討論:不確定度評定的基本公式錯誤
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史錦順
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筆者認(rèn)為:不確定度評定的基本公式是錯誤的。這是個重大話題。鑒于此論點(diǎn)的基礎(chǔ)性與嚴(yán)肅性,特加討論二字,意在征詢有關(guān)專家學(xué)者及網(wǎng)友的意見。
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推行不確定度論以來,不確定度評定用得最多的場合是檢定裝置的評定。國外常稱為校準(zhǔn)評定。以下統(tǒng)稱為“計(jì)量評定”。
已發(fā)表的大量的不確定度樣板評定,基本是計(jì)量評定。我認(rèn)為:不確定度論的計(jì)量評定是錯誤的。其基本錯誤是對象與手段的混淆。而其錯誤的根源是基本公式錯誤。
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(一)不確定度計(jì)量評定所本公式
GUM評定的主要方法是對測得值函數(shù)作泰勒展開。
歐洲的樣板評定,直接寫出偏差公式,這是測得值函數(shù)泰勒展開的簡化形式。
中國的樣板評定,與國際上的通用方式是一致的。
本文將各種評定歸并于如下的形式,統(tǒng)稱不確定度計(jì)量評定,簡稱計(jì)量評定。
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不確定度計(jì)量評定的基本公式(又稱數(shù)學(xué)模型)
EX= X―B (1)
EX(0)+ΔEX=X(0)+ΔX(分辨)+ΔX(重復(fù))+ΔX(其他)―[B(0)+ΔB(標(biāo))] (2)
本體部分為
EX(0) = X(0)―B(0) (3)
變化部分為
ΔEX =ΔX(分辨)+ΔX(重復(fù))+ΔX(其他)―ΔB(標(biāo)) (4)
X是被測量,B是標(biāo)準(zhǔn)量,EX是差值,加(0)表示無計(jì)量誤差時的量。
ΔEX是被評定的不確定度(元),ΔX(分辨)表示被檢儀器分辨力因素,ΔX(重復(fù))表示“用測量儀器測量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)”時讀數(shù)的重復(fù)性,ΔX(其他)是被檢儀器其他因素的作用;ΔB(標(biāo))是標(biāo)準(zhǔn)的誤差。
依據(jù)(4)式進(jìn)行不確定度評定,就是把等號右端各項(xiàng)均方合成(有一套按分布規(guī)律除以因子以及乘因子的辦法)。這是當(dāng)前計(jì)量不確定度評定的常規(guī)。中國的評定如此,歐洲的評定也是如此。其本質(zhì)就是GUM的泰勒展開法。
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(二)計(jì)量的不確定度評定是錯誤的
史錦順判斷:不確定度論的計(jì)量評定是錯誤的。
1 被檢儀器的誤差因素,包括ΔX(分辨),ΔX(重復(fù)),ΔX(其他)都必然體現(xiàn)在測量儀器的示值X與標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)稱值B的差值之中。不該對測得值X作拆分。拆分的結(jié)果是重計(jì)、錯計(jì)。
2 ΔX(分辨)、ΔX(重復(fù))、ΔX(其他)是計(jì)量的對象,不能把它們算在檢定能力上;這幾項(xiàng)的作用已體現(xiàn)在儀器的示值與標(biāo)準(zhǔn)值的差別中,不能重計(jì)。
3 不確定度計(jì)量評定所依據(jù)的基本公式(4)是錯誤的。公式錯,實(shí)際操作皆錯(例見附錄一:游標(biāo)卡尺校準(zhǔn)不確定度評定的錯誤)。
基本公式錯誤,是不確定度理論與不確定度評定的要害,關(guān)乎其存廢。下面詳細(xì)分析。
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(三)不確定度計(jì)量評定的公式錯誤
(1)誤差理論意義下的檢定誤差分析
這里先講一下誤差理論指導(dǎo)下的檢定誤差分析。明白正確分析,便于看出不確定度計(jì)量評定的問題。
檢定是計(jì)量的主要形式。計(jì)量工作者都懂得,檢定必須選用誤差范圍比被檢儀器誤差范圍小到1/4(有些取1/3,而時頻要求為1/10)的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。計(jì)量誤差就是標(biāo)準(zhǔn)的誤差(當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)有輔助裝置時,后者的誤差要計(jì)入到標(biāo)準(zhǔn)的誤差中)。
