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計量論壇

標(biāo)題: 校準(zhǔn)有四種誤差范圍，U95何為？ [打印本頁]

作者: 史錦順 時間: 2017-8-18 09:17
標(biāo)題: 校準(zhǔn)有四種誤差范圍，U95何為？
本帖最后由史錦順于 2017-8-18 09:32 編輯

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                     校準(zhǔn)有四種誤差范圍，U[sub]95[/sub]何為？
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                                                                                    史錦順
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   在校準(zhǔn)中，有兩項不同的計量誤差：判別合格性的計量誤差范圍與測定系統(tǒng)誤差時的誤差范圍。關(guān)于被校儀器的誤差，也有兩種：不修正的儀器誤差范圍和修正后的儀器誤差范圍。
   換成不確定度體系的語言，該有：判別合格性的計量不確定度與測定系統(tǒng)誤差時的測量不確定度。關(guān)于儀器的不確定度，也有兩種：不修正的儀器不確定度和修正后的儀器不確定度。
   當(dāng)前，不確定度體系的U[sub]95[/sub]，在校準(zhǔn)中只有一個，沒法用。用則必錯。
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1 計量的誤差
   第一種計量誤差，是判別被校儀器合格性的誤差，這里記為R[sub]計[/sub]。
   計量的誤差公式推導(dǎo)如下。
   必須認(rèn)清：求什么，用什么，靠什么，得什么。要明確：分析計量的誤差，是分析計量活動的影響，自變量必須是計量的因素，而測得值函數(shù)在計量中是常量。
   測量是用測量儀器測量被測量，以求得被測量的值；而校準(zhǔn)是用被校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。校準(zhǔn)是測量的逆操作。測量儀器的誤差，是校準(zhǔn)的認(rèn)識對象。校準(zhǔn)的第一個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；對計量本身的誤差分析，就是求這二者的差別。
   設(shè)測得值為M，計量標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)稱值為B，標(biāo)準(zhǔn)的真值為Z；儀器的誤差元（以真值為參考）為r[sub]儀[/sub]，校準(zhǔn)得到的儀器測得值與標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)稱值之差值為r[sub]示[/sub]，標(biāo)準(zhǔn)的誤差元為r[sub]標(biāo)[/sub]。
   1）要得到的測量儀器的誤差元為：
            r[sub]儀[/sub] = M – Z                                                                         （1）
   2）檢定得到儀器的視在誤差元為：
            r[sub]視[/sub] = M – B                                                                         （2）
   3）標(biāo)準(zhǔn)的誤差元為
            r[sub]標(biāo)[/sub] = B–Z
   4）（2）與（1）之差是計量誤差元：
            r[sub]計[/sub] = r[sub]視 [/sub]– r[sub]儀[/sub] =（M-B）-（M-Z）
                  =（Z–B）
                  = r[sub]標(biāo)[/sub]                                                                            （3）
誤差范圍是誤差元的絕對值的最大可能值。由（3）式，誤差范圍關(guān)系為：
            |r[sub]計[/sub]|[sub]max[/sub] = |r[sub]標(biāo)[/sub]|[sub]max
[/sub]即有
            R[sub]計[/sub] = R[sub]標(biāo)[/sub]                                                                         （4）
（4）式是計量誤差的基本關(guān)系式，計量誤差由標(biāo)準(zhǔn)的誤差決定。計量誤差與被校儀器的誤差因素?zé)o關(guān)。
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2 合格性判別
   被校儀器的誤差范圍指標(biāo)，記為MPEV。儀器的實際誤差范圍是R，若
            R ≤ MPEV                                                                         （5）
則被檢測量儀器合格。
   R是被檢儀器的真誤差范圍，參考值是被測量的真值。而實測的儀器的誤差范圍，是以標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)稱值為參考值的。計量中實測得到的是被檢儀器的誤差的測得值是r，規(guī)范《JJF1094》中記為|Δ|，準(zhǔn)確地說應(yīng)為|Δ|[sub]max[/sub]，誤差量的測量結(jié)果是：
               r = |Δ|[sub]max[/sub]±R[sub]計
[/sub]                = |Δ|[sub]max[/sub]±R[sub]標(biāo)[/sub]                                                                （6）
   判別合格性，必須用誤差的測量結(jié)果與儀器指標(biāo)比。
