日常檢測中測量結(jié)果不確定度的評定

日常檢測中測量結(jié)果不確定度的評定(根據(jù)李慎安原文編)
　
當(dāng)前國際上所承認(rèn)并在執(zhí)行中的GUM(測量不確定度表述導(dǎo)則，1995修正再版)以及據(jù)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(rèn)為:所規(guī)定的方法過分遷就基標(biāo)準(zhǔn)研究及其國際比對工作的需要，忽視了“一般測量”與“基標(biāo)準(zhǔn)研究”間的本質(zhì)差異，使得它在“一般測量”領(lǐng)域是不可執(zhí)行的，從而無法在廣泛的領(lǐng)域內(nèi)充當(dāng)統(tǒng)一測量準(zhǔn)確度評估方法的基礎(chǔ)。
　　JJF1059—1999所規(guī)定的規(guī)則，不僅適用于建立國家計量基準(zhǔn)、計量標(biāo)準(zhǔn)及其國際比對，而且也適用于生產(chǎn)過程中的檢驗(yàn)和測試等大量日常的準(zhǔn)確度并不很高的測量結(jié)果不確定度的評定與表述，但的確，一個規(guī)范為了照顧到它的適用范圍，某種程度的系統(tǒng)性和全面性，應(yīng)加以考慮。在JJF1059—1999中也不例外，例如:3.4節(jié)提出:核查標(biāo)準(zhǔn)和控制圖可以表明測量過程是否處于統(tǒng)計控制狀態(tài)之中，有助于數(shù)學(xué)模型的建立和測量不確定度的評定。事實(shí)上，大量的日常測量并沒有建立核查標(biāo)準(zhǔn)和控制圖的需要。又例如:6.2節(jié)所提出的不確定度傳播中的高階項(xiàng)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(shù)關(guān)系是非線性的，由于所要求的準(zhǔn)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(tǒng)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(rèn)為JJF1059—1999不適用于“一般測量”。
　　在測量結(jié)果的完整表述中，應(yīng)包括測量不確定度，必要時還應(yīng)說明有關(guān)影響量的取值范圍。這一點(diǎn)，在技術(shù)規(guī)范JJF1001—1998《通用計量術(shù)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(jié)果必須都采用完整表述。JJF1059的8.1節(jié)明確指明，按技術(shù)規(guī)范要求，無需給出測量不確定度者當(dāng)然可以不給。這里指的技術(shù)規(guī)范既可以是國家公布的，也可以是行業(yè)、企業(yè)內(nèi)部的。此外，在8.2節(jié)中進(jìn)一步明確在工業(yè)、商業(yè)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(guī)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(jié)果同時報告。
　　測量結(jié)果不確定度的評定，無論是“基標(biāo)準(zhǔn)研究”還是“一般測量”，其基本規(guī)則是完全一致的。這就是:測量結(jié)果不確定度往往由若干分量構(gòu)成，而各分量的評定，既可用統(tǒng)計方法，也可用非統(tǒng)計方法，都用標(biāo)準(zhǔn)偏差表征；合成時采用其方差之和，必要時要加進(jìn)協(xié)方差。唯一的不同之處在于基標(biāo)準(zhǔn)研究和國際比對中，可以采用合成方差的標(biāo)準(zhǔn)偏差，而在一般測量或其他測量中，則一般采用擴(kuò)展不確定度，即用標(biāo)準(zhǔn)偏差的倍數(shù)給出以便于顯示真值所處范圍或測量結(jié)果之可能誤差不致超過的值。這種區(qū)別只是表述形式上的區(qū)別而非評定方法的本質(zhì)不同，更不能認(rèn)為GUM或JJF1059無法在廣泛的領(lǐng)域內(nèi)充當(dāng)統(tǒng)一測量準(zhǔn)確度評估方法的基礎(chǔ)。
　　例如，用1只零級千分尺來測量標(biāo)稱值為50mm的圓棒直徑。直徑按技術(shù)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(rèn)為采用零級千分尺來檢驗(yàn)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(shù)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(biāo)準(zhǔn)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(nèi)的概率分布是矩形的，因此，修正值(零)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度可以評定為(1/ 根號3)μm≈1.24μm。
　　如果按規(guī)定是隨機(jī)地取4個不同位置測量所得直徑的算術(shù)平均值作為結(jié)果來做出該直徑是否合格的結(jié)論，則應(yīng)評定平均值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)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(wěn)定以及估讀隨機(jī)效應(yīng)可以通過歷次檢測結(jié)果的記錄，按合并樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差Sp的評定方法(見JJF1059第4.3節(jié))評定，取Sp/根號4作為4次測量平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，如果并非經(jīng)常的常規(guī)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(yīng)把不同位置取得充分多一些，例如20～30個位置，各進(jìn)行一次測量，得出20～30個結(jié)果，按貝塞爾方法求出單次測量結(jié)果的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差。由于這些測量結(jié)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(dú)立(不相關(guān))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(fù)性標(biāo)準(zhǔn)偏差。重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)偏差與零修正標(biāo)準(zhǔn)偏差按方法合成為合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。其兩倍可作為測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度，一般認(rèn)為，其不應(yīng)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(jié)論就充分可靠了。當(dāng)然，經(jīng)過不確定度的評定，認(rèn)可了這樣的檢測方法之后，給出測量結(jié)果或給出是否合格的結(jié)論時，未必有要交代測量結(jié)果的擴(kuò)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(yīng)該的，并且可以采用GUM或JJF1059所規(guī)定的方法。