檢定的誤差公式推導(dǎo)如下。
必須認(rèn)清:求什么,用什么。物理公式必須物理意義確切。物理公式必須是意義明確的“構(gòu)成公式”。
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測量是用測量儀器測量被測量,以求得被測量的值。而檢定是用被檢儀器來測量已知量值的標(biāo)準(zhǔn),以求得測量儀器的誤差,看是否合格。檢定是測量的逆操作。測量儀器的誤差,是檢定的認(rèn)識對象。檢定的目的是求得儀器的誤差,而得到的是儀器示值與標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)稱值之差;計(jì)量的誤差分析,就是求得這二者的差別。
設(shè)測得值為X,標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)稱值為B。
設(shè)儀器的誤差元(以真值為參考)為r(儀),檢定得到的儀器測得值與標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)稱值之差值為r(示),計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)稱值為B,標(biāo)準(zhǔn)的真值為Z,標(biāo)準(zhǔn)的誤差元為r(標(biāo))。
1 檢定得到儀器的視在誤差元為:
r(示) = X―B
2 測量儀器的誤差元為:
r(儀) = X―Z
3 標(biāo)準(zhǔn)的誤差元(根據(jù)《JJF1180-2007》)為
r(標(biāo)) = Z―B
4 檢定的計(jì)量誤差元為:
r(計(jì)) = r(示)―r(儀)
綜上,有
r(計(jì)) = r(示)―r(儀)
= X―B ―(X―Z)
= Z―B
= r(標(biāo))
誤差范圍是誤差元的絕對值的最大可能值。誤差范圍關(guān)系為:
│r(計(jì)) │max = │r(標(biāo)) │max
即有
R(計(jì)) = R(標(biāo)) (5)
(5)式是計(jì)量誤差的基本關(guān)系式,計(jì)量誤差由標(biāo)準(zhǔn)的誤差決定。計(jì)量誤差與被檢儀器的誤差因素?zé)o關(guān)。
標(biāo)準(zhǔn)選用:設(shè)被檢測量儀器的誤差范圍指標(biāo)是R(儀,標(biāo)稱),若:
R(標(biāo)) ≤ R(儀,標(biāo)稱)/4 (6)
則檢定標(biāo)準(zhǔn)符合要求。
合格性判別:只要
│r(示)│max ≤ R(儀,標(biāo)稱)―R(標(biāo)) (7)
則被檢儀器合格。
與(7)式等效的表達(dá)式又記為:
│Δ│max≤MEPV―R(N) (8)
Δ是被檢儀器的視在誤差元r(示);MEPV是最大允許誤差,就是被檢儀器誤差范圍指標(biāo)值R(儀,標(biāo)稱);R(N)是所用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的誤差范圍R(標(biāo))。
以上這些,并不是老史的新論;不確定度論誕生前,計(jì)量界歷來就是這樣認(rèn)識的,就是這樣干事的。這是科學(xué)。是幾百年來計(jì)量實(shí)踐所證明了的經(jīng)典分析。(老史的表達(dá)較繁瑣,但便于閱讀與理解。)
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(2)剖析不確定度評定的公式錯誤
不確定度計(jì)量評定的基本公式是
ΔEX =ΔX(分辨)+ ΔX(重復(fù))+ ΔX(其他)―ΔB(標(biāo)) (4)
不確定度計(jì)量評定的基本作法,是對(4)式等號右邊各項(xiàng)進(jìn)行均方合成。
不確定度計(jì)量評定的基本公式是錯誤的。剖析如下:
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1 求解思路不對
不確定度計(jì)量評定所依據(jù)的基本公式(4)式,是一個差值的分項(xiàng)展開式,沒有“求什么”、“用什么”、“哪些是來源量”、“哪個是結(jié)果”這些最基本的認(rèn)識。公式自身是混沌帳,算完也必將混沌。
