《通用計量術語及定義》JJF1001-2011規范修訂中最突出的變化
-學習JJF1001-2011規范的體會和認識之一
金華彰
說明,此文我在2012年12月15日對約定值混合法部分文字作了修改。
國家計量技術規范《通用計量術語及定義》JJF1001-2011已于 2011年11月30日由國家質檢總局發布,于2012年3月1日起實施,以代替JJF1001-1998規范。這是我國計量工作中一件大事,因為統一我國計量名詞術語及定義是計量工作一項基礎性建設,它涉及到計量工作的方方面面,影響著計量行業的共同語言,普及計量知識,開展計量技術交流,促進計量事業的發展。尤其是在促進我國計量技術法規的制定工作中,更具有重要意義。
這次修訂的主要原因,是為了與2007年發布的《國際計量學詞匯-基礎通用的概念和相關術語》﹙VIM第3版﹚相一致。這次修訂內容有很大變化,應用領域范圍擴大了,涉及物理量﹑化學量﹑生物量等領域,術語內容更為全面而細化,術語的概念含意更為嚴格和廣義,涉及到不同的認識和觀點。JJF1001-1998規范共158個詞條,而JJF1001-2011增加到215個詞條,使術語更加聯系實際方便應用。其最突出的變化,VIM第3版實際上采用了誤差和不確定度同時并存的方法,這也成為我國JJF1001-2011規范修訂中最突出的變化。
一﹑VIM第3版是包容不同觀點的折中方案
ISO/IEC GUIDE 99:2007《國際計量學詞匯-基礎通用的概念和相關術語》﹙VIM第3版﹚,據了解在修訂中遇到了很大困難,主要是對真值的概念和作用;測量的目的;如何定義測量結果;如何描述測量的質量,存在著不同認識,所以VIM第3版是包容不同觀點的折中方案。現實中對測量有3種描述方法,并在不同領域中正在廣乏使用,同時又提出了第4種折中方案,即:1.經典方法﹙即誤差方法﹚;2.GUM關于測量不確定度方法;3.IEC測量結果的兼容性方法;4.約定值混合法(將誤差與不確定度同時使用的方法)。VIM第3版實際上采用了誤差與不確定度同時并存的第四種方法。上述四種測量方法,其差別如下:
內容 | 1.經典方法﹙誤差方法﹚ | 2.GUM方法 | 3.IEC方法 | 真值 | 認為存在唯一的真值,實際上它是不可知的。 |
真值存在,真值不是唯一的,是不可知的,不鼓勵使用。
|
懷凝真值的存在,認為既然真值不可知,又何必提真值。
| 測量的目的 |
獲得與真值盡可能接近的值。
|
獲得測得值及其不確定度或其它有關信息表示。
|
依靠測量結果計量兼容性的概念去評定測量結果的有效性,。
| 測量結果 |
即指測量獲得的值,它偏離真值,存在誤差,有系統和隨機誤差,可采取修正或多次測量等措施。
|
它是被測量的估計值,通常測量結果為測得值和有關信息(不確定度)。
|
即測得值,測量所得到的量值。
| 如何描述測量的質量 |
用誤差大小來表示。
|
用概率方法,將各不確定度分量合成,通過測量中獲得的信息,描述測量結果。
|
用校準曲線上的示值范圍和校準值上的測得值范圍表述,不用概率統計方法,而用校準獲得。
| 優缺點 |
真值不可知,誤差不能準確知道,未有誤差合成方法,很難評定測量結果與真值一致的程度。
|
優點,解決了真值和誤差問題,采用概率方法,解決了不確定度的合成,方法更為精練。
|
不采用概率方法,不用合成,用校準曲線,實用方便。
|
第4種方法,即4﹑約定值混合法。 .約定值混合法就是鑒于“誤差”一詞的使用仍然如此廣泛,因此保留了該術語,用“誤差”同時引入“不確定度”,即“誤差”和“不確定度”同時使用,以判定被測量值是否附合要求或法律規定的方法,稱“約定值混合法”。 該方法分為二步: 1).第一步,用更高等級的計量標準對測量標準進行校準,該測量標準得到的測得值的平均值稱為約定值,該給出的約定值是具有不確定度的; 2).第二步,用上述測量標準第二次去校準低等級的
