《數字多用表校準規范》之新意

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                                     《數字多用表校準規范》之新意
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                                                                                                            史錦順
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       推行不確定度體系23年之后，2016年版的JJF 1587-2016《數字多用表校準規范》，重誤差理論，而貶不確定度體系，這是一種新思想、新意境。
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（一）興“誤差”，貶“不確定度”
【JJF 1587-2016正文摘抄】
3 術語和計量單位
3.1示值誤差
5 計量特性
5.1 示值誤差
5. 2 最大允許誤差
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【史評】
       正文大量用“誤差”；而極少用“不確定度”。一褒一貶，傾向明顯。
       正文中“誤差”一詞出現36次。而“不確定度”一詞出現2次，其中一次出現在括號中，意思是“不確定度與最大允許誤差等效，只是名詞不同而已”。因為體現二者作用的比例數字相等。實際是讓不確定度體系的名稱、術語、內容及方法，靠邊站了。
      2004年版的VIM3，正文只講“不確定度”，而把“誤差”的術語一律放到附錄中；過了12年之后，《JJF 1587-2016》竟反過來：提倡“誤差”，而把“不確定度”放在附錄中。興衰成敗，大勢所趨！
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（二）正確給出計量誤差、計量的資格條件
【JJF 1587-2016正文摘抄】
6 校準條件
6. 2. 2 校準裝置對應功能的最大允許誤差絕對值（或不確定度）應不大于被校數字表相應功能最大允許誤差絕對值的1/3。
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【史評】
       國家計量規范《JJF1094-2002 測量儀器特性評定》之計量條件為：
       評定示值誤差的不確定度U₉₅與被評定測量儀器的最大允許誤差的絕對值MPEV之比，應小于或等于1:3，即
                   U₉₅ ≤ MPEV/3                                                                     （A）
       （A）式中的U₉₅，包括計量標準的MPEV，還額外包括被評定儀器的重復性與分辨力誤差。
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       而《數字多用表校準規范》的6.2.2條款寫成公式為：
                  MPEV_標準 ≤ MPEV/3                                                             （B）
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       （B）式是合理的、正確的，近代計量歷史中用的就是這個公式。
       （A）式是不合理的、是錯誤的。把對象的部分性能混入判別標準中，混淆了手段與對象的關系。產生“能計量高檔次儀器，卻不能計量低檔次儀器”的邏輯錯誤。新版《數字多用表校準規范》敢于恢復、啟用正確的（B）式，好！
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（三）對“除以根號N”的糾正
       對儀器的計量，手段的性能遠優于對象的性能。被檢儀器的示值的隨機變化，是客觀存在，必須如實表達，而不能縮小。
       對被評定儀器的示值隨機變化的測量，是統計測量，表征量必須是單值的σ，而不是平均值的σ_平。就是說，σ不能除以根號N。
       不確定度體系的A類標準不確定度，GUM的定義是σ除以根號N。因而大量的規范、規程、樣板評定，A類評定都是σ除以根號N。這種一般地除以根號N的作法，對統計測量都是錯誤的。
       新版《數字多用表校準規范》在附錄中給出的評定不確定度的方法，是用單值的σ，而不除以根號N。好，正確，贊一個！
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（四）質疑
       通常的校準，所評定的不確定度U₉₅，名稱是“校準值的不確定度”，實質是測定系統誤差時的誤差范圍，可用來判斷該不該修正。并不是儀器修正后的誤差范圍。
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       新版《數字多用表校準規范》評定的不確定度，不是“測定系統誤差時的誤差范圍”，而是系統誤差修正后，儀器的誤差范圍。但通常（99%以上）儀器是不修正的。如是，給出的“不確定度”就沒用了。
       實際有用的是不修正的儀器的誤差范圍。但它應是隨機誤差與系統誤差以及標準的誤差范圍的合成結果。
       “校準給出不確定度”已成常規。但這個不確定度是什么，干什么用，似乎都不大明確，包括新版《數字多用表校準規范》在內。“以其昏昏使人昭昭”，不行啊！
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附言
        JJF 1587-2016《數字多用表校準規范》的起草人中有一人是網友熟悉的，他就是范巧成（山東電力研究院），就是本網的都成，又名巧成、qcdc.
       都成先生與我有幾十場辯論。總的來說，他反對我的觀點。但奇怪的是，他參與起草的規范，竟有些觀點與我的主張相似。也許是國家計量院有錢鐘泰的緣故。不管怎么樣，反正我反對不確定度體系的信心是越來越強了。
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史錦順 發表于 2017-12-1 13:05
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（一）截圖中所載公式是錯誤的
       分析詳見：《論不確定度體系的公式錯誤》之第五、第六兩部分。  ...

