關于校準過程的不確定度和三分之一原則

      各位老師，我單位在用立式光學計和四等量塊校準1級三針的過程中，評定不確定度為0.6μm（咨詢上級計量機構為0.4μm）。那么問題來了，JJF1207—2008要求1級三針的允差為±0.5μm.根據三分之一原則，U≥1/3*T。但是立式光學計的允差為0.15μm左右，上級標準器的允差又滿足要求。到底該怎么理解呢？各位老師實驗室三針的不確定度是多少呢？
      我們的不確定度來源有：1.光學計的示值誤差。2.光學計的分辨力。3.量塊和三針的溫差、線膨脹。4.測量重復性。5.量塊的長度變動量。
請老師們幫忙評判一下。謝謝了！

　　1被測對象：以名義直徑3mm的三針為例，計量要求允許尺寸偏差±0.5μm，控制限T=1μm。
　　2測量設備：
　　2.1四等量塊：尺寸10mm以下，不確定度0.22μm；
　　2.2光學計：使用±60μm以內顯示值，允差±0.2μm。
　　3測量模型：D=L＋Δ，式中D為三針直徑測得值，L為量塊長度，Δ為光學計讀得的三針與量塊尺寸差。
　　4靈敏系數：CL=CΔ=1
　　5不確定度分量分析：由測量模型知只有兩個輸入量，因此根據分量分析既不重復也不遺漏的原則，應分別分析來自L和Δ兩個輸入量的標準不確定度分量。
　　5.1來自量塊長度L的標準不確定度分量：uL=0.22μm/2.7=0.08μm
　　5.2來自光學計讀數Δ的標準不確定度分量：uΔ=0.2μm/1.73=0.116μm
　　5合成標準不確定度uc＝√(0.08^2+0.116^2)=0.14μm。
　　6擴展不確定度：取k=2，U=2×0.14=0.28μm
　　7結論：
　　擴展不確定度U=0.28μm，k=2。
　　因為被測參數控制限T=1μm，測量能力指數Mcp=T/(2U)=1/0.56=1.79，原國家計量局推薦的基本滿足測量要求的能力指數應≥1.5，1.79>1.5，因此本測量方案基本滿足1級三針計量校準的計量要求，可以開展1級三針的計量校準活動。

規矩灣錦苑 發表于 2015-9-10 01:05
　　1被測對象：以名義直徑3mm的三針為例，計量要求允許尺寸偏差±0.5μm，控制限T=1μm。
　　2測量設備： ...

請問老師，測量重復性和立式光學計的分辨力引入的不確定度分量不用計算在內嗎？

立式光學計的分辨力為1μm，按1/2=0.5μm來說，u=0.5/1.73==0.29μm，是很大的一個不確定度分量啊。

脾氣妹 發表于 2015-9-10 20:34
請問老師，測量重復性和立式光學計的分辨力引入的不確定度分量不用計算在內嗎？

立式光學計的分辨力為1 ...

　　不確定度分量的分析既不能重復也不能遺漏，是否重復和遺漏用什么判定？那就是“測量模型”。輸出量的不確定度來自于輸入量的不確定度，一個輸入量必給測量結果引入一個不確定度分量，有多少輸入量就有多少不確定度分量，不能多也不能少。
　　三針直徑檢定的測量模型是D=L＋Δ，因此必有且僅有來自L和Δ兩個輸入量的不確定度分量。來自光學計讀數Δ的標準不確定度分量使用了示值允差0.2μm，uΔ=0.2μm/1.73=0.116μm，你所說的分辨力1μm不是分辨力而是分度值，分度值的影響應包含在示值允差之內，不可能大于允差，如果分辨力大于允差，這個儀器無論如何也沒有辦法檢定合格了。事實上分度值1μm時的分辨力為0.1μm，引入的不確定度分量0.058μm。
　　當用不同的方法分析同一個輸入量給輸出量引入的不確定度大小不等時，為了測量工程的安全，應該舍小取大，在0.116μm和0.058μm中就應該選取0.116μm。當然你還可以不惜成本，不怕麻煩，花錢、花時間、花精力做重復性實驗得到Δ引入的另一個標準不確定度分量，再比較三者大小取其中最大值，你一定會發現仍然是光學計允差引入的分量0.116μm最大，Δ引入的標準不確定度分量仍然應該是0.116μm。