計量器具時,可用約定值來評定誤差,這種誤差可用數字表示,即相對約定值的差。可從低等級的計量器具上得到的測得值與測量標準約定值之差,它是被校準計量器具的系統誤差中的己知部分。測得值的誤差由系統誤差中的未知部分、系統誤差中的己知部分及隨機誤差三部分組成。約定值混合法的優點是當約定值不確定度很小時可以直觀的使用,即被評定的低等級的計量器具的示值誤差在其最大允許誤差限內時,即可判定為合格,不需要進行不確定度分析。 實例:用標準法碼校準一個秤,砝碼為經過高等級標準校準過的測量標準,秤為低等級的計量器具。秤的示值可和標準法碼的約定值比較,即示值-約定值(即標準值)=示值誤差,可知誤差和法律法規最大允許誤差比較,就可決定秤是否附合要求。 約定值混合法當約定值的不確定度很小時可以使用。這種方法使用直觀實用,對準確度高的計量標準用不確定度評定,既科學合理又全面,而對準確度低的計量器具開展檢定或校準用誤差方法既方便又實用,尤其對制造計量器具生產廠對產品進行出廠檢驗,和開展計量器具首次檢定或隨后檢定或校準都十分方便。這是一種現實可行的實用方法,避兔使用真值或約定真值,而用約定值,而得到了大家的認可和接受,在術語上進行了協調。我理解,誤差和不確定度并存,是VIM第3版最突出的變化。 二﹑從JJF1001-2011規范中,可看出上述理念在術語定義中的變化 如JJF1001-2011規范中3.21條 量的真值﹙VIM2.11﹚簡稱真值,其定義是“與量的定義一致的量值。”
而JJF1001-1998
3.19條
[量的]真值,定義“與給定的特定量的定義一致的值。”定義基本一致。但“注”的變化很大,VIM第三版中注﹙即新規范3.21條注〕就表述了三種對真值的不同觀點,“注:1.
在描述關于測量的“誤差方法”中,認為真值是唯一的,實際上是不可知的。在“不確定度方法”中認為,由于定義本身細節不完善,不存在單一真值,只存在與定義一致的一組真值;然而,從原理上和實際上,這一組值是不可知的。另一些方法﹙指IEC方法﹚免除了所有關于真值的概念,而依靠測量結果計量兼容性的概念去評定測量結果的有效性。2.
在基本常量的這一特殊情況下,量被認為具有一個單一真值。3.
當被測量的定義的不確定度與測量不確定度其它分量相比可忽略時,認為被測量具有一個“基本唯一”的真值。這就是GUM和相關文件采用的方法,其中“真”字被認為多余的。”這反映了對真值雖然有了統一定義,但在認識和理解上是不同的,
“量的真值”定義是個各方認可的析中方案。
如JJF1001-2011規范中3.22條 約定量值﹙VIM2.12﹚又稱量的約定值,簡稱約定值。其定義是“對于給定的目的,由協議賦予某量的量值。”
而JJF1001-1998
中3.20條﹙即VIM第二版﹚
[量的]約定真值,定義為“對于給定目的具有適當不確定度的、賦予特定量的值,有時該值是約定采用的。”為了適用于不同觀點,新規范術語名稱中盡量不出現“真值”,所以用約定量值表述,定義中也不出現了不確定度要求。新規范3.22條注﹙VIM第三版注﹚“注:1.
有時將術語“約定真值”用于此概念,但不提倡這種用法。2.
有時約定量值是真值的一個估計值。3.
約定量值通常被認為具有適當小(可能為零)的測量不確定度。”這又是不同觀點的理解認識。而新規范中所指“由協議賦予”也很難使人理解,實際約定量值是否具有廣義性。
如JJF1001-2011規范中5.3條測量誤差﹙VIM2.16﹚,定義為“測得的量值減去參考量值。”在JJF1001-1998規范中5.16條
[測量]誤差﹙即VIM第二版﹚中,定義是“測量結果減去被測量的真值。”這和VIM第三版定義有了較大區別,測量結果改為測得的量值,真值改為參考量值。因為新規范“測量結果”定義己作了修改,它包涵了有關信息,用測得的量值更為準確廣意。而為什么將真值改為參考量值,在新規范系統測量誤差
5.4條和隨機測量誤差
5.6條定義注中已作了說明,即系統測量誤差定義中,“注:1.
系統測量誤差的參考量值是真值,或是測量不確定度可忽略不計的測量標準的測得值,或是約定量值。”在隨機測量誤差定義中,“注:1.
