關于校準的研究與置疑

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                               關于校準的研究與置疑
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1 測定系統誤差時的誤差范圍
       校準場合，有計量標準。當前，校準的重要任務是用計量標準測定被校儀器的系統誤差，以給出修正值（系統誤差測定值的負值）。
       系統誤差的測得值為：
              β_視 = M_平 - B±分辨力誤差                                                     （1）
       真系統誤差（系統誤差定義值，以標準的真值為參考）為：
              β_真 = EM - Z                                                                         （2）
       測定系統誤差時的誤差為：
              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 ±分辨力誤差                                                （3）
       測定系統誤差時的誤差范圍，由被校儀器示值的平均值的標準偏差、被校儀器分辨力誤差和計量標準的誤差合成。可能較大的誤差是隨機誤差，僅有一項R標看作是系統誤差，按“方和根法”合成。  
       測定系統誤差時的誤差范圍為
              R_β =√[(3σ_平)²+(R_標)² +(分辨力誤差)²]                                    （4）
       換成不確定度的語言，確定系統誤差的不確定度為
              U_β =√[(3σ_平)²+(R_標)² +(分辨力誤差)²]   
                 = R_β                                                                                      (5)                        
       現行不確定度論的校準不確定度U₉₅，其包含的內容與R_β包含的內容相同，就是R_β，這里記為U_β，是確定系統誤差時的誤差范圍。
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2 儀器修正后的誤差范圍
       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、分辨力誤差的合成結果。
              M = Z + β_恒 +β_長穩 ± 3σ ± 分辨力誤差                               （6）
       修正值
              C = - β_恒視
                 = - β_恒± R_β                                                                      （7）                                 
       修正后的測得值是
              M_修 = M + C
                  = (Z + β_恒 + β_長穩 ± 3σ ± 分辨力誤差)+ C
                  = (Z + β_恒 + β_長穩 ± 3σ ± 分辨力誤差)– β_恒± R_β
                  = Z + β_長穩 ± 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_長穩 ± R_β ±3σ ±分辨力誤差                                         （9）
       大系統誤差僅β_長穩一項，R_β應視為系統誤差，但較小，其他是隨機誤差，合成取“方和根”。
       修正值的誤差范圍是
              R_修 = √[β_長穩² ± R_β² ±(3σ)²±(分辨力誤差)² ]                                  （10）                                                                                                
                                                                                                         
       修正后的測量結果：
              Z = M_修 ± R_修                                                                    （11）
       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！
                                                                    
3 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U₉₅，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U₉₅。U₉₅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。
       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。是權衡該不該修正的一個條件，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指標提高數倍，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，是生產者的責任，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。
       相信不確定度體系的人們，醒醒吧！錯了！
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5）“修正”的弊端
修正確實如樓主所說  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，我之前就發帖詢問過相關的問題。論壇中的朋友一致認為修正使用（即使用校準的不確定度）時需要考慮長期穩定性，不確定度確實是校準時的范圍，這應該是沒有異議的。但當提到如何考慮時，規程中指出，當儀器進行了穩定性考核，當穩定性小于不確定度時，那么穩定性將無需考慮，這一點上就難以理解了。不確定度A和穩定性B比較是為了什么？A和B存在互相覆蓋的地方嘛？應該是完全不同性質的量吧？A是儀器短期重復性，標準器的系統誤差等，穩定性B是儀器的長期漂移，有可比性？難道不是應該范圍是A+B的嘛？求解答

ps:樓主（1）（2）式中的符號未標明含義 M平，B，EM ，Z，請樓主添加下，謝謝！

吳下阿蒙 發表于 2017-5-19 17:32
5）“修正”的弊端
修正確實如樓主所說  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” ...

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  符號說明：
     M平：測得值的平均值
     EM: 測得值的期望值
     B: 計量標準的標稱值
     Z: 真值。可能是計量標準的真值，也可能是被測量的真值。計量中用測量儀器測量計量標準，此時，計量標準是被校儀器的測量對象，是被測量，因此真值Z既是標準的真值也是被測量的真值。
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可事實情況是，國外大都用的校準證書及不確定度，都用的好好的，倒是用檢定證書的國家沒幾個，到底哪種方式合理，會用的人自然明白。