首先感謝您的回復。
  U95的內容，包含被檢儀器的部分性能。這部分內容是對象的性能，已體現在 |Δ|max 中。用U95取代R標是錯誤的。U95部分堵塞合格性通道（有時甚至堵死合格性通道），是不確定度體系的一項嚴重錯誤。
這個U95，您提到的卡尺評定我不清楚，不過我在評定電源輸出電壓不確定度時，就遇到了類似的問題，即被檢電源輸出電壓的分辨力引入的問題，我之前也在論壇中的請教過，最終也沒有得出滿意的結果，很多量友對這個當時我認為非常簡單的問題都模棱兩可（當時我認為，只要評定過不確定度，就應該知道這個問題）。當時我按照不確定度評定規程中的要求，將重復性和被檢電源的分辨力比較，取其中較大值，但這個分辨力太大，不僅比重復性大很多，也比我們的高精度標準電壓表MPEV高很多，我評定出的不確定度很大，最終在和美方交流下，直接舍棄了分辨力這個分量（這個評定，我方是賣方，美方是買家，如果不是對方工程師認為不確定度內不該包含分辨力，是不可能建議這樣評定的。）
之后我經常思考問題的原因，并推敲不確定度評定（規程中的）的各個分量的含義，還有最終合成出來的到底應該是什么。不過限于能力，最終還是感覺自己看的書不夠多。

先生先說：“我認為不確定度一直如它的定義那樣，它可以反映測量結果的可靠性”，同一段中又說：“不確定度U就是一個評定的測量誤差范圍”，“隨意看看國外儀器的說明書，說明書的不確定度實際上就是誤差范圍”。先生的說法，是相互矛盾的。
我感覺并不矛盾，我舉個例子。假設我現在測量一個物理量，測量結果是10.1，不確定度是0.5.就表示真值可能在10.1的正負0.5范圍內。然后我又測量了一個結果為10.2，不確定度為0.1，那么表示真值在10.2的正負0.1范圍內。由于不確定度0.1比0.5小，或者說可能的誤差范圍0.1比0.5小，那么我認為測量結果10.2更可靠。即對同一物理量的測量，不確定度越小，測量結果可能的誤差范圍越小，這個結果也越可靠。
（三）“已知”“未知”是陷阱
這個我是這么理解的。誤差的定義說到誤差定義為測得值減真值，但實際操作中，我們減的都是約定真值。修正值=-誤差=-（測得值-約定真值），已一個電壓表校準被測電源輸出電壓為例，那么電源輸出電壓真值為U，而被測電源的顯示值即測得值A，標準電壓表表顯為約定真值B。電源輸出電壓的誤差按照定義為A-U，而實際中誤差為A-B。而A-U和A-B之間的差距，其實就是約定真值和真值之間的差距。所以，我說的已知誤差，就是測得值-約定真值，而未知誤差就是約定真值和真值的差，這個我認為就是不確定度。

后面您提到的歷史問題，由于不了解也就不評論了。不過我是個實用主義者，我認為不確定度能夠昌盛，必有其原因。而時間會說明一切。

補充內容 (2017-12-4 12:07):
計算標準不確定度時除以根號n，原則上是允許的，但必須確保今后在同類測量中所給的測量結果必須是n次測量的平均值。

補充內容 (2017-12-4 12:09):
而由于常規測量中很少有重復測量10次或更多的情況，除以根號n將使評定的測量不確定度偏小。——《實用測量不確定度評定（第三版）》倪育才

