測量不確定度的評估程序

11測量不確定度的評估程序
11.1 目的:
   為了增加對測量結(jié)果的信任度及提高服務(wù)質(zhì)量,使測量結(jié)果更接近真值,因而對儀器計(jì)量實(shí)行了不確定度評定.

11.2 范圍:
所有內(nèi)部計(jì)量的儀器.

11.3職責(zé):
11.3.1實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)組織評估工作的展開.
11.3.1經(jīng)理負(fù)責(zé)審批評估報(bào)告.

11.4不確定度評定程序
11.4.1分析不確定度來源(比如:人員/儀器/樣品/方法/環(huán)境等)
11.4.2標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定
A    A類評定
     用對一系列觀測值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的方法,得到的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差就是A
類標(biāo)準(zhǔn)不確定度值.
     一般情況下,對同一被測量X,獨(dú)立重復(fù)觀測n次,用算朮平均值X=   
作為測量結(jié)果時(shí),測量結(jié)果的A類評定的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:

式中,
其中,n-1為自由度
B    B類評定
    用非統(tǒng)計(jì)的方法進(jìn)行評定,用估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)偏差表征.一般情況下,可利
用以下相應(yīng)公式計(jì)出標(biāo)準(zhǔn)不確定度.
?已知置信區(qū)間的半寬a和包含因子k,則xi的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為U(xi)=a/k.
?已知擴(kuò)展不確定度Up和置信水準(zhǔn)p的正態(tài)分布,標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:u(x)=Up/Kp
?已知xi的擴(kuò)展不確定度U(xi)和包含因子K,則xi的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:u(xi)=U(xi)/K.
?已知擴(kuò)展不確定度Up和置信水準(zhǔn)p與有效自由度Veff的t分布,標(biāo)準(zhǔn)不確定度為:u(x)=Up/tp(Veff
獲得B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度的信息來源一般有:
(1)以前的觀測數(shù)據(jù)
(2)對有關(guān)技術(shù)資料和測量儀器特性的了解和經(jīng)驗(yàn);
(3)生產(chǎn)部門提供的技術(shù)說明文件;
(4)校準(zhǔn)證書/檢定證書或其它文件提供的數(shù)據(jù)/準(zhǔn)確度的級別,包括目前暫在使用的極限誤差等;
(5)手冊或某些資料給出的參考數(shù)據(jù)及其不確定度;
(6)規(guī)定實(shí)驗(yàn)方法的國家標(biāo)準(zhǔn)或類似技術(shù)文件中給出的重復(fù)性限r(nóng)或復(fù)現(xiàn)性限R.
11.4.3計(jì)算A類或B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度后,則要對其合成不確定度,合成不確定度的計(jì)算為:
?當(dāng)輸入量xi是彼此獨(dú)立或不相關(guān)時(shí),合成不確定度為:uc(y)=
?當(dāng)被測量Y為相互獨(dú)立的輸入量xi的線性函數(shù)時(shí),合成不確定度為:


11.4.4計(jì)算擴(kuò)展不確定度.
     分析此測量是何種分布,然后取其相應(yīng)的包含因子k,則擴(kuò)展不確定度為U=Kuc.
11.4.5評定測量結(jié)果與其不確定度,如果標(biāo)準(zhǔn)程序及其它影響量引入的不確定度不大于被校儀器允許誤差極限,則判該儀器為合格,否則反之.

需要專家們多提供測量不確定度方面的具體分析例子，以便基層人員進(jìn)行學(xué)習(xí)和操作。

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如果多一點(diǎn)，針對某一儀器的相關(guān)實(shí)例，那就好了。
不確定度，是一個(gè)難點(diǎn)，針對不同層次的學(xué)習(xí)者，難度又不盡相同，但是如果有相關(guān)的實(shí)例的話，這個(gè)就比較容易被子初學(xué)者理解和接受。。
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測量不確定度評定控制程序