分析計(jì)量(國內(nèi)稱檢定,國外稱校準(zhǔn);也有人認(rèn)為檢定與校準(zhǔn)是兩類不同的業(yè)務(wù)。測量儀器的出廠檢驗(yàn),用戶的進(jìn)貨驗(yàn)收,也是這一類性質(zhì)的業(yè)務(wù))的問題,就是分析計(jì)量中,得到的值與要求的值的不同,其差異就是計(jì)量誤差。
計(jì)量的認(rèn)識對象是測量儀器的誤差。方法是用被檢儀器測量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。
用被檢儀器測量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn),得到的是視在誤差r(視),它等于測得值M減標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)稱值B。而計(jì)量的目的是求得測量儀器的以真值為參考值的誤差r(儀),它等于測得值減真值。計(jì)量分析的目的是求得r(視)與r(儀)的差別r(計(jì))。
測得值是測量儀器的示值,真值就是計(jì)量所用標(biāo)準(zhǔn)的真值Z。由于已知標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)稱值與誤差范圍,這就可以實(shí)現(xiàn)用標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)稱值與標(biāo)準(zhǔn)的誤差范圍對真值的代換。
前述公式(5)的推導(dǎo)過程,所分的4個步驟,就體現(xiàn)了“用什么”“
求什么”“怎樣代換”“得到什么結(jié)果”這一套計(jì)量分析的邏輯思路。這個分析。思路清晰,結(jié)論是正確的。
再看(4)式,左端是差值改變量,等號右端是該改變量的構(gòu)成因素,包括被檢儀器的因素與標(biāo)準(zhǔn)的因素。被檢儀器的因素又是主要的。被檢儀器的問題,并不是計(jì)量裝置的問題,這里混淆了。
一經(jīng)比較,易于看出:不確定度計(jì)量評定所本的公式(4)是混沌帳。
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2 基本公式不是物理公式的構(gòu)成式。
物理公式必須表達(dá)所求量的來源,即必須具有構(gòu)成關(guān)系。(4)式表達(dá)的差值,只是視在差值的分解,不是計(jì)量的誤差。(4)式?jīng)]有表達(dá)出計(jì)量的誤差的構(gòu)成。(4)式不是物理公式的構(gòu)成式,沒資格做為分析的基礎(chǔ)。
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3 錯誤地拆分測得值函數(shù)。
在測量計(jì)量理論中,測量儀器的測得值函數(shù),是非常重要的。測得值函數(shù)的最主要的應(yīng)用場合是測量儀器的研究與制造。研制測量儀器,必須依據(jù)并給出測得值函數(shù);制造測量儀器,必須對測得值函數(shù)作泰勒展開,知道各項(xiàng)誤差因素,以便在生產(chǎn)中控制,以達(dá)到總指標(biāo)的要求。除極個別測量儀器給出分項(xiàng)指標(biāo)外,一般測量儀器都以總指標(biāo)做為性能的標(biāo)志。
測量儀器一經(jīng)成為產(chǎn)品后,其標(biāo)志性能就是其誤差范圍指標(biāo)值。計(jì)量中,計(jì)量人員檢驗(yàn)、公證測量儀器誤差范圍指標(biāo);測量中,測量人員相信誤差范圍指標(biāo),根據(jù)指標(biāo)選用測量儀器,根據(jù)測量儀器指標(biāo),分析與給出測得值的誤差范圍。
在測量儀器的計(jì)量與測量應(yīng)用中,沒必要、一般也不可能拆分測得值函數(shù)。例如,世界上用指針式電壓表的人很多,很少有人能寫出指針偏轉(zhuǎn)與被測量的函數(shù)關(guān)系。除電表設(shè)計(jì)人員外,測量人員與計(jì)量人員既沒必要,也不可能對電表的測得值函數(shù)作泰勒展開。應(yīng)用電壓表測量,要選用性能指標(biāo)合乎要求的儀器,要知道使用方法,要滿足其應(yīng)用條件;而無論測量與計(jì)量,著眼點(diǎn)都是其整體指標(biāo),沒必要對其測得值函數(shù)作泰勒展開。
