計量論壇

標題: 校準有四種誤差范圍，U95何為？ [打印本頁]

作者: 史錦順 時間: 2017-8-18 09:17
標題: 校準有四種誤差范圍，U95何為？
本帖最后由史錦順于 2017-8-18 09:32 編輯

-
                     校準有四種誤差范圍，U[sub]95[/sub]何為？
-
                                                                                    史錦順
-
   在校準中，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誤差時的誤差范圍。關于被校儀器的誤差，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誤差時的測量不確定度。關于儀器的不確定度，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。
   當前，不確定度體系的U[sub]95[/sub]，在校準中只有一個，沒法用。用則必錯。
-
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如下。
   必須認清：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；而校準是用被校儀器來測量已知量值的標準，以求得測量儀器的誤差，看是否合格。校準是測量的逆操作。測量儀器的誤差，是校準的認識對象。校準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準標稱值之差；對計量本身的誤差分析，就是求這二者的差別。
   設測得值為M，計量標準的標稱值為B，標準的真值為Z；儀器的誤差元（以真值為參考）為r[sub]儀[/sub]，校準得到的儀器測得值與標準的標稱值之差值為r[sub]示[/sub]，標準的誤差元為r[sub]標[/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）標準的誤差元為
            r[sub]標[/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[/sub]                                                                            （3）
誤差范圍是誤差元的絕對值的最大可能值。由（3）式，誤差范圍關系為：
            |r[sub]計[/sub]|[sub]max[/sub] = |r[sub]標[/sub]|[sub]max
[/sub]即有
            R[sub]計[/sub] = R[sub]標[/sub]                                                                         （4）
（4）式是計量誤差的基本關系式，計量誤差由標準的誤差決定。計量誤差與被校儀器的誤差因素無關。
-
2 合格性判別
   被校儀器的誤差范圍指標，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，是以標準的標稱值為參考值的。計量中實測得到的是被檢儀器的誤差的測得值是r，規范《JJF1094》中記為|Δ|，準確地說應為|Δ|[sub]max[/sub]，誤差量的測量結果是：
               r = |Δ|[sub]max[/sub]±R[sub]計
[/sub]                = |Δ|[sub]max[/sub]±R[sub]標[/sub]                                                                （6）
   判別合格性，必須用誤差的測量結果與儀器指標比。
   （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[/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[/sub] ≤ MPEV
即
               |Δ|[sub]max[/sub] ≤ MPEV - R[sub]標[/sub]                                                          （7）
-
   （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[/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[/sub] ≥ MPEV
即
               |Δ|[sub]max[/sub] ≥ MPEV  + R[sub]標[/sub]                                                       （8）
