在ISO/IEC導則中要求:在實驗室中,必須包含關于評定和校準不確定度的說明。ISO9001質量體系認證中,提出在設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定的,因此,測量結果和不確定度在科學技術里的密切關系體現在:不確定度的大小表示測量設備質量和測量結果是否有用。

一、校準證書中不確定度的理解與確認

假設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值-0.2℃不可采信,不能使用,校準機構所用校準方法的不確定度不滿足我們的要求,就必須要求校準機構更換校準方法重新校準。此時雖然示值誤差校準值-0.2℃在允差±1℃之內,但判定被校溫濕度表合格是無效的,因為校準值-0.2℃不可信, 使用它時具有不可承受的誤判風險,測量工程極不安全。說明或許不宜全信:

1.校準不同于檢定,本身沒有判定合格的法定任務,如果相應的校準規范沒有明確規定,校準結果的測量不確定度應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, 校準結果就有一定的應用價值;

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

3.對于必須判定合格性的檢定工作,事先確認檢定結果的測量不確定度起碼應該小于被檢定儀器MPE的三分之一(或規范的具體要求)當然是必要的, 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!在此區域內,只能遵從規定而放任風險,判定結果其實并不太可信。

二、兩種不確定度的區別

計量標準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為使用這套標準裝置檢定某一臺設備的測量結果的不確定度,這時標準裝置的不確定度作為一個分類,在評定過程中直接引用。

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

計量標準的不確定度是在檢定或校準過程中由計量標準器所引入的不確定度JJF1033-2008中有規定。

測量結果的不確定度是測量過程中所有不確定度分量的合成。

三、校準證書示值誤差及其不確定度如何應用

案例問題:一臺經過計量單位校準的測量儀器,校準證書給出示值誤差及其不確定度,如何在此設備的測量過程中應用?

舉個例子:

一把尺子,經校準可知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,若測量結果顯示為2500px,則報告結果是否為:

1.測量結果100- (-0.1)=2502.5px;

2.上述測量結果中尺子引入的U=0.25px。

校準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的檢定結果值不值得你采信,方法是用1/3原則。要查該尺的檢定規程或校準規范,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。

如果示值允差規定±0.75px以下(<3U),例如±0.5px,則-2.5px這個檢定結果就決不能采信,不能用來評判該尺子是否合格, 必須宣布檢定結果無效,與檢定機構溝通協商,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,如果你的假設成立,經校準卡尺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,若測量結果顯示為2500px, 則:

1) 示值誤差是被檢參數,顯示值不是被檢參數,報告的測量結果應該是示值誤差,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,卡尺最大允許誤差是對被測參數的計量要求,不能考慮最大允許誤差。但卡尺讀數重復性和分度值將對示值誤差產生影響,因此應考慮重復性和分度值引入的不確定度分量。重復性和分度值引入的不確定度分量相互之間有重復的嫌疑,因此應該在兩者之中取大值。一般分度值引入的不確定度分量遠大于重復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果可信性的參數,不是評估測量結果大小的參數,測量結果不能與其不確定度相加減。如1所述,根據題意示值誤差是被測(被檢)參數,示值(尺寸)不是被檢參數,“2500px處的示值誤差為-0.25px”,示值誤差的檢定結果就是-0.25px,測量結果的完整表述是: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)。

(2) 修改:一把尺子, 經校準可知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,若測量結果顯示為2500px,則報告結果該如何給出呢?

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?是否有重復的嫌疑?

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

一把尺子,經校準可知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報告,而校準報告只能說是當天當地環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,校準后一個月,我們在新環境使用此儀表時,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,只是引用上級校準分流器的不確定度。

四、校準結果不確定度測量誤差的應用

例1:利用數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生的誤差我們將其引入測量不確定度的測量,則數學模型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生的,因此,當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致長和寬的示值有誤差,其長和寬兩個量之間是相關的,換言之必須處理其相關性。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,那么測量中應該盡量選擇不相關的兩個量。

故考不考慮靈敏系數所計算出的合成標準不確定度相比較而言,其結果相差比較懸殊,結論也相差很多。

信息科技社會迫使測量國際化,國內的推廣應用基本已經普及, 漸漸,取代誤差已經成為測量的主要工作和作用,或者我們能夠將其稱之為測量相對于誤差來說占盡優勢,而測量也漸漸取代了誤差的存在。