測量儀器的誤差因素的作用,體現(xiàn)于其總指標(biāo)中,計(jì)量不該拆分測得值函數(shù)。如果測量儀器的指標(biāo)是分項(xiàng)給出的(數(shù)量極少,如波導(dǎo)測量線),計(jì)量可按分項(xiàng)指標(biāo)做分項(xiàng)計(jì)量。分項(xiàng)指標(biāo)的“分項(xiàng)”,是生產(chǎn)廠按國家技術(shù)規(guī)范標(biāo)志的,不是計(jì)量人員的職權(quán)。計(jì)量的職責(zé)是用實(shí)測判別各分項(xiàng)誤差性能是否符合指標(biāo)。而凡標(biāo)有總指標(biāo)的測量儀器,必須用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整體計(jì)量。
不確定度論普遍地拆分測得值函數(shù),結(jié)果是形成多種錯誤。
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(轉(zhuǎn)下頁)
計(jì)量與測量中的泰勒展開,是對整體性能的肢解,是一種誤導(dǎo)。似乎所求的是(3)式表達(dá)的本體關(guān)系,而把其他項(xiàng)(微變項(xiàng))都當(dāng)做一種額外干擾。這是不對的。大量的不確定度計(jì)量評定,都把被檢測量儀器的分辨力、重復(fù)性等當(dāng)做計(jì)量的能力,其實(shí),這些都是計(jì)量的對象。這種認(rèn)識上的錯位,正是起源于泰勒展開。
稱體重不能扒人皮;皮膚是身體的不可缺少的部分。人身有四肢,有五官;這些都是人體不可分割的構(gòu)成部分,不能只把內(nèi)臟當(dāng)身體。
測量與計(jì)量場合,測量儀器是個整體。測得值函數(shù)以整體的形式起作用,因此必須整體地認(rèn)識,而不該拆分。測量計(jì)量場合的泰勒展開是一種誤導(dǎo)。
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5 混淆對象與手段
不確定度評定混淆對象與手段,把被檢儀器的問題賴在檢定裝置上,這是不確定度計(jì)量評定的致命傷。
誤差理論意義下的合格性判別為:
│Δ│max≤MEPV―R(N) (8)
引入不確定度計(jì)量評定后的合格性判別式為:
│Δ│max≤MEPV - U95 (9)
(9)式中的U95就是不確定度計(jì)量評定的擴(kuò)展不確定度U95。U95中包含著被檢儀器的ΔX(分辨)、ΔX(重復(fù))、ΔX(其他)各項(xiàng),這是崗位錯置。這些因素的作用,大小的限制規(guī)定在MEPV中,實(shí)際作用大小體現(xiàn)于│Δ│max中;而把這些計(jì)入在U95中,崗位錯了。對象錯當(dāng)成手段。
打個比方,(8)式的MEPV是規(guī)格,是合格通道的門限,R(N)是所用標(biāo)準(zhǔn)的誤差范圍,是門內(nèi)的保險(xiǎn)框,對過門的車來說是擋板。擋板必須足夠小,才不影響車過門。誤差理論的擋板是標(biāo)準(zhǔn)的誤差,規(guī)定要選得足夠小。不確定度評定的擋板是U95,其中的一小部分是標(biāo)準(zhǔn)的誤差,這是該有的;但絕大部分來自被檢儀器的性能,這樣就自己縮小了自己合格的門,自己阻擋自己。這是錯誤的。錯加了擋板,可能使許多本來合格的產(chǎn)品不能判定為合格。更有甚者,例如附錄一的游標(biāo)卡尺的校準(zhǔn)評定,就是擋板比門還寬,堵死了合格性的大門。所有游標(biāo)卡尺都不合格。這當(dāng)然是錯誤的評定。再如,計(jì)數(shù)式頻率計(jì),在量程的較低段,即當(dāng)被測頻率較低時,測量總誤差由分辨力決定。分辨力的正負(fù)1誤差就是總誤差。按不確定度評定,用U95當(dāng)指標(biāo),再用U95放在(9)式之第三項(xiàng),合格性通道為0,所有頻率計(jì)都不合格,這當(dāng)然不對。
總之,不確定度之計(jì)量評定,對象與手段混淆,干擾、破壞了合格性判別。也就干擾、破壞了計(jì)量工作。當(dāng)前計(jì)量工作所以還能進(jìn)行,是因?yàn)椴]有真正貫徹不確定度論。完全用不確定度的理論與評定,計(jì)量工作就沒法作。出路只有一條:廢止不確定度評定。
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6搞理論的不聯(lián)系實(shí)際,所設(shè)計(jì)的評定方法,實(shí)際上行不通。
本文附錄給出的“游標(biāo)卡尺校準(zhǔn)評定”的例子,很典型地說明不確定度評定的錯誤與脫離實(shí)際。歐洲的權(quán)威評定,中國合格性國家認(rèn)可委員會引用為評定指南,計(jì)量院專家寫書推薦。多么隆重。結(jié)果竟是不能用的瞎話。照此評定,全中國、全世界的游標(biāo)卡尺都不合格。誰還能相信這種評定?這種評定還有什么存在的理由?