   （A）由于計量誤差的存在，r的最大可能值是|Δ|[sub]max[/sub]+R[sub]標(biāo)[/sub]。若此值合格，因儀器誤差絕對值的其他可能值都比此值小，則所有誤差可能值都合格。因此，合格條件為：
               |Δ|[sub]max[/sub]+R[sub]標(biāo)[/sub] ≤ MPEV
即
               |Δ|[sub]max[/sub] ≤ MPEV - R[sub]標(biāo)[/sub]                                                          （7）
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   （B）由于計量誤差的存在，r的最小可能值是|Δ|[sub]max[/sub]-R[sub]標(biāo)[/sub]。若此值因過大而不合格，因儀器誤差絕對值的其他可能值都比此值大，則所有誤差可能值都不合格。因此，不合格條件為：
               |Δ|[sub]max[/sub]―R[sub]標(biāo)[/sub] ≥ MPEV
即
               |Δ|[sub]max[/sub] ≥ MPEV  + R[sub]標(biāo)[/sub]                                                       （8）
   注：檢定中的合格性判別，同于校準(zhǔn)中的合格性判別。
   計量（包括檢定與校準(zhǔn)）中的計量誤差是計量標(biāo)準(zhǔn)的誤差范圍R[sub]標(biāo)[/sub]，合格性判別中的待定區(qū)的半寬是R[sub]標(biāo)[/sub]。計量誤差與被校（被檢）對象的性能無關(guān)。
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3 測定系統(tǒng)誤差的誤差
   計量中的第二種計量誤差，是測定系統(tǒng)誤差時的誤差。
   測定系統(tǒng)誤差，是校準(zhǔn)的必然操作。其實，對精密儀器的檢定也要測定系統(tǒng)誤差，以便精確地測定儀器的實際誤差范圍。有時修正，它也是給出的修正值的誤差范圍。
   系統(tǒng)誤差元的定義值是：示值期望值與被測量真值之差
               β = EM - Z                                                                         （9）
   系統(tǒng)誤差的測得值為
               β[sub]測[/sub]= M[sub]平[/sub]- B + 分辨力誤差
                  = M[sub]平[/sub]- EM +EM +Z - Z - B + 分辨力誤差
                  = (EM – Z) + (M[sub]平[/sub]- EM) +(Z – B) + 分辨力誤差             （10）
   系統(tǒng)誤差的測定誤差元
               r[sub]β[/sub] = β[sub]測[/sub] – β = 3σ[sub]平[/sub] ± R[sub]標(biāo)[/sub] +分辨力誤差范圍
   測定系統(tǒng)誤差時的誤差范圍（僅R[sub]標(biāo)[/sub]一項系統(tǒng)誤差取“方和根”）
               R[sub]β[/sub] =√[ (3σ[sub]平[/sub])[sup]2 [/sup] + R[sub]標(biāo)[/sub][sup]2[/sup] +分辨力誤差[sup]2[/sup]]                            （11）
   系統(tǒng)誤差的測量結(jié)果是
               β = β[sub]測[/sub]±R[sub]β[/sub]                                                                   （12）
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   換成不確定度的語言，確定系統(tǒng)誤差的不確定度為
               U[sub]β[/sub] =√[ (3σ[sub]平[/sub])[sup]2[/sup]  + R[sub]標(biāo)[/sub][sup]2 [/sup]+分辨力誤差[sup]2[/sup]] = Rβ                   （13）
   現(xiàn)行不確定度論的校準(zhǔn)不確定度U[sub]95[/sub]，其包含的內(nèi)容與R[sub]β[/sub]包含的內(nèi)容相同，就是R[sub]β[/sub]，這里記為U[sub]β[/sub]，是確定系統(tǒng)誤差時的誤差范圍。
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4 儀器的不修正的誤差范圍與修正后的誤差范圍
   系統(tǒng)誤差，包括恒值部分與慢變化部分，可分解為恒值系統(tǒng)誤差與長期穩(wěn)定度。有計量標(biāo)準(zhǔn)，可測量當(dāng)時的系統(tǒng)誤差總量。方便的表達(dá)方式是測定時的系統(tǒng)誤差（視在系統(tǒng)誤差）看成是系統(tǒng)誤差的恒值部分；而此時刻到下一次校準(zhǔn)時刻（半年或一年）系統(tǒng)誤差的變化，視為長期穩(wěn)定度。
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   不修正，測量儀器的誤差范圍是系統(tǒng)誤差、隨機誤差、長穩(wěn)、分辨力誤差的合成結(jié)果。
               M = Z + β[sub]恒[/sub] +β[sub]長穩(wěn)[/sub] ± 3σ + 分辨力誤差
   不修正的儀器誤差范圍（兩項較大系統(tǒng)誤差取絕對和）是
               RM  = √[(|β[sub]恒[/sub]|+|β[sub]長穩(wěn)[/sub]|)[sup]2[/sup] + (3σ)[sup]2[/sup] +分辨力誤差[sup]2[/sup]]                （14）
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   修正值
               C = - β[sub]恒視
[/sub]                   = - β[sub]恒[/sub]± R[sub]β
[/sub]    由于測量點與校準(zhǔn)點不同，修正值的誤差要加一項：代換誤差。

