[轉]測量不確定度與校準測量能力要義

測量不確定度與校準測量能力要義

摘要：本文嘗試宏觀、抽象地探討測量不確定度及校準測量能力，試圖串起全部相關知識。
    關鍵詞：測量不確定度   校準測量能力   定義   認識   要旨   要點
    測量不確定度是衡量測量結果質量的重要參數，校準測量能力是衡量認可實驗室技術能力的重要參數。作為概念，它們有著豐富的內涵；就操作層面而言，則又獨有其專業知識性。這兩個概念及評定表示，貫穿全部評價測量結果質量及實驗室能力的相關知識，筆者認為萃取和深切領會其要義是全部相關知識及應用的核心所在。下面嘗試作探討。

    一、關于測量不確定度

    測量不確定度定義

    定義1：由測量結果給出的被測量估計值的可能誤差的度量。

    定義2：表征被測量的真值所處范圍的評定。

    定義3：表征合理地賦予被測量之值的分散性，與測量結果相聯系的參數。

    定義3是《JJF1001-1998通用計量術語及定義》給出的當前定義，其著眼于測量結果及其分散性，為操作性定義。但它與定義1、定義2并不矛盾，3種定義不確定度的評定方法及表達形式均可以《jjf1059-1999測量不確定度評定與表示》為依據。

    理解定義的背景及產生原因

    相對于舊傳統的以誤差論測量結果，引入測量不確定度無疑是測量技術認識進步的標志。一切測量結果都不可避免地具有不確定度，測量結果的不確定度反映了對被測量之值的認識不足。測量過程中的系統效應、隨機效應及數據處理中的修約均會導致測量不確定度，分類是系統研究產生測量不確定度來源的常用方法，立足全測量系統的每一環節具體分析，是準確把握測量不確定度來源的關鍵。

    評定、表示的前提的認識

    認識1：測量不確定度作為待認識的量值，同樣存在一個認識不足的問題，對其進行絕對充分、有效而嚴格的評定是不可能的。不同的評定準則解決這一問題只存在接近真實量值程度的不同。

    認識2：對“全部不確定度分量均貢獻給了測量結果的分散性”中不確定度分量的認識要注意兩點，一是注意分量是按產生不確定度的來源分類確定，還是按評定準則的規定分類確定，這有利于將分量的本質與分量的處理方式區分開來；二是注意保持分量本質的一致性，既要發揮分量處理方式的作用，又要避免分量重復貢獻。

    認識3：測量不確定度評定準則、評定程序是對探求測量不確定度作為待認識量所作的人為規定，不同的評定準則都不可回避地對量作出相應的選擇。選擇即是限制，往往有對（不確定度）量及分量的本質的限制，又有對量及分量內在理性關系的限制。如jjf1059-1999對表示不確定度的量的規定：

    ——能從對不確定度有貢獻的分量導出，且與這些分量怎樣分組無關，也與這些分量如何進一步分解為下一級分量無關，即它們是內部協調一致的。

    ——當一個測量結果用于下一個測量時，其不確定度可作為下一個測量結果不確定度的分量，即它們是可傳播的。

    換言之，對內部不協調和（或）不可傳播的（不確定度）量及分量，依據jjf1059-1999《測量不確定度評定與表示》進行評定是不適宜的。

    認識4：測量不確定度基本知識決定了它通常由測量過程的數學模型和不確定度的傳播律來評定。評定準則不可能脫離常識，具體測量不確定度的評定只能按某個評定準則，圍繞數學模型和傳播律，并結合實際情況確定所有有關的量和相應數學模型評定。

    認識5：不是所有測量都對不確定度作出了要求。一切測量結果都有不確定度，但所有測量都要有不確定度，就進入了認識誤區。例如：體溫計(35－42)℃區間，36.5℃或36.6℃都正常，39℃、39.1℃都是發燒，不確定度為2.9%，為較大值，但要求重復性好。醫學實驗室這種情況較普遍，可見實際測量要求決定不確定度的應用。

