看完这篇文章，准确度、误差和不确定度终于弄懂了
2018-08-28
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国家计量技术规范JJF1033《计量标准考核规范》对所采用的计量标准器具、配套设备, 以及所开展的检定/校准项目的准确度指标, 要求填写“不确定度或准确度等级或最大允许误差”;JJF1069《法定计量检定机构考核规范》和实验室国家认可的校准项目表格也都要求填写检定/校准的“不确定度或准确度等级或最大允许误差”。这几种表述方式, 表面看来仅仅在文字上有所区别, 而实际上在对这几个项目如何表达的问题上, 都存在不同的理解。有不少专家提出用不确定度表示测量仪器的特性, 甚至有人提出“测量仪器的不确定度”这个概念, 这根本就是不合适的, 因为不确定度是与结果相关的量, 没有测量结果无从谈起不确定度, 当然这个说法也可以说是测量仪器在校准结果测量不确定度中贡献的那一部分分量。为了对表述测量仪器的准确度指标有统一的理解, 对仪器准确度等级、最大允许误差和不确定度的意义和内在联系进行分析, 是有必要的。
几种名词的概念解释和区分
要区别和理解测量仪器的最大允许误差, 测量不确定度和准确度等级的关系, 必须要了解它们的概念。最大允许误差是指技术规范所规定的允许的误差极限值, 是判定仪器是否合格的一个规定要求。测量不确定度是表征被测量量值分散性的一个参数, 或表达成一个区间或一个范围, 说明被测量的量值以一定概率落在其中, 它是用于说明测量结果的可信程度的。可见, 最大允许误差、不确定度和准确度等级具有不同概念。最大允许误差只是一个允许误差的确定范围, 是认为规定的一个区间。并且在文字的表述上, 最大允许误差是一个术语不要分割, 要规范化, 可以把所指最大允许误差的对象作为定语放在前面。最大允许误差前面一定加±号。
填表中的不确定度, 需要填写的是校准测量能力, 其定义为:“通常提供给用户的最高校准测量水平, 它用包含因子k=2的扩展不确定度表示”。它是当不确定度概算中所有的不确定度分量都达到可能的最小值时, 实验室得到的测量不确定度。一般来说都小于平时所出具的测量不确定度。在实验室认可申报工作中, 必须要求申请认可的实验室申报该实验室的校准测量能力, 这个时候是为了评价这个实验室所能达到的最高测量水平。
1 准确度等级
测量仪器准确度是定性概念。是测量仪器给出接近于真值的响应的能力。必须明确测量仪器准确度是定性概念, 以和国际接轨以及和上面规范保持一致是十分必要的。由于VIM和GUM是以多个国际组织的名义联合颁布, 国际上各个组织也在逐渐消除这种不规范的表述。对于一些不合适的表达, 如很多老版规程规范还在使用例如“二等活塞压力计的准确度为±0.05%”, 只能是对标准、规范等文件的修订逐步改正。但是我们就不要使用不规范的表达了。
测量仪器的准确度等级的表达必须依据计量检定规程、检定系统表、OIML国际建议、标准或其它技术文件。通常按最大允许误差绝对值表示的测量仪器, 其级别用大写拉丁数字、罗马数字或阿拉伯数字表示, 必要时还可以用字母附以阿拉伯数字。例如:标准砝码分为E1, F2等级。按引用最大允许误差或相对最大允许误差表示的测量仪器, 用阿拉伯数字表示, 而且常用百分数表示而略去百分符号。例如:工作测力仪, 分为0.1级, 0.5级。按等划分的测量仪器, 用中文数字或阿拉伯数字表示, 例如, 3等量块。
但是, 受习惯的影响, 还是有一些人认为准确度等级既然包含数量, 作为定量表示未曾不可。确实, 对于一部分以引用最大允许误差或相对最大允许误差表示的测量仪器, 准确度等级与仪器的最大允许误差有比较直接的对应关系, 如0.5级工作测力仪的最大允许误差为测量上限的±0.5%。所以有会人以偏概全, 以为全部都是这种情况, 以此出现了诸如“上级标准的准确度为被检仪器准确度1/3”的错误表达。这种观点显然不具有普遍的意义, 比如对于F1等级砝码, 说其准确度的1/3, 会令人不知所云。以数字表达的准确度等级和仪器的最大允许误差不一定直接对应。把适合于检定1级材料试验机的标准测力仪定义为1级测力仪, 这种测力仪的各项技术指标略高于现行的JJG144《标准测力仪检定规程》中0.3级测力仪。由此看出, 准确度等级在一些时候只是一个档次的的符号, 不能直接作为一个量。