   修正后的測得值（β[sub]替代[/sub]是測量點與校準(zhǔn)點不同的代換誤差）是
               M[sub]修[/sub]= M + C
                  = (Z + β[sub]恒[/sub] + β[sub]長穩(wěn)[/sub] + β[sub]替代[/sub]± 3σ + 分辨力誤差)+ C
                  = (Z + β[sub]恒[/sub] + β[sub]長穩(wěn)[/sub]± 3σ ± 分辨力誤差)– β[sub]恒[/sub]± R[sub]β[/sub] + β[sub]替代
[/sub]                   = Z + β長穩(wěn) + β替代 ± Rβ ± 3σ  + 分辨力誤差             （15）
   修正值M[sub]修[/sub]的誤差元為
               r[sub]修[/sub]= M[sub]修 [/sub]- Z
                  = β[sub]長穩(wěn)[/sub] + β[sub]替代[/sub]± R[sub]β[/sub] ±3σ  + 分辨力誤差                      （16）
   大系統(tǒng)誤差β[sub]長穩(wěn)[/sub]、β[sub]替代[/sub]、R[sub]β[/sub]應(yīng)絕對合成，其他是隨機誤差，合成取“方和根”。
   修正值的誤差范圍是
               R[sub]修[/sub] =√[ (|β[sub]長穩(wěn)[/sub]|+|R[sub]β[/sub]|+|β[sub]替代[/sub]|)[sup] 2 [/sup]±(3σ)[sup]2 [/sup]±分辨力誤差[sup]2 [/sup]]    （17）
   修正后的測量結(jié)果：
               Z = M[sub]修[/sub] ± R[sub]修[/sub]                                                                   （18）
   注意：修正后的測得值變了，誤差范圍也變了。整個測量結(jié)果變了！
   對單值量具，如量塊、砝碼，β[sub]替代[/sub]、(3σ)、分辨力誤差三項不存在，β[sub]長穩(wěn)[/sub]可略、僅有R[sub]β[/sub]一項，修正是可以的；但對測量儀器，（17）式的五項誤差都存在。這就是99%以上的測量儀器不修正的基本原因。馬鳳鳴、史錦順等主張測量儀器（不含單值量具）不搞修正，技術(shù)上的原因就在于此。
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【對不確定度體系的質(zhì)疑】
   當(dāng)前，校準(zhǔn)與檢定的不同點是校準(zhǔn)不判別合格性而必須給出“校準(zhǔn)不確定度”。“校準(zhǔn)不確定度”是什么，該怎樣應(yīng)用，這是計量界急需弄明白的問題。

   1）“校準(zhǔn)不確定度”不是計量誤差范圍
   計量的核心任務(wù)是判別被計量儀器的合格性。校準(zhǔn)是計量的一種形式。作為主管合格性的中國合格評定國家認(rèn)可委員會,卻規(guī)定校準(zhǔn)通常不判別合格性。而當(dāng)用戶要求判別合格性時，要用到“待定區(qū)”。《CNAS-GL27》聲明檢測或校準(zhǔn)結(jié)果及與規(guī)范符合性的指南》的五個區(qū)劃分，其中待定區(qū)的半寬用U[sub]95[/sub]，是錯誤的。計量誤差等于計量標(biāo)準(zhǔn)的誤差范圍，而不應(yīng)是校準(zhǔn)不確定度U[sub]95[/sub]。U[sub]95[/sub]比計量誤差多出被檢儀器重復(fù)性、分辨力、環(huán)境影響量各項。這樣就多計了、重計了。

   2）“校準(zhǔn)不確定度”不是儀器的不確定度
   不進行修正，被計量儀器誤差范圍是系統(tǒng)誤差、隨機誤差、分辨力誤差的合成結(jié)果，而U95中缺系統(tǒng)誤差項。

   3）“校準(zhǔn)不確定度”不是修正后的儀器的不確定度
   當(dāng)前，通常把“校準(zhǔn)不確定度”，當(dāng)成修正后的“儀器不確定度”。缺長期穩(wěn)定度項（包括漂移與環(huán)境影響等變化項）；缺隨機誤差項3σ；對非單值的測量儀器，缺“替代誤差”項。