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不確定度評定的基本公式錯誤,是根本性的錯誤。
不確定度評定被取消是歷史的必然。
國家質(zhì)檢總局已通知簡化26個項(xiàng)目的不確定度評定。這是正確的,我舉雙手贊成。什么是簡化?有網(wǎng)友問:這些項(xiàng)目簡化了,對這些項(xiàng)目,可以不做不確定度評定嗎?質(zhì)檢總局網(wǎng)上回答:“可以”。
那些還贊成不確定度論的人們,該認(rèn)真地想一想。
那些宣揚(yáng)不確定度論的專家們,猛醒吧!
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附錄一 游標(biāo)卡尺校準(zhǔn)不確定度評定的錯誤
(一)不確定度計(jì)量評定實(shí)例 游標(biāo)卡尺
中國合格性評定國家認(rèn)可委員會 編譯《校準(zhǔn)領(lǐng)域測量不確定度評估指南》(CNAS-GL09:2008)p42;倪育才:《實(shí)用不確定度評定》p150 例 游標(biāo)卡尺的校準(zhǔn)(根據(jù)歐洲認(rèn)可合作組織提供的實(shí)例改寫)。CNAS-GL09:2008)p42(倪書《實(shí)用不確定度評定》p150)摘抄(有下劃線的是原文)
一、測量原理
用一級鋼量塊作為工作標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)游標(biāo)卡尺。主尺的測量范圍為150mm,主尺的分度間隔為1mm,游標(biāo)的分度間隔為1/20mm,故讀數(shù)分辨力是0.05mm.
用標(biāo)稱長度在(0.5--150)內(nèi)不同長度的量塊作為參考標(biāo)準(zhǔn)來校準(zhǔn)卡尺的不同測量點(diǎn),例如0mm,50mm,和150mm.但所選量塊長度應(yīng)使它們分別對應(yīng)于不同的游標(biāo)刻度,例如0.0mm,0.3mm,0.6mm和0.9mm。
本實(shí)例對用于外徑測量的游標(biāo)卡尺校準(zhǔn)進(jìn)行測量不確定度評定。校準(zhǔn)點(diǎn)位150mm。-
二、數(shù)學(xué)模型
卡尺的示值誤差Ex可表示為:
Ex=Lix-Ls+δLix+δLM+溫度項(xiàng) (附1)
式中:
Lix——卡尺的示值
Ls——量塊的長度
δLix——卡尺有限分辨力對測量結(jié)果的影響
δLM——機(jī)械效應(yīng),如測量力、阿貝誤差、量爪測量面的平面度和平行度誤差等對測量結(jié)果的影響
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三、輸入量標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定和不確定度分量
(1)測量Lix
進(jìn)行了若干次重復(fù)測量,未發(fā)現(xiàn)測量結(jié)果有任何發(fā)散,故讀數(shù)并不引入任何有意義的不確定度分量。對于150mm量塊的測量結(jié)果為150.10mm.于是其示值誤差Ex以及讀數(shù)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為
Ex=150.10mm-150mm=0.10mm
u(Lix)=0
對應(yīng)的不確定度分量-
u1(Ex)=0
(2)工作標(biāo)準(zhǔn)Ls
作為工作的量塊長度及其擴(kuò)展不確定度由校準(zhǔn)證書給出。由于在計(jì)算中使用量塊的標(biāo)稱長度而不是實(shí)際長度,并且量塊的校準(zhǔn)證書符合一級量塊的要求,故其中心長度的偏差應(yīng)在±0.8μm范圍內(nèi),并假定其滿足矩形分布。于是其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:
u(Ls)=0.8μm / (√3)=0.462μm
靈敏度系數(shù)為1,故對應(yīng)的不確定度分量為
u2(Ex)=0.642μm
(3)溫度差(分析略)
u3(Ex)=1.99μm
(4)卡尺分辨力δLix
卡尺刻度間隔為50μm,故可以假設(shè)分辨力對測量結(jié)果的影響應(yīng)滿足誤差限為±25μm的矩形分布,靈敏度系數(shù)為1,于是對應(yīng)的不確定度分量為
u4(Ex)=25μm / (√3) = 14.4μm
(5)機(jī)械效應(yīng)δLM
機(jī)械效應(yīng)包括:測力的影響、阿貝誤差
以及動尺與尺身的相互作用等,此外還有量爪測量面的平面度、平行度以及測量面相對于尺身的垂直度等。估計(jì)這些影響合計(jì)最大為±50μm并假定滿足矩形分布。由于靈敏系數(shù)為1,于是對應(yīng)的不確定度分量為
u5(Ex)=50μm / (√3) = 28.9μm