支持純學術研討辯論

我認為不確定度一直如它的定義那樣，它可以反映測量結果的可靠性。圖片（來源JJF1094-2002測量儀器特性評定中）個人認為是最能反應不確定度用途的。我公司是生產電源等儀器的，在和國外客戶溝通時，對方要求每臺合格儀器的合格判據就是圖片內容，這其中的不確定度U就是一個評定的測量誤差范圍。就各個看來，誤差分為已知誤差（可以我們的標準器評測出的一部分）和未知誤差，其中已知誤差就是可以用修正值替代的部分，而未知誤差就在不確定度評定的范圍內的部分。我感覺不確定度體系和誤差并無沖突啊，如果不確定度這個名稱被翻譯成XX誤差范圍應該就不會有這么大分歧了吧=。=隨意看看國外儀器的說明書，說明書的不確定度實際上就是誤差范圍。。。

二。  評定示值誤差的不確定度U95與被評定測量儀器的最大允許誤差的絕對值MPEV之比，應小于或等于1:3，即
                   U95 ≤ MPEV/3                                                                     （A）
史老摘取的這個并不是合格判定的內容，這只是規程給出的一個特殊情況的先決條件。即滿足U95 ≤ MPEV/3 的時候，我們可以怎么怎么判定。而且規程也沒有要求，滿足U95 ≤ MPEV/3 的時候必須怎么怎么判定。怎么說呢，這個特殊情況的判定我也不是很理解（個人觀點，規程后面的判定方案，即圖片中的方案，難道不更好些嘛？不確定度都評定出來了，為啥不用后面的來判定呢？反正U95 ≤ MPEV/3 是否滿足這個條件，我都選擇圖片的判定方案的）

三。根號n的問題，因而大量的規范、規程、樣板評定，A類評定都是σ除以根號N。不問緣由而除以除以根號N肯定是有問題的，這不僅史老認為，基本大家都認可的事情，不確定度評定中也有詳細指出。在對于量塊長度等定值的物理量，測量多次取平均值，然后評定不確定度時除以根號n，給出這個多次平均值的不確定度，我認為是合適的，也是有價值的。而對于電源輸出電壓等非定值的物理量則不同，則必須參考不確定度評定中的詳細要求，除以根號n，不除根號n，除以根號n后乘以m 意義不同。

不光JJF 1587-2016，90%以上的JJG、JJF都是這樣的，表征測量設備特性的參量用誤差，表征測量結果（包括誤差）可疑程度的參量用不確定度，同褒、貶沒有什么關系吧

JJF 1587附錄還有測量不確定度評定示例呢，這又怎么說

誤差 跟 不確定度 本來就是 相輔相成的 ，誰也離不開誰。
專家 你可以說 不確定度評定的體系目前不完美，可是有必要否定 不確定度 思想嗎？
就像 黑洞 理論一樣， 很多問題無法解釋，但誰會去否定 黑洞不存在的可能呢？

專家 你與其花畢生的精力來否定 不確定度 ，還不如盡你的綿力來完善 不確定 體系

吳下阿蒙 發表于 2017-11-30 16:58
我認為不確定度一直如它的定義那樣，它可以反映測量結果的可靠性。圖片（來源JJF1094-2002測量儀器特性評定 ...