   注：檢定中的合格性判別，同于校準中的合格性判別。
   計量（包括檢定與校準）中的計量誤差是計量標準的誤差范圍R[sub]標[/sub]，合格性判別中的待定區的半寬是R[sub]標[/sub]。計量誤差與被校（被檢）對象的性能無關。
-
3 測定系統誤差的誤差
   計量中的第二種計量誤差，是測定系統誤差時的誤差。
   測定系統誤差，是校準的必然操作。其實，對精密儀器的檢定也要測定系統誤差，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）
   系統誤差的測定誤差元
               r[sub]β[/sub] = β[sub]測[/sub] – β = 3σ[sub]平[/sub] ± R[sub]標[/sub] +分辨力誤差范圍
   測定系統誤差時的誤差范圍（僅R[sub]標[/sub]一項系統誤差取“方和根”）
               R[sub]β[/sub] =√[ (3σ[sub]平[/sub])[sup]2 [/sup] + R[sub]標[/sub][sup]2[/sup] +分辨力誤差[sup]2[/sup]]                            （11）
   系統誤差的測量結果是
               β = β[sub]測[/sub]±R[sub]β[/sub]                                                                   （12）
-
   換成不確定度的語言，確定系統誤差的不確定度為
               U[sub]β[/sub] =√[ (3σ[sub]平[/sub])[sup]2[/sup]  + R[sub]標[/sub][sup]2 [/sup]+分辨力誤差[sup]2[/sup]] = Rβ                   （13）
   現行不確定度論的校準不確定度U[sub]95[/sub]，其包含的內容與R[sub]β[/sub]包含的內容相同，就是R[sub]β[/sub]，這里記為U[sub]β[/sub]，是確定系統誤差時的誤差范圍。
-
4 儀器的不修正的誤差范圍與修正后的誤差范圍
   系統誤差，包括恒值部分與慢變化部分，可分解為恒值系統誤差與長期穩定度。有計量標準，可測量當時的系統誤差總量。方便的表達方式是測定時的系統誤差（視在系統誤差）看成是系統誤差的恒值部分；而此時刻到下一次校準時刻（半年或一年）系統誤差的變化，視為長期穩定度。
-
   不修正，測量儀器的誤差范圍是系統誤差、隨機誤差、長穩、分辨力誤差的合成結果。
               M = Z + β[sub]恒[/sub] +β[sub]長穩[/sub] ± 3σ + 分辨力誤差
   不修正的儀器誤差范圍（兩項較大系統誤差取絕對和）是
               RM  = √[(|β[sub]恒[/sub]|+|β[sub]長穩[/sub]|)[sup]2[/sup] + (3σ)[sup]2[/sup] +分辨力誤差[sup]2[/sup]]                （14）
-
   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]是測量點與校準點不同的代換誤差）是
               M[sub]修[/sub]= M + C
                  = (Z + β[sub]恒[/sub] + β[sub]長穩[/sub] + β[sub]替代[/sub]± 3σ + 分辨力誤差)+ C
                  = (Z + β[sub]恒[/sub] + β[sub]長穩[/sub]± 3σ ± 分辨力誤差)– β[sub]恒[/sub]± R[sub]β[/sub] + β[sub]替代
[/sub]                   = Z + β長穩 + 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[/sub] + β[sub]替代[/sub]± R[sub]β[/sub] ±3σ  + 分辨力誤差                      （16）
   大系統誤差β[sub]長穩[/sub]、β[sub]替代[/sub]、R[sub]β[/sub]應絕對合成，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[/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[/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，技術上的原因就在于此。
-
【對不確定度體系的質疑】
   當前，校準與檢定的不同點是校準不判別合格性而必須給出“校準不確定度”。“校準不確定度”是什么，該怎樣應用，這是計量界急需弄明白的問題。

