關(guān)于校準(zhǔn)的研究與置疑

-
                               關(guān)于校準(zhǔn)的研究與置疑
-
                                                                                     史錦順
-
1 測(cè)定系統(tǒng)誤差時(shí)的誤差范圍
       校準(zhǔn)場(chǎng)合，有計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)前，校準(zhǔn)的重要任務(wù)是用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定被校儀器的系統(tǒng)誤差，以給出修正值（系統(tǒng)誤差測(cè)定值的負(fù)值）。
       系統(tǒng)誤差的測(cè)得值為：
              β_視 = M_平 - B±分辨力誤差                                                     （1）
       真系統(tǒng)誤差（系統(tǒng)誤差定義值，以標(biāo)準(zhǔn)的真值為參考）為：
              β_真 = EM - Z                                                                         （2）
       測(cè)定系統(tǒng)誤差時(shí)的誤差為：
              r_β = β_視 - β_真   
                   = [M_平 - B]- [EM-Z] ±分辨力誤差
                   =[M_平 - EM]- [ B-Z] ±分辨力誤差
                   =±3σ_平± R_標(biāo) ±分辨力誤差                                                （3）
       測(cè)定系統(tǒng)誤差時(shí)的誤差范圍，由被校儀器示值的平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差、被校儀器分辨力誤差和計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的誤差合成。可能較大的誤差是隨機(jī)誤差，僅有一項(xiàng)R標(biāo)看作是系統(tǒng)誤差，按“方和根法”合成。  
       測(cè)定系統(tǒng)誤差時(shí)的誤差范圍為
              R_β =√[(3σ_平)²+(R_標(biāo))² +(分辨力誤差)²]                                    （4）
       換成不確定度的語言，確定系統(tǒng)誤差的不確定度為
              U_β =√[(3σ_平)²+(R_標(biāo))² +(分辨力誤差)²]   
                 = R_β                                                                                      (5)                        
       現(xiàn)行不確定度論的校準(zhǔn)不確定度U₉₅，其包含的內(nèi)容與R_β包含的內(nèi)容相同，就是R_β，這里記為U_β，是確定系統(tǒng)誤差時(shí)的誤差范圍。
-
2 儀器修正后的誤差范圍
       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(zhǎng)期穩(wěn)定度。有計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，可測(cè)量當(dāng)時(shí)的系統(tǒng)誤差總量。方便的表達(dá)方式是測(cè)定時(shí)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(shí)刻到下一次校準(zhǔn)時(shí)刻（半年或一年）系統(tǒng)誤差的變化，視為長(zhǎng)期穩(wěn)定度。
       不修正，測(cè)量?jī)x器的誤差范圍是系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、分辨力誤差的合成結(jié)果。
              M = Z + β_恒 +β_{長(zhǎng)穩(wěn)} ± 3σ ± 分辨力誤差                               （6）
       修正值
              C = - β_恒視
                 = - β_恒± R_β                                                                      （7）                                 
       修正后的測(cè)得值是
              M_修 = M + C
                  = (Z + β_恒 + β_{長(zhǎng)穩(wěn)} ± 3σ ± 分辨力誤差)+ C
                  = (Z + β_恒 + β_{長(zhǎng)穩(wěn)} ± 3σ ± 分辨力誤差)– β_恒± R_β
                  = Z + β_{長(zhǎng)穩(wěn)} ± R_β ± 3σ ± 分辨力誤差                                （8）
       修正值M修的誤差元為
              r_修 = M_修 - Z
                 = β_{長(zhǎng)穩(wěn)} ± R_β ±3σ ±分辨力誤差                                         （9）
       大系統(tǒng)誤差僅β_{長(zhǎng)穩(wěn)}一項(xiàng)，R_β應(yīng)視為系統(tǒng)誤差，但較小，其他是隨機(jī)誤差，合成取“方和根”。
       修正值的誤差范圍是
              R_修 = √[β_{長(zhǎng)穩(wěn)}² ± R_β² ±(3σ)²±(分辨力誤差)² ]                                  （10）                                                                                                
                                                                                                         
       修正后的測(cè)量結(jié)果：
              Z = M_修 ± R_修                                                                    （11）
       注意：修正后的測(cè)得值變了，誤差范圍也變了。整個(gè)測(cè)量結(jié)果變了！
                                                                    
