在ISO/IEC导则中要求:在实验室中,必须包含关于评定和校准不确定度的说明。ISO9001质量体系认证中,提出在设备要使用时需要保证不确定度。说明国家对不确定度的使用是有明确规定的,因此,测量结果和不确定度在科学技术里的密切关系体现在:不确定度的大小表示测量设备质量和测量结果是否有用。

一、校准证书中不确定度的理解与确认

假设查得被校温湿度表的允差±1℃,则0.5℃/2℃>1/3,所以判定示值误差校准值-0.2℃不可采信,不能使用,校准机构所用校准方法的不确定度不满足我们的要求,就必须要求校准机构更换校准方法重新校准。此时虽然示值误差校准值-0.2℃在允差±1℃之内,但判定被校温湿度表合格是无效的,因为校准值-0.2℃不可信, 使用它时具有不可承受的误判风险,测量工程极不安全。说明或许不宜全信:

1.校准不同于检定,本身没有判定合格的法定任务,如果相应的校准规范没有明确规定,校准结果的测量不确定度应该不受小于被校仪器MPE的三分之一的禁止性限制,只要小于被校仪器MPE的二分之一, 校准结果就有一定的应用价值;

2.基于此说明中的校准结果及MPE,完全可以判定被校仪器合格!——因为校准结果表明:示值误差有95.4%的可能性落在-0.7℃～+0.3℃的范围内,误判的几率极小。

3.对于必须判定合格性的检定工作,事先确认检定结果的测量不确定度起码应该小于被检定仪器MPE的三分之一(或规范的具体要求)当然是必要的, 但这并不意味就能单凭检定的示值误差测得值可信的判定合格性!——依然会存在难以抉择的模糊区!在此区域内,只能遵从规定而放任风险,判定结果其实并不太可信。

二、两种不确定度的区别

计量标准的不确定度是指整套装置的不确定度,那么测量不确定度应为使用这套标准装置检定某一台设备的测量结果的不确定度,这时标准装置的不确定度作为一个分类,在评定过程中直接引用。

校准证书上的测量结果不确定度是上一级计量标准在对我们的标准器校准过程中所引进的。如果我们用自己的标准器进行测量时, 要另外评定本次测量结果的不确定度。这是正确的

计量标准的不确定度是在检定或校准过程中由计量标准器所引入的不确定度JJF1033-2008中有规定。

测量结果的不确定度是测量过程中所有不确定度分量的合成。

三、校准证书示值误差及其不确定度如何应用

案例问题:一台经过计量单位校准的测量仪器,校准证书给出示值误差及其不确定度,如何在此设备的测量过程中应用?

举个例子:

一把尺子,经校准可知2500px处的示值误差为-2.5px,不确定度U=0.25px。

在使用该尺测量时,若测量结果显示为2500px,则报告结果是否为:

1.测量结果100- (-0.1)=2502.5px;

2.上述测量结果中尺子引入的U=0.25px。

校准证书示值误差及其不确定度使用方法是:

首先要用给出的不确定度U=0.25px, 判定示值误差为-2.5px的检定结果值不值得你采信,方法是用1/3原则。要查该尺的检定规程或校准规范,看看最大示值误差的允差是多少。

如果示值允差为±0.75px或以上(≥3U),比如说允差±1.25px, 示值误差测得值-2.5px就值得采信,就可将-2.5px检定结果与允差±1.25px相比较评判被检尺是否合格。因为-2.5px超出±1.25px的允差范围,于是可判该尺不合格。

如果示值允差规定±0.75px以下(<3U),例如±0.5px,则-2.5px这个检定结果就决不能采信,不能用来评判该尺子是否合格, 必须宣布检定结果无效,与检定机构沟通协商,要求其更换检定方法重新检定。

(1) 注意:“cm”的计量单位对卡尺来说似乎过大,我们先不管计量单位,如果你的假设成立,经校准卡尺2500px处的示值误差为-0.25px,不确定度U=0.25px,卡尺最大允许误差为1.25px,在使用该尺测量时,若测量结果显示为2500px, 则:

1) 示值误差是被检参数,显示值不是被检参数,报告的测量结果应该是示值误差,不是显示值。如果要报告显示值,2500px处显示值的测量结果是:测得值2500.25px,扩展不确定度为U=0.25px。

2) 不确定度评定中, 考虑的“上级不确定U”就是5等量块的测量不确定度,卡尺示值误差是输出量,是被测参数,卡尺最大允许误差是对被测参数的计量要求,不能考虑最大允许误差。但卡尺读数重复性和分度值将对示值误差产生影响,因此应考虑重复性和分度值引入的不确定度分量。重复性和分度值引入的不确定度分量相互之间有重复的嫌疑,因此应该在两者之中取大值。一般分度值引入的不确定度分量远大于重复性引入的不确定度分量,因此只要考虑卡尺分度值引入的不确定度分量就可以了。

3) 测试结果不能写成100+u,或100.1+u (“u”为测量扩展不确定),不确定度是评估测量结果可信性的参数,不是评估测量结果大小的参数,测量结果不能与其不确定度相加减。如1所述,根据题意示值误差是被测(被检)参数,示值(尺寸)不是被检参数,“2500px处的示值误差为-0.25px”,示值误差的检定结果就是-0.25px,测量结果的完整表述是:2500px处的示值误差为-0.25px,不确定度U=0.25px,可简写为卡尺2500px处的示值误差为:Δ=-0.25px±0.25px, k=2(其中包含因子k=2为默认)。

(2) 修改:一把尺子, 经校准可知2500px处的示值误差为-0.25px, 不确定度U=0.25px。卡尺最大允许误差为1.25px

在使用该尺测量时,若测量结果显示为2500px,则报告结果该如何给出呢?

1) 不确定度评定是B类评定中,上级不确定U和卡尺最大允许误差都要考虑嘛?是否有重复的嫌疑?

2) 测试结果是100+u,还是100.1+u (“u”为测量扩展值不确定)

一把尺子,经校准可知2500px处的示值误差为-0.25px,不确定度U。

(3) 思考:实际计算不确定时, 我们会遇到这样的问题。

首先,由不确定度的一般为上级校准报告,而校准报告只能说是当天当地环境时的测试值及不确定度。在很多计算不确定度的书上都提及。另外,打个比方,校准后一个月,我们在新环境使用此仪表时,可能会存在一个不确定的漂移,很多书中都有这个量,而这个量一般都用仪器的最大允许误差表示。问题就在于,很多仪器的最大允许误差真的太大,而且很多时候我们在计算其不确定值时,也并没有考虑到卡尺的最大误差,只是引用上级校准分流器的不确定度。

四、校准结果不确定度测量误差的应用

例1:利用数显卡尺测量长方形的长和宽,分别记为a和b,然后计算长方形的面积,记为S。

只考虑卡尺示值所产生的误差我们将其引入测量不确定度的测量,则数学模型S=ab建立。

测量长方形的面积S所引出的不确定度是由卡尺的示值误差产生的,因此,当利用同一把卡尺测量长方形的长和宽时,在测量中的测量点稍稍不同而导致长和宽的示值有误差,其长和宽两个量之间是相关的,换言之必须处理其相关性。采用不同的卡尺进行长方形长和宽的测量,两个卡尺的示值可能存在误差不同,两个量之间不存在相关性。

另外在测量中若采用不确定度的测量所采用的输入量可以进行选择,那么测量中应该尽量选择不相关的两个量。

故考不考虑灵敏系数所计算出的合成标准不确定度相比较而言,其结果相差比较悬殊,结论也相差很多。

信息科技社会迫使测量国际化,国内的推广应用基本已经普及, 渐渐,取代误差已经成为测量的主要工作和作用,或者我们能够将其称之为测量相对于误差来说占尽优势,而测量也渐渐取代了误差的存在。