   4）“校準(zhǔn)不確定度”是測定被檢儀器的“校準(zhǔn)時的系統(tǒng)誤差”的誤差范圍。

   5）“修正”的弊端
   在不確定度體系中，校準(zhǔn)通常不判別合格性，而按“校準(zhǔn)的示值誤差”進行修正，卻成了必然的操作。單值量具，特別是通常很穩(wěn)定的量塊、砝碼，修正是可以的，但對絕大多數(shù)測量儀器來說，普遍地修正，是不妥當(dāng)?shù)摹＠碛扇缦拢?br />    a）校準(zhǔn)時的“校準(zhǔn)不確定度”僅僅是測定“校準(zhǔn)當(dāng)時的系統(tǒng)誤差”的誤差范圍。等于修正系統(tǒng)誤差恒值部分的修正值的誤差范圍。被校儀器的此后應(yīng)用，系統(tǒng)誤差之恒值誤差部分修正了，但還有長期穩(wěn)定度，包括兩次校準(zhǔn)間（半年或一年）的漂移與溫度等環(huán)境因素的影響量。不計長期穩(wěn)定度項，是不行的，這是對儀器性能的虛夸。
   b) 校準(zhǔn)只能在少數(shù)校準(zhǔn)點上進行，對大多數(shù)的測量點，都有“替代誤差”。“替代誤差”通常不能忽略。
   c）計量的資格是按計量標(biāo)準(zhǔn)性能指標(biāo)與測量儀器的性能指標(biāo)之比值來確定的。修正把被檢儀器性能提高數(shù)倍，如果確認(rèn)修正后的性能，那就將否定所用計量標(biāo)準(zhǔn)的資格條件。資格不夠的校準(zhǔn)，沒效。
   計量的權(quán)威建立在標(biāo)準(zhǔn)的“夠格條件”上。修正后的儀器的指標(biāo)高了，但標(biāo)準(zhǔn)卻不夠格了。
   d）“合格性”管理是計量管理、儀器管理的基本內(nèi)容。而儀器的性能規(guī)格，是“合格性”的基礎(chǔ)。沒有“規(guī)格”，就無所謂“合格”。
   e）否定“規(guī)格”，否定“合格性判別”，盲目推行“修正”，錯誤地給出并錯誤地應(yīng)用自己不清楚是什么的“校準(zhǔn)不確定度”，誤導(dǎo)實際工作，造成對測量計量原理與秩序的干擾與破壞。
   測量儀器的性能規(guī)格，就是測量儀器的誤差范圍，是測量儀器的測得值函數(shù)的簡化表達(dá)。“規(guī)格”貫通于研制生產(chǎn)、計量檢驗、應(yīng)用測量三大領(lǐng)域，是測量計量工作的著眼點，是各種工作的共同的“綱”。指標(biāo)，是研制生產(chǎn)的宗旨，是水平的標(biāo)志，保證合格性，是生產(chǎn)廠的責(zé)任，是工廠的信譽。保證儀器的合格性，滿足計量公證的條件，是計量權(quán)威的基礎(chǔ)。有了工廠的信譽，有了計量的權(quán)威，測量者才好根據(jù)儀器的指標(biāo)選用儀器，并放心地按儀器指標(biāo)應(yīng)用儀器，表達(dá)測量結(jié)果，去完成各種各樣的測量任務(wù)。
   離開“指標(biāo)”，就亂套了。不確定度體系，在不明白“校準(zhǔn)不確定度是什么”的情況下，盲目地推行校準(zhǔn)給出“校準(zhǔn)測量不確定度U95”，這是糊里糊涂地推行，這是糊里糊涂地應(yīng)用。
   相信不確定度的人們，醒醒吧！不確定度體系錯了！
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作者: sirchen 時間: 2017-8-18 16:14
對于全文，我無法全部看完，有的地方也看不懂。
樓主實際上已經(jīng)對誤差，不確定度等計量術(shù)語進行了重新定義，因此樓主在此的所有推導(dǎo)、演繹都是基于本身定義，一般人無法理解。
如果樓主確實要推翻現(xiàn)有誤差及不確定度理論，應(yīng)先從定義開始。

作者: 285166790 時間: 2017-8-18 16:19
世界上是先有"校準(zhǔn)”，然后才出現(xiàn)的“檢定”，"檢定"其實就是把“校準(zhǔn)”和“確認(rèn)”工作二合一而已，本質(zhì)上沒有區(qū)別。

作者: 劉耀煌 時間: 2017-8-18 16:22

sirchen 發(fā)表于 2017-8-18 16:14
對于全文，我無法全部看完，有的地方也看不懂。
樓主實際上已經(jīng)對誤差，不確定度等計量術(shù)語進行了重新定義 ...