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（一）截圖中所載公式是錯誤的
       分析詳見：《論不確定度體系的公式錯誤》之第五、第六兩部分。     
             （http://www.bkd208.com/forum.php?   mod=viewthread&tid=207128&extra=page%3D2）
       僅摘其中一段如下。
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6.4 不確定度體系中合格性判別公式錯誤
       合格性判別公式的正確式為（6.4）；而不確定度體系中，合格性判別公式（例如JJF1094-2002）為
                      |Δ|_max  ≤ MPEV –U₉₅                                                   （6）
       U95的內容，包含被檢儀器的部分性能。這部分內容是對象的性能，已體現在 |Δ|_max 中。用U₉₅取代R_標是錯誤的。U₉₅部分堵塞合格性通道（有時甚至堵死合格性通道），是不確定度體系的一項嚴重錯誤。
       歐洲合格性組織對游標卡尺的不確定度評定（我國CNAS引為標準之實例），結果竟是：誤差范圍0.05mm的卡尺，用一等量塊校準，校準之不確定度是0.06mm，如是，合格性通道被堵死，則全世界的此類卡尺都不合格。多么荒唐！
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（二）不確定度是“可靠性”嗎？
       先生先說：“我認為不確定度一直如它的定義那樣，它可以反映測量結果的可靠性”，同一段中又說：“不確定度U就是一個評定的測量誤差范圍”，“隨意看看國外儀器的說明書，說明書的不確定度實際上就是誤差范圍”。先生的說法，是相互矛盾的。
       邏輯學的三大規律第一條就是“同一律”，就是說，一個概念不能既表示這個意思，又表示與這個意思不同一的另一個意思。其實，不確定度根本就沒有明確的、統一的定義（一會兒說是“分散性”；一會兒說是包含真值的區間，即準確性）。不確定度是“集合”的概念，卻沒有構成此集合的“元素”。不確定度是“空集”。諸多歧義，大多由此引起。
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（三）“已知”“未知”是陷阱
       把誤差分成“已知的”“未知的”，是一種錯誤的說法、作法，是現代誤差理論與不確定度體系的敗筆之一。
       對待“未知”的，要知道后再說話。而不確定度體系的做法是：由于是“未知的”，于是就“估計”。這是誤導。由此而形成多種原則性錯誤，也可說這是“陷阱”。
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       誤差是泛指的概念，包括“誤差元”與“誤差范圍”兩個概念。誤差元定義為測得值減真值（近來把真值改為“參考值”，必然出現很多混淆）；誤差范圍定義為誤差元的絕對值的一定概率（大于99%）意義上的最大可能值。
      誤差范圍的定義，概括了誤差量的兩大特點：絕對性和上限性。誤差元是誤差范圍的元素。誤差范圍貫通于研制、計量、測量三大場合。
      從誤差元的定義出發，沿誤差范圍之路線，就可以推導誤差理論的多種公式：測得值函數公式、誤差分析公式、隨機誤差公式、誤差合成公式、計量誤差公式、合格性判別公式、測得值區間公式、測量結果表達公式、測定系統誤差的誤差范圍公式，修正前的儀器誤差范圍公式、修正后儀器誤差范圍公式、溯源公式等。于是，便可實現測量計量學的公式化。
       誤差是可知的。隨機誤差，通過多次重復測量，可用貝塞爾公式計算；而測定系統誤差，必須有計量標準。通常測量者沒有計量標準，不能認知系統誤差，但“可知、不可知”，“已知”、“未知”的問題，不能按部分人來判定，而要按社會整體來判定。測量者“不可知或未知”的誤差，在國家計量院，就肯定是“可知的或已知的”。經過計量合格的儀器，誤差范圍都是已知的。儀器誤差范圍不知，則該儀器不能用。計量標準的誤差范圍不知，則該計量標準不能用。
       測量者必須知道所用儀器的誤差范圍；計量者必須知道所用計量標準的誤差范圍。由此，測量者給出的測量結果，計量者給出的被檢儀器的計量結果，才是有根據的、可溯源的，才是正確的。
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       反之，在“未知”的基礎上，靠估計（沒有嚴格的數學推導）得來的什么方法，什么公式，都得打個大大的問號。A類不確定度評定，在不明確是“常量測量”還是“統計測量”的條件下，除以根號N，是錯誤的（先生在電源性能表達中，不除以根號N是正確的；但應知，因有GUM定義，測量計量界的絕大多數人是除以根號N的）。B類評定，MPEV除以根號3，估計是均勻分布，實際是錯誤的。都成用600臺儀器的實驗，證明是標準正態分布，這就說明20多年來按“均勻分布”的估算，都是錯誤的。
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（四）不確定度體系是否定誤差理論的
       先生說：“我感覺不確定度體系和誤差并無沖突啊，如果不確定度這個名稱被翻譯成XX誤差范圍應該就不會有這么大分歧了吧”。
       這種說法，不符合歷史。
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       不確定度體系的出世理由是“真值不可知”、“誤差不可求”“準確度是定性的”。這三條是殺向誤差理論的三把刀，本欲置誤差理論于死地而后快；可惜，誤差理論的根底太深了，而不確定度體系又太無能了，錯誤太多了。不確定度炮制者的企圖不但沒達到，反而每況愈下，從2004之VIM把不確定度體系放在正文、把誤差理論放在附錄中，到2016年，即推行不確定度體系23年之后，《數字多用表校準規范》把誤差理論放在正文、倒把不確定度體系放在附錄中了。
       新舊理論的對立與斗爭，褒貶、榮辱，都是客觀存在。
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       語云：“一山難容二虎”。誤差理論與不確定度體系，二者只能選其一。因為，說到底，“不確定度”不過是“誤差范圍”，而“可信性”“可靠性”只是搪塞，因為不確定度問世時，必須回避“準確性”這個說法。如果不確定度體系表明不確定度就是準確度（誤差范圍），那它就沒有出世的可能了。
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       不確定度者，何也？
       出世靠騙，行事靠騙。
       “不知道”不去想法知道，而是“估計”。
       不知MPEV的分布，估計為“均勻分布”。被都成之實驗否定了。
       相關不相關，靠假設。假設而不證明，是偽科學。崔偉群證明，二系統誤差間相關系數之絕對值是1，否定了“系統誤差間相關系數為零的假設”。
       所用公式，一個也不推導，致使七個常用的基本公式全錯。（本人證明那七個公式是錯誤的，卻無人出面證明那七個公式是正確的。）
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       先生已知“隨意看看國外儀器的說明書，說明書的不確定度實際上就是誤差范圍”。
       這是外國人反對不確定度概念的一種手法：用其名而舍其實。把不確定度實際上變成“誤差范圍”、“準確度”，于是就用誤差理論“同化”了不確定度，其本質就是消滅了不確定度。不確定度概念一旦回歸為誤差的概念，那不確定度體系就白白出世一場了。因為還是誤差理論那一套。不確定度，本來就是多余的！
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補充內容 (2017-12-1 21:13):
“論不確定度體系的公式錯誤”網址為 /www.bkd208.com/forum.php?mod=viewthread&tid=207128&extra=page%3D2