3 對(duì)不確定度體系的質(zhì)疑      
       當(dāng)前，校準(zhǔn)與檢定的不同點(diǎn)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(jì)量界急需弄明白的問題。
       1）“校準(zhǔn)不確定度”不是計(jì)量誤差范圍
       計(jì)量的核心任務(wù)是判別被計(jì)量?jī)x器的合格性。校準(zhǔn)是計(jì)量的一種形式。作為主管合格性的中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì),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(shí)，要用到“待定區(qū)”。《cnas-GL27聲明檢測(cè)或校準(zhǔn)結(jié)果及與規(guī)范符合性的指南》的五個(gè)區(qū)劃分，其中待定區(qū)的半寬用U₉₅，是錯(cuò)誤的。計(jì)量誤差等于計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的誤差范圍，而不應(yīng)是校準(zhǔn)不確定度U₉₅。U₉₅比計(jì)量誤差多出被檢儀器重復(fù)性、分辨力、環(huán)境影響量各項(xiàng)。這樣就多計(jì)了、重計(jì)了。
       2）“校準(zhǔn)不確定度”不是儀器的不確定度
       不進(jìn)行修正，被計(jì)量?jī)x器誤差范圍是系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、分辨力誤差的合成結(jié)果，而U₉₅中缺系統(tǒng)誤差項(xiàng)。
       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(zhǎng)期穩(wěn)定度項(xiàng)（包括漂移與環(huán)境影響等變化項(xiàng)）；缺隨機(jī)誤差項(xiàng)3σ。
       4）“校準(zhǔn)不確定度”是測(cè)定被檢儀器的“校準(zhǔn)時(shí)的系統(tǒng)誤差”的誤差范圍。是權(quán)衡該不該修正的一個(gè)條件，但不是充分條件。
       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(jìn)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(duì)絕大多數(shù)測(cè)量?jī)x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(shí)的“校準(zhǔn)不確定度”僅僅是測(cè)定“校準(zhǔn)當(dāng)時(shí)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(zhǎng)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(jì)長(zhǎng)期穩(wěn)定度項(xiàng)，是不行的，這是對(duì)儀器性能的虛夸。
        b) 校準(zhǔn)只能在少數(shù)校準(zhǔn)點(diǎn)上進(jìn)行，對(duì)大多數(shù)的測(cè)量點(diǎn)，都有“替代誤差”。“替代誤差”通常不能忽略。
        c）計(jì)量的資格是按計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)性能指標(biāo)與測(cè)量?jī)x器的性能指標(biāo)之比值來確定的。修正把被檢儀器性能指標(biāo)提高數(shù)倍，如果確認(rèn)修正后的性能，那就將否定所用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的資格條件。資格不夠的校準(zhǔn)，沒效。
       計(jì)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(jì)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(cuò)誤地給出并錯(cuò)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(shí)際工作，造成對(duì)測(cè)量計(jì)量原理與秩序的干擾與破壞。
       測(cè)量?jī)x器的性能規(guī)格，就是測(cè)量?jī)x器的誤差范圍，是測(cè)量?jī)x器的測(cè)得值函數(shù)的簡(jiǎn)化表達(dá)。“規(guī)格”貫通于研制生產(chǎn)、計(jì)量檢驗(yàn)、應(yīng)用測(cè)量三大領(lǐng)域，是測(cè)量計(jì)量工作的著眼點(diǎn)，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)者的責(zé)任，是工廠的信譽(yù)。保證儀器的合格性，滿足計(jì)量公證的條件，是計(jì)量權(quán)威的基礎(chǔ)。有了工廠的信譽(yù)，有了計(jì)量的權(quán)威，測(cè)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(cè)量結(jié)果，去完成各種各樣的測(cè)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(cè)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。
       相信不確定度體系的人們，醒醒吧！錯(cuò)了！
-

5）“修正”的弊端
修正確實(shí)如樓主所說  a）校準(zhǔn)時(shí)的“校準(zhǔn)不確定度”僅僅是測(cè)定“校準(zhǔn)當(dāng)時(shí)的系統(tǒng)誤差”的誤差范圍，我之前就發(fā)帖詢問過相關(guān)的問題。論壇中的朋友一致認(rèn)為修正使用（即使用校準(zhǔn)的不確定度）時(shí)需要考慮長(zhǎng)期穩(wěn)定性，不確定度確實(shí)是校準(zhǔn)時(shí)的范圍，這應(yīng)該是沒有異議的。但當(dāng)提到如何考慮時(shí)，規(guī)程中指出，當(dāng)儀器進(jìn)行了穩(wěn)定性考核，當(dāng)穩(wěn)定性小于不確定度時(shí)，那么穩(wěn)定性將無需考慮，這一點(diǎn)上就難以理解了。不確定度A和穩(wěn)定性B比較是為了什么？A和B存在互相覆蓋的地方嘛？應(yīng)該是完全不同性質(zhì)的量吧？A是儀器短期重復(fù)性，標(biāo)準(zhǔn)器的系統(tǒng)誤差等，穩(wěn)定性B是儀器的長(zhǎng)期漂移，有可比性？難道不是應(yīng)該范圍是A+B的嘛？求解答

ps:樓主（1）（2）式中的符號(hào)未標(biāo)明含義 M平，B，EM ，Z，請(qǐng)樓主添加下，謝謝！

吳下阿蒙 發(fā)表于 2017-5-19 17:32
5）“修正”的弊端
修正確實(shí)如樓主所說  a）校準(zhǔn)時(shí)的“校準(zhǔn)不確定度”僅僅是測(cè)定“校準(zhǔn)當(dāng)時(shí)的系統(tǒng)誤差” ...

-
  符號(hào)說明：
     M平：測(cè)得值的平均值
     EM: 測(cè)得值的期望值
     B: 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)稱值
     Z: 真值。可能是計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的真值，也可能是被測(cè)量的真值。計(jì)量中用測(cè)量?jī)x器測(cè)量計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)，計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)是被校儀器的測(cè)量對(duì)象，是被測(cè)量，因此真值Z既是標(biāo)準(zhǔn)的真值也是被測(cè)量的真值。
-

可事實(shí)情況是，國(guó)外大都用的校準(zhǔn)證書及不確定度，都用的好好的，倒是用檢定證書的國(guó)家沒幾個(gè)，到底哪種方式合理，會(huì)用的人自然明白。