2 准确度的量化
准确度中等和级的概念：等是指标准计量器具的实际值的扩展不确定度档次, 以等划分的仪器使用实际值或依据检定/校准结果对示值修正使用;级则是计量器具示值最大允许误差大小的档次, 以级划分的仪器直接使用示值, 即使用其标称值, 不需要修正。
当测量仪器没有划分准确度等别, 或者考虑给准确度等别予以量化时, 直接给出实际值的扩展不确定度, 即上级对其检定/校准的测量结果不确定度;当测量仪器没有划分准确度级别, 或者考虑给准确度级别予以量化时, 直接给出其示值最大允许误差。
有些测量仪器只能按等划分, 例如标准硬度块;有些测量仪器只能按级划分, 例如测力仪。对应到不确定度或最大允许误差意义为, 以等使用的测量仪器可以用准确度等别表示, 也可以用实际值或修正值的不确定度表示;以级使用的测量仪器可以用准确度级别表示, 也可以用最大允许误差表示, 所以填写测量仪器“准确度等级或不确定度或最大允许误差”, 存在不同的选择。
具体实施当中出现的问题
首先, 在存在准确度等级的前提下, 只填写准确度等级是最简单明了。对于多参数和分部检定的测量仪器, 如砝码、测力仪, 填写准确度等级是最合适的。这类仪器使用时, 必须从计量检定规程等技术文件中找出该准确度等级所对应的不确定度或最大允许误差。
其次, 用最大允许误差表示时, 对于用相对误差或引用误差表示的仪器, 其整个量程最大允许误差一般是相同的;而对于用绝对误差表示的仪器, 其整个量程最大允许误差是不同的, 这样, 只能给出仪器测量上下限对应的允许误差。这类仪器使用时, 由于不进行修正, 仪器带来的不确定度主要是仪器的示值误差引起的。所以最大允许误差对应于仪器的使用的准确度, 通常可以假设仪器的示值误差在最大允许误差范围内均匀分布对仪器带来的不确定度进行计算。
然后, 对于使用实际值或者依据示值误差对指示值进行修正的仪器, 必须填写实际值不确定度。这类仪器由于修正使用, 仪器带来的不确定度主要是对该仪器进行检定/校准的测量不确定度。所以不确定度这个参数对仪器使用的准确度影响是最直接的。
对不确定度的总结
对于校准实验室所开展的项目, 因为校准不一定作出符合性判断, 这时测量不确定度成为衡量实验室能力的唯一指标。填写校准测量能力是有必要的, 但校准测量能力并不是简单的不包括由被测对象所引入的不确定度分量的测量不确定度。测量不确定度是针对测量结果进行的评定, 对其简单的分解, 无论在理论还是实际都是行不通的。被检定/校准对象和各个不确定度分量之间的关系是相关联的, 被检定/校准对象对于不确定度的计算是不能排除在外, 只是可以计算被测对象处于一个正常而影响最小的状态, 不能不做考虑, 这时就是校准测量能力。
对于检定工作, 由于依据检定规程开展工作时, 测量不确定度必然不超出一个合理的控制范围, 一般是不超过被测仪器最大允许误差绝对值的三分之一, 测量不确定度是表示可以符合检定系统的要求。
另外, 对于比较简单的检定系统, 除了基准、标准器具可能只有一个等级, 工作器具也可能只存在一个等级, 如金属布氏硬度计, 是用国家基准检定标准硬度块, 再用标准硬度块检定工作硬度计, 标准块和工作硬度计分别只有一个等别和级别, 由于标准硬度块的测量不确定度和工作硬度计最大允许误差和压头、试验力等有关, 只能给出一个范围, 表述起来相当复杂和不便, 对这种情况, 只要在不会引起混淆, 硬度块的准确度等级可用标准级表示, 硬度计的准确度等级用可工作级表示, 而不需要填写硬度块的不确定度以及硬度计的最大允许误差。
由此, 可以看出测量仪器不确定度指标在法定计量技术机构进行计量标准考核、机构考核, 实验室认可中的涵义应该是统一的, 虽然有不同的侧重点, 但是概念应该统一。
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