具、特別是標(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(duì)示值修正使用,；級(jí)則是指計(jì)量器具示值允許誤差大小的檔次，以級(jí)劃分的儀器直接使用示值,，不需要修正,。
當(dāng)測(cè)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(jí)對(duì)其檢定/校準(zhǔn)的測(cè)量結(jié)果不確定度；當(dāng)測(cè)量儀器沒有劃分準(zhǔn)確度級(jí)別,，或者考慮給準(zhǔn)確度級(jí)別予以量化時(shí),，直接給出其示值z(mì)ui大允許誤差。這才是所謂的“準(zhǔn)確度等級(jí)或不確定度或zui大允許誤差",。
有些測(cè)量儀器只能按等劃分,，例如活塞式壓力計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)硬度塊,；有些測(cè)量儀器只能按級(jí)劃分,，例如經(jīng)緯儀、百分表,；有些計(jì)量器具既按等劃分,，又按級(jí)劃分，例如量塊,、標(biāo)準(zhǔn)電池,。對(duì)應(yīng)到不確定度或zui大允許誤差的意義為,，以等使用的測(cè)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(jí)使用的測(cè)量儀器可以用準(zhǔn)確度級(jí)別表示,，也可以用zui大允許誤差表示，還可以給出評(píng)定示值誤差的測(cè)量不確定度,，這時(shí),，測(cè)量不確定度對(duì)儀器的使用者并沒有直接的意義，只是用于表示對(duì)檢定/校準(zhǔn)儀器實(shí)驗(yàn)室的能力和對(duì)被檢定/校準(zhǔn)儀器符合zui大允許誤差要求進(jìn)行判定的合理性,。
所以填寫測(cè)量儀器“準(zhǔn)確度等級(jí)或不確定度或zui大允許誤差",，存在不同的選擇，可填寫其中的一項(xiàng),、兩項(xiàng)或三項(xiàng),。
1. 在存在準(zhǔn)確度等級(jí)的前提下，只填寫準(zhǔn)確度等級(jí)是zui簡單明了,。對(duì)于多參數(shù)和分部檢定的測(cè)量儀器,，如經(jīng)緯儀、聲級(jí)計(jì),，填寫準(zhǔn)確度等級(jí)是zui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(jí)所對(duì)應(yīng)的不確定度或zui大允許誤差,。
2. 用zui大允許誤差表示時(shí),，對(duì)于用相對(duì)誤差或引用誤差表示的儀器，其整個(gè)量程zui大允許誤差一般是相同的,；而對(duì)于用誤差表示的儀器,，其整個(gè)量程zui大允許誤差是不同的，這樣,，只能給出儀器測(cè)量上下限對(duì)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zui大允許誤差對(duì)應(yīng)于儀器的使用的準(zhǔn)確度，通?？梢约僭O(shè)儀器的示值誤差在zui大允許誤差范圍內(nèi)均勻分布對(duì)儀器帶來的不確定度進(jìn)行計(jì)算,。
3. 對(duì)于使用實(shí)際值或者依據(jù)示值誤差對(duì)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(duì)該儀器進(jìn)行檢定/校準(zhǔn)的測(cè)量不確定度。所以不確定度這個(gè)參數(shù)對(duì)儀器使用的準(zhǔn)確度影響是zui直接的。
對(duì)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(cè)量不確定度成為衡量和比較實(shí)驗(yàn)室能力的惟一指標(biāo)。填寫測(cè)量不確定度表示的校準(zhǔn)測(cè)量能力,，是有必要的,，但校準(zhǔn)測(cè)量能力并不是簡單的不包括由被測(cè)對(duì)象所引入的不確定度分量的測(cè)量不確定度。測(cè)量不確定度是針對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行評(píng)定,，對(duì)其簡單粗暴的肢解,，無論在理論還是實(shí)際都是行不通的,。如GUM中關(guān)于比較法校準(zhǔn)量塊的zui典型例子,，其中一個(gè)分量是以量塊長度乘以被校量塊與參考溫度偏差值為靈敏系數(shù)，再乘以被校量塊與標(biāo)準(zhǔn)量塊間熱膨脹系數(shù)差的標(biāo)準(zhǔn)不確定度,；另一個(gè)分量是以量塊長度乘以標(biāo)準(zhǔn)量塊的熱膨脹系數(shù)為靈敏系數(shù),，乘以被校量塊與標(biāo)準(zhǔn)量塊間溫度差的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。被檢定/校準(zhǔn)對(duì)象和各個(gè)不確定度分量之間的關(guān)系是剪不斷的,，被檢定/校準(zhǔn)對(duì)象對(duì)于不確定度的計(jì)算不能排除在外,，只是可以計(jì)算被測(cè)對(duì)象處于一個(gè)正常而影響zui小的狀態(tài)，這時(shí)就是校準(zhǔn)測(cè)量能力,。
對(duì)于檢定工作,，由于依據(jù)檢定規(guī)程開展工作時(shí)，測(cè)量不確定度必然不超出一個(gè)合理的控制范圍,，填寫的測(cè)量不確定度是表示可以符合檢定系統(tǒng)的要求,。
另外，對(duì)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(jí)，工作器具也可能只存在一個(gè)等級(jí),，如金屬布氏硬度計(jì),，是用國家基準(zhǔn)（包括國家基準(zhǔn)、副基準(zhǔn),、工作基準(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(jí)別,，由于標(biāo)準(zhǔn)硬度塊的測(cè)量不確定度和工作硬度計(jì)zui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)雜和不方便,，對(duì)這種情況，只要在不會(huì)引起混淆，硬度塊的準(zhǔn)確度等級(jí)可用“標(biāo)準(zhǔn)級(jí)"表示,，硬度計(jì)的準(zhǔn)確度等級(jí)可用“工作級(jí)"表示,，而不一定要填寫硬度塊的不確定度以及硬度計(jì)的zui大允許誤差。
由此可以看出,，測(cè)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),。