    專業知識及應用要旨

    掌握測量不確定度方面的專業知識，可以學習技術文件《jjf1059-1999測量不確定度評定與表示》、《gum-1993測量不確定度表示指南》及上海市計量測試技術研究院《常用測量不確定度評定方法》等，應用的關鍵是按評定程序規定的評定步驟規范地進行評定，要點是全面搜集實驗證據，并選擇適宜的評定方法對其進行確認。

    二、關于校準測量能力

    校準測量能力的定義

    定義1：通常提供給用戶的最高測量水平，它用包含因子k=2的擴展不確定度表示。（jjf1069-2000《法定計量檢定機構考核規范》）

    定義2：通常提供給顧客的最高校準與測量水平，它用置信水準為95%的擴展不確定度表示。（jjf1069-2003《法定計量檢定機構考核規范》）

    定義3：通常提供給用戶的最高測量水平，它用包含因子k=2（或置信概率p=95%）的擴展不確定度表示。（jjf1104-2003《國家計量檢定系統表編寫規則》）

    定義4：為了便于用戶比較實驗室的能力和水平，對于一般應用，擴展不確定度應對應95%的置信水平。在表述實驗室能力時，一般采用最佳測量能力，即根據日常校準或檢測系統，被校或被測樣品接近理想狀態時評定的最小測量不確定度。（cnal/ar11：2003《測量不確定度政策》）

    從定義看，這是一個技術管理與技術評定的復合型定義，校準測量能力與測量不確定度相關聯。

    理解背景

    對被測量、測量方法以及被檢測測量儀器類型和測量范圍的管理，是以往對檢測實驗室能力管理的主要內容，雖然校準測量能力并不一定完全反映實驗室真實的技術能力，但其作為重要參數引入無疑具有里程碑式的意義，與測量技術認識進步（引入測量不確定度）相呼應。測量技術進步和實驗室政策關注層次的提升是實驗室提升能力的源動力。

    幾點認識

    認識1：校準測量能力的評定是認可機構的責任，需要得到外部客戶的信任，在實驗室程序文件或作業指導書中應包括對校準測量能力的評定（通常這一評定應緊隨校準程序）。校準測量能力作為重要技術參數，成為第一、二、三方共同關注的焦點。

    認識2：校準測量能力通常是在認可一覽表或其他支持認可決定的文件，或認可證書中描述的，由認證機構向社會定期發布認可名錄時提供的基本信息之一。它意味著在認可條件下，進行正常的校準活動時，實驗室無權宣稱具有比校準測量能力更小的測量不確定度。實驗室客戶據此判定在實驗室或現場進行特定校準工作的適宜性。

    識3：校準測量能力與測量不確定度的評定準則、評定程序是（或基本）相同，但通常校準測量能力要得到更多的實驗證據的支持，而陳述實際不確定度時，可只要求實驗室應用現有程序文件規定的原則。

    認識4：校準測量能力并不適用于作為所有實驗室（或其開展的全部項目）的技術管理的重要參數，它有較強的專業針對性。它一般與可開展評定測量不確定度的測量對應的項目（或實驗室）相對應。

    相關知識要點

    要點1：“常規校準”掌握。它意味著實驗室在其認可條件下日常所執行的校準工作，應能達到規定的例行的能力。實驗室政策的牽引作用是應該充分考慮的。

    要點2：“理想被校”的理解及現實處理。理想被校是指對不確定度貢獻為零的被校。實際上這種被校難以找到，現實的處理方法是以較好被校代替“理想被校”，實驗室通常使用的方法有：

    a）選擇一個較穩定，重復性很好的被校代替“理想被校”；

    b）假設被校很穩定，對測量結果分散性貢獻僅由其示值分辯力所引起，以這種穩定被校代替“理想被校”。

    要點3：校準測量能力表示應注意的一個問題。當被校對測量結果的不確定度貢獻不大，且合成標準不確定度不服從正態分布時，所報告的擴展不確定度可能小于校準測量能力，這時在評定校準測量能力時就不能用包含因子k=2，而采用合成標準不確定度分布相應的包含因子，并必須說明所采用的包含因子。例如是均勻分布，包含因子k=1.65（相當于p=95%）。

  畢明文