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

   2）“校準不確定度”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誤差、隨機誤差、分辨力誤差的合成結果，而U95中缺系統誤差項。

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

   4）“校準不確定度”是測定被檢儀器的“校準時的系統誤差”的誤差范圍。

   5）“修正”的弊端
   在不確定度體系中，校準通常不判別合格性，而按“校準的示值誤差”進行修正，卻成了必然的操作。單值量具，特別是通常很穩定的量塊、砝碼，修正是可以的，但對絕大多數測量儀器來說，普遍地修正，是不妥當的。理由如下：
   a）校準時的“校準不確定度”僅僅是測定“校準當時的系統誤差”的誤差范圍。等于修正系統誤差恒值部分的修正值的誤差范圍。被校儀器的此后應用，系統誤差之恒值誤差部分修正了，但還有長期穩定度，包括兩次校準間（半年或一年）的漂移與溫度等環境因素的影響量。不計長期穩定度項，是不行的，這是對儀器性能的虛夸。
   b) 校準只能在少數校準點上進行，對大多數的測量點，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準性能指標與測量儀器的性能指標之比值來確定的。修正把被檢儀器性能提高數倍，如果確認修正后的性能，那就將否定所用計量標準的資格條件。資格不夠的校準，沒效。
   計量的權威建立在標準的“夠格條件”上。修正后的儀器的指標高了，但標準卻不夠格了。
   d）“合格性”管理是計量管理、儀器管理的基本內容。而儀器的性能規格，是“合格性”的基礎。沒有“規格”，就無所謂“合格”。
   e）否定“規格”，否定“合格性判別”，盲目推行“修正”，錯誤地給出并錯誤地應用自己不清楚是什么的“校準不確定度”，誤導實際工作，造成對測量計量原理與秩序的干擾與破壞。
   測量儀器的性能規格，就是測量儀器的誤差范圍，是測量儀器的測得值函數的簡化表達。“規格”貫通于研制生產、計量檢驗、應用測量三大領域，是測量計量工作的著眼點，是各種工作的共同的“綱”。指標，是研制生產的宗旨，是水平的標志，保證合格性，是生產廠的責任，是工廠的信譽。保證儀器的合格性，滿足計量公證的條件，是計量權威的基礎。有了工廠的信譽，有了計量的權威，測量者才好根據儀器的指標選用儀器，并放心地按儀器指標應用儀器，表達測量結果，去完成各種各樣的測量任務。
   離開“指標”，就亂套了。不確定度體系，在不明白“校準不確定度是什么”的情況下，盲目地推行校準給出“校準測量不確定度U95”，這是糊里糊涂地推行，這是糊里糊涂地應用。
   相信不確定度的人們，醒醒吧！不確定度體系錯了！
-

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。
樓主實際上已經對誤差，不確定度等計量術語進行了重新定義，因此樓主在此的所有推導、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有誤差及不確定度理論，應先從定義開始。

作者: 285166790 時間: 2017-8-18 16:19
世界上是先有"校準”，然后才出現的“檢定”，"檢定"其實就是把“校準”和“確認”工作二合一而已，本質上沒有區別。

作者: 劉耀煌 時間: 2017-8-18 16:22

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

我上大學《誤差理論與數據處理》課程那會兒，中國還沒 JJF 1059

作者: sirchen 時間: 2017-8-18 16:26

285166790 發表于 2017-8-18 16:19
世界上是先有"校準”，然后才出現的“檢定”，"檢定"其實就是把“校準”和“確認”工作二合一而已，本質上 ...

因為多了確認，所以有了本質區別。
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 發表于 2017-8-18 16:26
因為多了確認，所以有了本質區別。
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”測速儀執法，稱有檢定證書責任不在己》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。隨著證據提交和后續調查，他發現，這臺用于交警執法取證、自2013年以來一直使用的雷達測速儀是“山寨”的——“生產廠家”所在地執法部門發函確認，當地廠家根本沒有生產、銷售過該雷達測速儀，也未與益陽交警部門有過業務往來。

作者: 劉耀煌 時間: 2017-8-18 16:49

njlyx 發表于 2017-8-18 16:36
這個"案例"在哪兒能看到？

指新聞報導湖南益陽交警用山寨測速儀執法事件

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 發表于 2017-8-18 16:26
因為多了確認，所以有了本質區別。
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過形式批準，沒有計量器具生產許可證，跟檢定校準工作無關。

作者: njlyx 時間: 2017-8-18 17:27

劉耀煌發表于 2017-8-18 16:49
指新聞報導湖南益陽交警用山寨測速儀執法事件

謝謝！……去查看了這個"新聞"，似乎無關"校準"與"檢定"的區別，只是個不符合計量器具生產、管理"規定"的問題。

作者: 規矩灣錦苑 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“校準不確定度”不是計量誤差范圍、不是測定被檢儀器的“校準時的系統誤差”的誤差范圍。
　　另外，不確定度是屬于測量結果的，是屬于使用計量標準對被檢儀器校準所得校準結果的，因此，“校準不確定度”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據可以使用后，也就與儀器合格與否的評判無關了，在不確定度體系中５個“修正”的弊端也就不存在。

歡迎光臨計量論壇 (http://www.bkd208.com/)