規矩灣錦苑 發表于 2015-9-10 21:12
　　不確定度分量的分析既不能重復也不能遺漏，是否重復和遺漏用什么判定？那就是“測量模型”。輸出量的 ...

謝謝老師指導，但是校準三針直徑及其變動量時好像要使用三等量塊。

規矩灣錦苑 發表于 2015-9-12 20:46
　　JJF1207的C.1指出1級三針直徑的測量不確定度不大于0.20μm（規范在U/T≤1/3中選擇了1/5），而尺寸10m ...

老師，根據您的測量模型D=L+△，要不要考慮重復性、溫度差、線膨脹系數差引入不不確定度分量呢？

脾氣妹 發表于 2015-9-12 23:54
老師，根據您的測量模型D=L+△，要不要考慮重復性、溫度差、線膨脹系數差引入不不確定度分量呢？ ...

A類評定是在某個輸入量的信息不掌握的情況下不得不為之的不確定度評定方法，L和△兩個輸入量的有關信息我們都知道，為什么還要進行A類評定呢？B類評定足矣。

　　溫度差、線膨脹系數差都可能給L和△兩個輸入量引入不確定度分量（不確定度分量的子項），但溫度差、線膨脹系數差引入不確定度分量子項與輸入量的大小密切相關。溫度差和線膨脹系數差很小，特別是線脹系數是10的(-6)次方，1000mm每差1℃才變化0.01mm，三針直徑一般小于10mm，△的值更是小于1mm，溫度差、線膨脹系數差給L和△引入不確定度分量子項微乎其微，還有必要考慮嗎？

插個樓請教一下：
“JJF1207—2008要求1級三針的允差為±0.5μm.根據三分之一原則，U≥1/3*T”
這里面T是取0.5？還是1？依據或者出處在哪里呢？謝謝。

tplink 發表于 2015-9-14 14:17
插個樓請教一下：
“JJF1207—2008要求1級三針的允差為±0.5μm.根據三分之一原則，U≥1/3*T”
這里面T是取 ...

　　U/T≤1/3是三分之一原則的基本表達式，≤1/3是不大于1/3，不是等于1/3，一般情況下取1/3～1/10。被測對象風險越大越趨向1/10，風險越小越趨向1/3。因為檢定/校準活動風險大于一般測量過程，因此JJF1094取了適當趨向1/10的1/6。根據MPEV=T/2，推導出了U/MPEV≤1/3的判別式。
　　其實U/MPEV≤1/3就是三分之一原則“U/T≤1/3，一般情況下取1/3～1/10”在檢定/校準領域實際應用的案例，也是1/3原則在實際應用中的一個“原則”，適用于絕大多數檢定/校準，但也并非絕對如此。例如壓力表檢定風險更大，取了1/8，換算成MPEV就是1/4，量塊檢定風險較小，就取了1/4，換算成MPEV好不確定度就是1/2。
　　三針的檢定也是風險較小的測量過程，與量塊檢定一樣取了1/4或1/5，因此還是要用三分之一原則的基本表達式來判定，即在U/T≤1/3的基礎上取1/4或1/5，判別式變為U/T≤1/4或U/T≤1/5。對于三針直徑的允差±0.5μm，T＝1μm，T/5=0.20μm，所以校準規范JJF1207的C.1條規定三針直徑校準方法的測量不確定度不得大于0.20μm。

規矩灣錦苑 發表于 2015-9-14 15:18
　　U/T≤1/3是三分之一原則的基本表達式，≤1/3是不大于1/3，不是等于1/3，一般情況下取1/3～1/10。被測 ...