補充內容 (2017-12-1 21:18):
《論不確定度體系的公式錯誤》在基礎知識欄目第2頁。

這個規程的原始記錄的被測儀器顯示值本身就是記錄的單次的，所以不除以根號N是對的。

285166790 發表于 2017-12-1 15:11
這個規程的原始記錄的被測儀器顯示值本身就是記錄的單次的，所以不除以根號N是對的。 ...

       先生說因為原始記錄是單次測量，所以不除以根號N。這不符合規程原意。
       數字多用表，有低檔次的（如四位半），但最有代表性的是高檔次的，有六位半，有七位半。校準規范的主要關注對象必定是精密測量用的高檔次的數字多用表（能解決高檔次的，必定可以解決低檔次的；反之則不行）。
       分辨力達到1E-6/1E-7的數字表，測量時只讀一個數，行嗎？尾數在變化（多數如此，不變是特例），必須進行重復測量。截圖中的實例是10次測量。測量10次，得10個數，用此10個數按貝塞爾公式計算標準偏差σ，得到的σ是6.8×10^-6V。即A類標準不確定度是6.8×10^-6V。這里是測量10次，用此10個數計算得到σ，不除以根號10 ，而就認定這個σ就是A類標準不確定度。
       校準的手段（標準）誤差范圍遠小于被校準儀器的誤差范圍，這是統計測量，故不除以根號N。這和校準及以后測量讀取幾次示值沒有關系。實際上，精密測量儀器的校準與應用測量，都應該有重復測量，即都是多次測量。
       下面是該規范的不確定度評定示例。就是說，所有校準業務，必須照此多次測量，照此計算A類不確定度。至于表中的填寫一個數，那應該填寫平均值。
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史錦順 發表于 2017-12-1 16:42
先生說因為原始記錄是單次測量，所以不除以根號N。這不符合規程原意。
       數字多用表，有低 ...

數字測量儀器默認都是單次測量，不需要反復讀幾個數據求平均值；測10次只是為了得到不確定度的重復性，并不是說每次校準都是要測10次。

當然，也可以用平均值作為測量結果，但應該給出說明，同時重復性計算時要除以根號N。

謝謝分享。