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合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度
uc(Ex)=√(0.462^2+1.99^2+14.4^2+28.9^2)=32.4μm
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擴(kuò)展不確定度
由于最后的合成分布不是正態(tài)分布,而是上、下底之比為β=0.33的梯形分布,而梯形分布的包含因子k95=1.83,于是
U95(Ex)=1.83 × 32.4μm = 0.06mm
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CNAS(原文):結(jié)果報(bào)告
在150mm測量點(diǎn),卡尺的示值誤差是 Ex=(0.10±0.06)mm
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(轉(zhuǎn)下頁)
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(二)史錦順對卡尺評定的評論
這個評定樣板,是歐洲合格性合作組織給出的,又經(jīng)中國國家合格性認(rèn)可委員會的推薦為“指南”,因此,權(quán)威性很高。倪育才的書也全文引用。吹得很高,實(shí)際是個全盤錯誤、根本錯誤。方法本身就不對;實(shí)際的評定更錯。
1 胡亂估計(jì)
測量、計(jì)量是實(shí)驗(yàn)技術(shù)。測量靠儀器,計(jì)量靠標(biāo)準(zhǔn)。一切憑實(shí)測數(shù)據(jù)說話。計(jì)量是保證測量準(zhǔn)確的社會行為,計(jì)量權(quán)威的基礎(chǔ),是實(shí)驗(yàn)事實(shí)、是測量結(jié)果。計(jì)量是社會公證:第一符合實(shí)際,第二符合法律,第三對用戶負(fù)責(zé),不把不合格的儀器誤判成合格,第四對生產(chǎn)廠家負(fù)責(zé),不把合格儀器誤判為不合格。
中國合格性評定國家認(rèn)可委員會所引用的歐洲合格性合作組織的樣板評定,即倪書所引的不確定度評定的上述過程,主要部分δLM,純屬胡亂估計(jì),是瞎編。
2 離奇的結(jié)果
本評定的最后結(jié)果是被檢游標(biāo)卡尺的示值誤差為(0.10±0.06)mm,就是說,此游標(biāo)卡尺的示值誤差的可能值是0.04mm到0.16mm。也就是說,此卡尺示值誤差的最大可能值為0.16mm。而我國的國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,此類卡尺的允許誤差是±0.05mm。
卡尺國標(biāo)與卡尺檢定規(guī)程,都規(guī)定量程150毫米、分辨力0.05毫米的卡尺,最大允許誤差是0.05毫米。而此例的評定結(jié)果卻是示值誤差最大可能為0.16毫米。竟相差3倍多。是產(chǎn)品真的不好,還是評定方法不對?我看是:1 瞎編數(shù)據(jù);2 不確定度評定方法錯誤。根本就不能進(jìn)行此種評定;照此評定法,就不會有任何一把卡尺合格。計(jì)量本身的不確定度已是0.06mm,而其誤差最大允許值是0.05mm,二者之差已是負(fù)值,已沒有合格的通道。
3 要害問題是拋開實(shí)測
此不確定度評定中,影響最大的項(xiàng)是第5項(xiàng)即機(jī)械效應(yīng)項(xiàng)。
為什么估計(jì)量是±50μm?為什么不估計(jì)為10μm?又為什么不估計(jì)為100μm?大了小了,都是沒有根據(jù)的廢話。計(jì)量工作,居然編造數(shù)據(jù),不僅無理,而且荒唐。如此荒唐的編造,竟成為中國國家合格性認(rèn)可委員會的標(biāo)準(zhǔn)文件的樣板,真讓人沒法說話……。
4 不合理的重復(fù)
測量的示值離散性、有限的分辨力、卡尺制造中的機(jī)械結(jié)構(gòu)的不完善,這些因素的作用,必定表現(xiàn)在測量結(jié)果的偏離性與分散性上。也就是說被檢儀器的各種誤差因素的影響必將體現(xiàn)于它們引入的系統(tǒng)誤差上與隨機(jī)誤差上。如果不體現(xiàn)在測量結(jié)果上,那就是沒有這些因素的作用。慮及誤差因素在某些點(diǎn)上可能相互抵消,那就要恰當(dāng)選點(diǎn)、多選點(diǎn),使其暴露(更精密的測量儀器要進(jìn)行重復(fù)測量)。總之要靠實(shí)測,實(shí)測的隨機(jī)誤差與系統(tǒng)誤差,就是各種誤差因素的最終效果。不能另行評定,第一,不實(shí)測而評定是瞎評;第二,另評定是重計(jì)。