我上大學(xué)《誤差理論與數(shù)據(jù)處理》課程那會兒，中國還沒 JJF 1059

作者: sirchen 時間: 2017-8-18 16:26

285166790 發(fā)表于 2017-8-18 16:19
世界上是先有"校準(zhǔn)”，然后才出現(xiàn)的“檢定”，"檢定"其實就是把“校準(zhǔn)”和“確認(rèn)”工作二合一而已，本質(zhì)上 ...

因為多了確認(rèn)，所以有了本質(zhì)區(qū)別。
這個可以看看湖南省測速儀的案例。

作者: njlyx 時間: 2017-8-18 16:36

sirchen 發(fā)表于 2017-8-18 16:26
因為多了確認(rèn)，所以有了本質(zhì)區(qū)別。
這個可以看看湖南省測速儀的案例。

這個"案例"在哪兒能看到？

作者: sirchen 時間: 2017-8-18 16:43

njlyx 發(fā)表于 2017-8-18 16:36
這個"案例"在哪兒能看到？

8日，澎湃新聞（www.thepaper.cn）以《湖南益陽交警用“山寨”測速儀執(zhí)法，稱有檢定證書責(zé)任不在己》為題報道，湖南益陽市民徐真建因開車超速被罰款扣分，不服告到法院。隨著證據(jù)提交和后續(xù)調(diào)查，他發(fā)現(xiàn)，這臺用于交警執(zhí)法取證、自2013年以來一直使用的雷達(dá)測速儀是“山寨”的——“生產(chǎn)廠家”所在地執(zhí)法部門發(fā)函確認(rèn)，當(dāng)?shù)貜S家根本沒有生產(chǎn)、銷售過該雷達(dá)測速儀，也未與益陽交警部門有過業(yè)務(wù)往來。

作者: 劉耀煌 時間: 2017-8-18 16:49

njlyx 發(fā)表于 2017-8-18 16:36
這個"案例"在哪兒能看到？

指新聞報導(dǎo)湖南益陽交警用山寨測速儀執(zhí)法事件

作者: 285166790 時間: 2017-8-18 17:24
本帖最后由 285166790 于 2017-8-18 17:26 編輯

sirchen 發(fā)表于 2017-8-18 16:26
因為多了確認(rèn)，所以有了本質(zhì)區(qū)別。
這個可以看看湖南省測速儀的案例。

這個案例的主要問題是，采購的計量儀器沒有經(jīng)過形式批準(zhǔn)，沒有計量器具生產(chǎn)許可證，跟檢定校準(zhǔn)工作無關(guān)。

作者: njlyx 時間: 2017-8-18 17:27

劉耀煌發(fā)表于 2017-8-18 16:49
指新聞報導(dǎo)湖南益陽交警用山寨測速儀執(zhí)法事件

謝謝！……去查看了這個"新聞"，似乎無關(guān)"校準(zhǔn)"與"檢定"的區(qū)別，只是個不符合計量器具生產(chǎn)、管理"規(guī)定"的問題。

作者: 規(guī)矩灣錦苑 時間: 2017-8-19 16:51
　　是的，總之一句話“測量不確定度不是誤差也不是誤差范圍”，因此史老師講“校準(zhǔn)有四種誤差范圍”沒有錯，我完全贊同。因為測量不確定度不是誤差，所以“校準(zhǔn)不確定度”不是計量誤差范圍、不是測定被檢儀器的“校準(zhǔn)時的系統(tǒng)誤差”的誤差范圍。
　　另外，不確定度是屬于測量結(jié)果的，是屬于使用計量標(biāo)準(zhǔn)對被檢儀器校準(zhǔn)所得校準(zhǔn)結(jié)果的，因此，“校準(zhǔn)不確定度”不是儀器的不確定度，也不是修正后的儀器的不確定度。不確定度不能用來評判被檢儀器的合格性，而是用來評判使用的測得值能不能用來評判被檢儀器合格性的，所以被檢儀器合格與否的判定在用不確定度判定了所用檢定數(shù)據(jù)可以使用后，也就與儀器合格與否的評判無關(guān)了，在不確定度體系中５個“修正”的弊端也就不存在。

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