日常檢測中測量結果不確定度的評定

日常檢測中測量結果不確定度的評定(根據李慎安原文編)
　
當前國際上所承認并在執行中的GUM(測量不確定度表述導則，1995修正再版)以及據以制定和原則上等同采用的JJF1059—1999《測量不確定度評定與表示》在有些人認為:所規定的方法過分遷就基標準研究及其國際比對工作的需要，忽視了“一般測量”與“基標準研究”間的本質差異，使得它在“一般測量”領域是不可執行的，從而無法在廣泛的領域內充當統一測量準確度評估方法的基礎。
　　JJF1059—1999所規定的規則，不僅適用于建立國家計量基準、計量標準及其國際比對，而且也適用于生產過程中的檢驗和測試等大量日常的準確度并不很高的測量結果不確定度的評定與表述，但的確，一個規范為了照顧到它的適用范圍，某種程度的系統性和全面性，應加以考慮。在JJF1059—1999中也不例外，例如:3.4節提出:核查標準和控制圖可以表明測量過程是否處于統計控制狀態之中，有助于數學模型的建立和測量不確定度的評定。事實上，大量的日常測量并沒有建立核查標準和控制圖的需要。又例如:6.2節所提出的不確定度傳播中的高階項在明顯非線性時需加以考慮的問題。日常大量的測量中，盡管輸入量與輸出量的函數關系是非線性的，由于所要求的準確度并不那么高而都不去考慮。JJF1059—1999提出了諸如上述問題，絕沒有要求在任一個評定中都必須做到的含義。
　　不確定度分量的評定方法，按是否是統計方法分成了A、B兩類，但是在日常測量工作中，不確定度的評定并不見得既有A類分量也有B類分量，往往只有A類或只有B類。這也絕不能認為JJF1059—1999不適用于“一般測量”。
　　在測量結果的完整表述中，應包括測量不確定度，必要時還應說明有關影響量的取值范圍。這一點，在技術規范JJF1001—1998《通用計量術語及定義》以及JJF1059—1999中均明確指出。但是，并不意味著“一般測量”的測量結果必須都采用完整表述。JJF1059的8.1節明確指明，按技術規范要求，無需給出測量不確定度者當然可以不給。這里指的技術規范既可以是國家公布的，也可以是行業、企業內部的。此外，在8.2節中進一步明確在工業、商業等日常大量測量中，有時雖沒有任何明確的不確定度報告，但其不確定度可以按規定評定。這就是說，可以評定甚至需要評定，但不一定要與測量結果同時報告。
　　測量結果不確定度的評定，無論是“基標準研究”還是“一般測量”，其基本規則是完全一致的。這就是:測量結果不確定度往往由若干分量構成，而各分量的評定，既可用統計方法，也可用非統計方法，都用標準偏差表征；合成時采用其方差之和，必要時要加進協方差。唯一的不同之處在于基標準研究和國際比對中，可以采用合成方差的標準偏差，而在一般測量或其他測量中，則一般采用擴展不確定度，即用標準偏差的倍數給出以便于顯示真值所處范圍或測量結果之可能誤差不致超過的值。這種區別只是表述形式上的區別而非評定方法的本質不同，更不能認為GUM或JJF1059無法在廣泛的領域內充當統一測量準確度評估方法的基礎。
　　例如，用1只零級千分尺來測量標稱值為50mm的圓棒直徑。直徑按技術需求，其合格的允差帶有20μm。零級千分尺的最大允許示值誤差(MPE)不超過±2μm。其絕對值占允差帶的十分之一，通常認為采用零級千分尺來檢驗這一直徑是否合格是充分可靠的。而且，即令被測件的溫度與千分尺的溫度最大可能相差10℃，其線膨脹系數最大可能相差10×10-6℃-1，由此而帶來的可能誤差只有50mm×10℃×10-6℃-1=0.5μm而可以忽略不計(只占千分尺MPE的四分之一)。
　　用千分尺測量時，對其示值是不做修正的，也就是修正值為零。這個零的不確定度按MPE來評定，這種評定不論是基標準研究還是一般測量也是相同的。MPE既然是±2μm，我們可以估計其示值誤差在2μm的范圍內的概率分布是矩形的，因此，修正值(零)的標準不確定度可以評定為(1/ 根號3)μm≈1.24μm。
　　如果按規定是隨機地取4個不同位置測量所得直徑的算術平均值作為結果來做出該直徑是否合格的結論，則應評定平均值的實驗標準偏差，4個不同位置的直徑并不會相等，不同位置的直徑變化與千分尺的示值不穩定以及估讀隨機效應可以通過歷次檢測結果的記錄，按合并樣本標準偏差Sp的評定方法(見JJF1059第4.3節)評定，取Sp/根號4作為4次測量平均值的標準偏差，如果并非經常的常規測量，沒有Sp，為要探討測量方法，分析4次的平均值是否可靠，則應把不同位置取得充分多一些，例如20～30個位置，各進行一次測量，得出20～30個結果，按貝塞爾方法求出單次測量結果的實驗標準偏差。由于這些測量結果是用同一千分尺測出的，其中不包括零修正的不確定度分量(1.2μm)，而是與零修正充分獨立(不相關)的另一個分量。拿它除以根號4就是任4個位置的平均直徑的重復性標準偏差。重復性標準偏差與零修正標準偏差按方法合成為合成標準不確定度。其兩倍可作為測量結果的擴展不確定度，一般認為，其不應超過五分之一的允差(20μm的五分之一，4μm)，這種檢測方法及其合格與否的結論就充分可靠了。當然，經過不確定度的評定，認可了這樣的檢測方法之后，給出測量結果或給出是否合格的結論時，未必有要交代測量結果的擴展不確定度的必要。
　　從上例來看，一般測量中不確定度的評定往往是需要的，而且也是應該的，并且可以采用GUM或JJF1059所規定的方法。