拋開實(shí)測而講究評估,是不確定度評定弊病的根源,是根本性的錯誤。誤差理論講究實(shí)測,一切憑數(shù)據(jù)說話;不確定度評定是評估,是脫離實(shí)際、否定個性的作法,能實(shí)際動手測量而空口搞估計(jì),是思想路線的錯誤,是計(jì)量歷史的一次大倒退。
這個評定錯誤不是中國人的錯,評定是歐洲人做的,查不到作者。這是不確定度論本身的錯。國家合格性認(rèn)可委員會不該把它當(dāng)成好東西向讀者推薦,更不該當(dāng)做“指南”。
5 歸屬問題
檢定或校準(zhǔn)中,對誤差的測量結(jié)果,由被檢測量儀器與計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)共同構(gòu)成。計(jì)量者必須分割這二者,才能做出正確的判斷。分割的方法就是預(yù)先設(shè)計(jì)方案,使計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的影響很小,可以忽略。要求計(jì)量中必須滿足條件:標(biāo)準(zhǔn)的誤差范圍與被檢測量儀器的誤差范圍的標(biāo)稱值之比小于等于q,q是計(jì)量中的等級比,是計(jì)量的必備條件。一般q取1/4,時頻界取q為1/10。(有些行業(yè)取q為1/3,隨著技術(shù)的發(fā)展,該減小此值。)
測量儀器與計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)兩項(xiàng)共同構(gòu)成測量結(jié)果,其中標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)的影響可略,這就有效的分離了二者,可以認(rèn)定誤差的測量結(jié)果是屬于被檢測量儀器的。更嚴(yán)格的表達(dá)是把標(biāo)準(zhǔn)的影響視為誤差測量時的誤差,而表達(dá)在合格性判別的公式中
│Δ│max≤MEPV-R(N)
本例不確定度的評定,把本屬于被檢儀器性能的分辨力、機(jī)械不良效應(yīng),進(jìn)行另外的計(jì)量不確定度中,在判別式中列入右邊的項(xiàng)目中,即判別式的U95中,這就完全放錯了位置。
│Δ│max≤MEPV-U95
測量儀器的分辨力、機(jī)械效應(yīng),客觀上已實(shí)際體現(xiàn)于左邊的│Δ│max中,有多大,是實(shí)測時必當(dāng)表現(xiàn)出來的(操作者選用方法,包括多點(diǎn)測量、重復(fù)測量、標(biāo)準(zhǔn)的量值細(xì)度設(shè)置等)。所評U95中的極小一部分,標(biāo)準(zhǔn)與輔助儀器的誤差是該有的、正確的;而其中的主要部分,被檢儀器的重復(fù)性、分辨力、機(jī)械效應(yīng)項(xiàng)以及溫度效應(yīng)項(xiàng),評定時放在U95中,又必然在合格性判別中放在右邊,那就成了合格性判別的標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)。這里很容易看出,這些項(xiàng)作為對儀器的性能要求已體現(xiàn)在MEPV中(這是規(guī)格的要求),檢定就是實(shí)測性能是否符合規(guī)格要求,左邊是實(shí)測的性能。左邊小于右邊則合格。本例游標(biāo)卡尺的計(jì)量,把本應(yīng)包含在左端的性能,另列出,加在U95中,這就必然減小卡尺的合格性的通道,使大量本來合格的卡尺不能判為合格。造成計(jì)量工作的失誤。更有甚者,本樣板胡亂評估機(jī)械效應(yīng)項(xiàng),使此種卡尺全部不能判為合格。對計(jì)量來說,就是嚴(yán)重的失職,是不可容忍的錯誤。
上次討論,規(guī)矩灣先生承認(rèn)原評定對機(jī)械效應(yīng)項(xiàng)估計(jì)過大,是錯誤的;但他認(rèn)為估計(jì)小些就可以了。我認(rèn)為此處本不該包括此項(xiàng),估計(jì)大還是小,都是不當(dāng)?shù)摹r且作為規(guī)范,可以容忍人們隨意去估計(jì)大小,這本身就已失去規(guī)范的意義。
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(三)誤差理論下的卡尺檢定
1 明確卡尺的技術(shù)性能指標(biāo)。查看國標(biāo)《GB/T 21389-2008》、《通用卡尺檢定規(guī)程 JJG 30-2012》此類卡尺的示值誤差允許范圍是0.05毫米,即MEPV=0.05mm。
2 選用標(biāo)準(zhǔn)。檢定卡尺的標(biāo)準(zhǔn)就是量塊。卡尺檢定時的計(jì)量誤差,就是量塊的誤差范圍指標(biāo)值。各等各級量塊的規(guī)格,都遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足卡尺檢定的要求。設(shè)量塊的誤差范圍是R(N),要求R(N) ≤MEPV/4.