隨機測量誤差的參考量值是對同一被測量由無窮多次重復測量得到的平均值。”
用
“參考量值”這又是一種折中方案,既不用“真值”的用語,其含意又具有不同的觀點。在JJF1001-2011規范中5.4條,系統測量誤差定義中與在JJF1001-1998規范5.20相比,也去掉了“真值”二字,同樣不用“真值”的用語。我理解嚴格的說應是“由測量所得到賦予被測量的值減去真值”更為準確,因為誤差概念是建立在真值基礎上的。
關于對“測量結果”和“測得值”兩個術語的關系,也可以看出由於不同認識對術語的影響。在JJF1001-2011規范中5.1條 測量結果﹙VIM2.9﹚,定義為“與其它有用的相關信息一起賦予被測量的一組量值。”
而在JJF1001-1998規范中5.1條
﹙即VIM第二版﹚中,測量結果的定義是“由測量所得到的賦予被測量的值。”
定義有所變化。VIM第三版即JJF1001-2011規范中5.1條的注指出-,注:1、測量結果通常包含這組量值的相關信息。2、測量結果通常表示為單個測得的量值和一個測量不確定度。對某些用途,如果認為測量不確定度可忽略不計,則測量結果可表示為單個測得的量值,在許多領域中這是表示測量結果的常用方式。3、在傳統文獻和1993版VIM中,測量結果定義為賦予被測量的值,并按情況解釋為平均示值、未修正的結果或已修正的結果。這又是幾種不同的觀點和認識。測量結果術語VIM第三版與原JJF1001-1998即VIM第二版定義有很大變化。新版的定義其實代表GUM方法觀點,測量結果就是測得的量值和測量不確定度有關信息。為了適用其它觀點,VIM第三版即JJF1001-2011規范中,新增了5.2條“測得的量值”詞條,簡稱測得值,其定義是“代表測量結果的量值。”
雖然過去經常使用測得值,但在JJF1001-1998中沒有列入測得值定義,為什么新規范中﹙即VIM第三版﹚增加了這一術語,說明對測量誤差和IEC方法得到了進一步重視,當測量標準的測量不確定度可忽略不計時,實際上測得值不需要其它有用相關信息即可作為測量結果,這是不同觀點協調的結果。但這二條仔細分析可應用于不同方法,但既有區別又有重復相關之處。
在JJF1001-2011新規范中,5.8條為 測量準確度﹙VIM2.13﹚,5.9條為 測量正確度﹙VIM2.14﹚,5.10為 測量精蜜度﹙VIM2.15﹚。多年不多見的“測量正確度”和“測量精蜜度”又回來了。過去認為今后將大力采用測量不確定度,測量誤差的概念將逐步弱化,但這一次可以看出,測量誤差最基本的三個概念述語又列入了術語詞條,這反應了國際上對測量誤差概念的進一步肯定和重視。測量重復性﹑測量復現性在新規范術語定義中,是指在重復性﹑復現性測量條件下的測量精蜜度。這反應了在VIM第三版即新規范中,是對不同觀點不同認識情況下的一種妥協,采用測量不確定度和測量誤差同時并存的現實,這也是認識上的一種進步和發展,理論要聯系實際,與實際的應用相結合。 從過去我國制定的JJF1001-1998規范的指導思想來看,基本上和VIM第三版的思路是一致的,結合我國的實際情況,在我國實際上巳采用了第4種方法,我們既強調采用測量不確定與國際上一致,同時為適應檢定﹑校準工作,采用了測量誤差方法作為法制計檢定的評定方法,一方面控制計量標準器與被檢計量器具測量準確度的關系,同時以計量器具最大允許誤差作為規程﹑規范所允許的誤差極限值。如在我國《測量儀器特性評定》JJF1094-2002技術規范中,5.3.1.4條測量儀器示值誤差符合性評定的基本要求中規定,對測量儀器特性進行符合性評定時,若評定示值誤差的不確定度滿足下面要求,則可不考慮示值誤差評定的測量不確定度的影響。評定示值誤差的不確定度與被評定測量儀器的最大允許誤差的絕對值之比,應小于或等于1:3,即被評定測量儀器的示值誤差在其最大允許誤差限內時,可判為合格。在JJF1001-2011新修訂的規范中,同樣保留了這種思路,在第7章測量儀器的特性中,保留了原有的固有誤差﹙7.30條﹚﹑引用誤差﹙7.31條﹚﹑示值誤差﹙7.32條﹚,因為在我國計量檢定規程中,作為計量器具法制管理的重要技術依據,基本上還是采用最大允許誤差作為考核計量器具性能的主要指標,包括新制的、使用中和修理后的各種情況。最近我查閱了十大計量專業共18份檢定規程及少量校準規范,大部份都在2010-2011年制訂,95%都是用誤差進行評定的。確實這種方法既能與計量器具產品標準相協調一致,實際應用上也十分方便實用,這相當于第四種方法中的第二次測量活動。 以上只是個人學習中的一點體會和認識,雖然新版計量術語和我國現行所實施的是相一致的,但很多術語定義都有了變化,又增加了不少新術語,很多內容值得研究學習和探討,有待進一步加深理解和更好的應用它。
2012年8月18日金華彰寫於北京
2012年12月15日又作了文字修改 |