學習了，感謝！

這位版主兼老師真是大拿啊，膜拜

暴風霜 發表于 2015-9-15 14:02
這位版主兼老師真是大拿啊，膜拜

七年前我就膜拜上他了

規矩灣錦苑 發表于 2015-9-12 20:46
　　JJF1207的C.1指出1級三針直徑的測量不確定度不大于0.20μm（規范在U/T≤1/3中選擇了1/5），而尺寸10m ...

剛入門，發表點個人看法，不對請老師指正：
   JJF1207  附錄D的測量模型 是否應為  D=L？因為開頭已經說明使用測長機直接測量，所以后面展開都沒有討論δ的分量。
只是規范后面說到測長機的最大允許誤差0.12μm，什么型號、品牌的測長機能達到這個準確度呢？
  另外，上述老師討論的不確定度評定中使用的測量標準器為立式光學計、量塊，是比對法測量。我個人的疑問是在實際測量一些被測直徑為0.118mm、0.142mm、、等小尺寸的三針時，有對應尺寸的標準量塊做比對嗎？是否有專門用來校準三針的專用量塊？
謝謝！

岸巖 發表于 2015-10-24 11:29
剛入門，發表點個人看法，不對請老師指正：
   JJF1207  附錄D的測量模型 是否應為  D=L？因為開頭已經說 ...

　　你說的非常對，這也是JJF1207不確定度評定報告的不足之一。前面給了測量模型D=L＋δ，包含有兩個輸入量，后面卻置給出的測量模型于不顧，對輸入量δ引入的不確定度分量只字不提，這是典型違背不確定度分量分析要做到“既不重復也不遺漏”原則的案例。
　　既然δ是測量Ｌ時的誤差，就應該確定誤差δ的大小，進一步評估δ引入的不確定度分量。其實δ無非是檢定過程中的“人機料法環”造成，因為三針尺寸小，環境得到控制，三針與量塊溫差及線脹系數差也很小，引起的誤差δ就很小可忽略不計。但因測量模型有輸入量δ，不確定度評定就必須有這段文字。若不想寫這段話，測量模型就應該如你所說寫為：D=L。
　　校準規范的不確定度評定示例第二個不足就是沒給出“已知條件”。不確定度評定是用信息估計被測量真值所在區間的半寬，“有用信息”至關重要。不確定度評定報告第一條就該用“概述”為標題給出所有有關被測量、所用測量設備（檢定/校準為計量標準）、環境條件、測量原理等“有用信息”。正如你所說，測長機的型號、品牌、測量范圍和允差都沒給出，在評定中說測長機最大允許誤差0.12μm就成了無根之水。
　　還有個問題不知你發現沒有，附錄C.1規定三針直徑測得值不確定度0級為≤0.12μm，1級為≤0.2μm，評定結果U=0.21μm>0.2μm，這種檢定方法還能值得我們采信嗎？問題在哪？問題仍在不確定度評定報告。測量模型D=L＋δ，L是什么？L是在計量標準（儀器）上讀得的值，不是在三針上讀得的量值，憑什么重復性實驗進行A類評定？有關計量標準的有用信息我們完全可以通過有關儀器、量塊的檢定規程查到，一個B類評定可解決的問題，為什么花錢、換時間、花精力去干重復試驗的傻事？這個A類評定與后面的B類評定是同一個輸入量L引入，這也是典型的分量分析“重復”，兩者之中我們只能取其一。
　　最后是關于有沒有0.118mm、0.142mm等小尺寸量塊的問題，可以說沒有。怎么辦呢？JJF1207的6.3.2.3條第二自然段以下內容做了詳細回答：將三針直徑“與適當的量塊組合”，“再用與組合尺寸接近的量塊進行比較”，該條款還給出了實例，應該是說得很清楚，我就不重復說了。

新手，真是個好貼，頂頂頂

謝謝分享，認真學習一下。

先收藏了，謝謝樓主