3 按卡尺檢定規(guī)程《JJG 30-2012》執(zhí)行。
用卡尺測量量塊,在六個點(diǎn)上,測得的卡尺示值與量塊的標(biāo)稱值的最大示值差為│Δ│max,只要:
│Δ│max≤MEPV-R(N)
判卡尺合格;否則不合格。
2012年的這個規(guī)程《JJG 30-2012》(注意這是在推行不確定度論19年之后),竟沒受不確定度論的影響,還是按誤差理論的慣例辦事,好!
老史寫文章置疑不確定度評定;檢定規(guī)程《JJG 30-2012》用行動抵制不確定度評定。好!異曲同工。謝謝敢于實(shí)事求是、堅(jiān)持真理的編者們,也順便向批準(zhǔn)此項(xiàng)檢定規(guī)程的國家質(zhì)檢總局致敬。
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CNAS所推薦的權(quán)威不確定度評定的“游標(biāo)卡尺的校準(zhǔn)”是個錯誤的評定,名曰“實(shí)例”,實(shí)則虛構(gòu)。要害是評定方法錯誤,不可實(shí)際應(yīng)用。誰用誰上當(dāng)。
這個評定樣板說明:計(jì)量中的不確定度評定,是畫蛇添足,毫無意義。本來簡單、規(guī)范、明確的計(jì)量檢定工作,被弄得很復(fù)雜、錯誤。排除不確定度評定的干擾!
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說明:本附錄應(yīng)加一句,游標(biāo)卡尺校準(zhǔn)評定(我國稱檢定裝置評定,本文簡稱計(jì)量評定)的錯誤根源是基本公式錯誤。
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附錄二 關(guān)于泰勒展開項(xiàng)對消的思考
示值:
ΔEX(示)=X―B=X(0) +ΔX(分辨)+ΔX(重復(fù))+ΔX(其他)―[Z―ΔB(標(biāo))] (附2)
要求的值:
ΔEX(真)= X – Z= X(0) +ΔX(分辨)+ΔX(重復(fù))+ΔX(其他)―Z (附3)
二者之差是計(jì)量誤差
ΔEX(計(jì)量)= ΔEX(示)―ΔEX(真)
= {X(0) +ΔX(分辨)+ΔX(重復(fù))+ΔX(其他)―[Z―ΔB(標(biāo))]}
–{X(0) +ΔX(分辨)+ΔX(重復(fù))+ΔX(其他)―Z}
= ΔB(標(biāo)) (附4)
以上是計(jì)量的誤差元,誤差范圍是誤差元絕對值的最大可能值
│ΔEX(計(jì)量)│max = │ΔB(標(biāo))│max
R(計(jì)量) = R(標(biāo)) (附5)
測得值函數(shù)是個整體,本不該作泰勒展開;如果用得正確,即使展開了,各分項(xiàng)也該消掉。
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不確定度評定用泰勒展開式。泰勒展開是數(shù)學(xué)原理,沒錯。不確定度評定的錯誤產(chǎn)生于對泰勒展開式的不當(dāng)應(yīng)用。
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