1.0目的:為合理評定測量不確定度，使評定步驟和方法適合檢測特點(diǎn)并符合JJF1059《測量不確定度評定與表示》技術(shù)規(guī)范和國內(nèi)外專業(yè)機(jī)構(gòu)制定的評定要求。
2.0適用范圍: 本程序適用于檢測實(shí)驗(yàn)室中需提供數(shù)字結(jié)果的檢測項(xiàng)目的測量不確定度的評定與表示。
3.0職責(zé)
3.1技術(shù)負(fù)責(zé)人應(yīng)負(fù)責(zé):
3.1.1根據(jù)檢測項(xiàng)目的特點(diǎn)識別并提出評定要求，組織評定和評定結(jié)果的評審工作；
3.1.2組織測量不確定度的驗(yàn)證；
3.1.3批準(zhǔn)對外公布實(shí)驗(yàn)室能力時(shí)的測量不確定度指標(biāo)；
3.1.4維護(hù)本文件的有效性。
3.2檢測部門負(fù)責(zé)人應(yīng):
3.2.1根據(jù)各檢測項(xiàng)目的特點(diǎn)識別評定要求；
3.2.2組織需要評定的檢測項(xiàng)目編寫“測量不確定度評定與表示”報(bào)告；
3.2.3會(huì)同監(jiān)督員對本部門的評定報(bào)告和使用進(jìn)行審核。
3.3檢測項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人應(yīng)：
3.3.1學(xué)習(xí)和掌握“測量不確定度的評定與表示”的基礎(chǔ)知識和方法；
3.3.2編寫本項(xiàng)目測量不確定度的評定報(bào)告；
3.3.3及時(shí)發(fā)現(xiàn)和反饋會(huì)導(dǎo)致測量不確定度發(fā)生較大變化的信息。
4.0控制程序
4.1技術(shù)負(fù)責(zé)人應(yīng)組織各檢測部門的負(fù)責(zé)人、監(jiān)督員和有關(guān)人員就下述情況決定有關(guān)項(xiàng)目評定不確定度的具體要求：
4.1.1當(dāng)檢測不要求得到數(shù)字結(jié)果（如僅需作通過或不通過，正或負(fù)或其它定性的估計(jì)）則不要求評定測量結(jié)果的不確定度，但實(shí)驗(yàn)室應(yīng)對檢測結(jié)果的可變性有一正確的理解。
4.1.2對于某些廣泛公認(rèn)的檢測方法，如果該方法規(guī)定了測量不確定度主要來源的極限值和計(jì)算結(jié)果的表示形式時(shí)，實(shí)驗(yàn)室只要遵守該方法和報(bào)告結(jié)果的方式，即被認(rèn)為符合要求可以不編寫評定測量不確定度的報(bào)告。
4.1.3由于某些檢測方法的性質(zhì)，決定了無法從計(jì)量學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)角度對測量不確定度進(jìn)行有效而嚴(yán)格的評定，這時(shí)應(yīng)通過分析列出各主要不確定度分量并作出合理評定，但要確保測量結(jié)果報(bào)告形式不會(huì)造成客戶對所給測量不確定度的誤解。
4.1.4除上述三種情況，檢測實(shí)驗(yàn)室均應(yīng)根據(jù)檢測項(xiàng)目的特點(diǎn)分門別類制定并實(shí)施評定其測量不確定度的程序，如有的檢測項(xiàng)目包含取樣和樣品制備，則評定時(shí)就應(yīng)考慮由此引起的不確定度來源，有的檢測樣品不能作重復(fù)獨(dú)立測量，就不應(yīng)考慮重復(fù)性對測量不確定度的貢獻(xiàn)，有的檢測A類評定不確定度分量對總不確定度起決定作用，這時(shí)就不必勉強(qiáng)去尋求B類評定分量。
4.1.5評定測量不確定度的嚴(yán)密程度取決于檢測方法的要求，客戶提出的要求和作合格評定時(shí)規(guī)定的極限的寬窄。
4.1.6當(dāng)不確定度與檢測結(jié)果的有效性或應(yīng)用有關(guān)，或客戶有要求，或當(dāng)不確定度影響到對規(guī)范限度的符合性時(shí)，檢測報(bào)告（或證書）上應(yīng)給出有關(guān)不確定度的信息。
4.2技術(shù)負(fù)責(zé)人應(yīng)組織有關(guān)人員認(rèn)真學(xué)習(xí)正確理解ISO/IEC17025中對檢測實(shí)驗(yàn)室測量不確定度評定與表示的要求，學(xué)習(xí)評定測量不確定度的基礎(chǔ)知識和方法。綜合辦公室協(xié)助技術(shù)負(fù)責(zé)人有計(jì)劃地組織有關(guān)知識的培訓(xùn)和考核并負(fù)責(zé)將考核結(jié)果歸檔。
4.3技術(shù)負(fù)責(zé)人組織各檢測部門負(fù)責(zé)人和監(jiān)督員關(guān)注并收集國內(nèi)外認(rèn)可管理機(jī)構(gòu)，同行實(shí)驗(yàn)室和專家有關(guān)測量不確定度評定的信息。技術(shù)負(fù)責(zé)人應(yīng)指定專人設(shè)法溝通國內(nèi)外同行實(shí)驗(yàn)室交換有關(guān)不確定度評定的資料。
4.4檢測部門的負(fù)責(zé)人應(yīng)根據(jù)4.1條的要求，組織檢測項(xiàng)目負(fù)責(zé)人編寫各自的 評定 測量不確定度報(bào)告（初稿）并提出在檢測報(bào)告上表示不確定度方法的意見，經(jīng)檢測部門負(fù)責(zé)人和監(jiān)督員審核修改后報(bào)技術(shù)負(fù)責(zé)人匯總。
4.5技術(shù)負(fù)責(zé)人應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的規(guī)模和專業(yè)構(gòu)成，提名測量不確定度評審組成員或指定專人，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室主任批準(zhǔn)后負(fù)責(zé)評審評定報(bào)告初稿和意見，必要時(shí)或?qū)嶒?yàn)室規(guī)模太小可委托外單位專家評審。
4.6評審后的測量不確定度評定報(bào)告和測量不確定度表示意見經(jīng)技術(shù)負(fù)責(zé)人審核批準(zhǔn)作為實(shí)驗(yàn)室的受控技術(shù)文件打印歸檔并作為作業(yè)指導(dǎo)書發(fā)至有關(guān)檢測部門執(zhí)行。
4.7技術(shù)負(fù)責(zé)人應(yīng)結(jié)合能力驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)室間比對有計(jì)劃地安排對評定的測量不確定度實(shí)施驗(yàn)證。
4.8技術(shù)負(fù)責(zé)人應(yīng)建立維護(hù)評定測量不確定度有效性的機(jī)制，當(dāng)檢測項(xiàng)目負(fù)責(zé)人發(fā)現(xiàn)發(fā)生嚴(yán)重影響相關(guān)不確定度分量的變化時(shí)，應(yīng)及時(shí)向檢測部門負(fù)責(zé)人和監(jiān)督員反饋并提出修改的具體意見，經(jīng)技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)后實(shí)施，修改結(jié)果應(yīng)向評審組通告。

附錄-1  測量不確定度評定步驟
1.明確被測量，簡述被測量的定義以及測量方案和測量過程；
2.畫出測量系統(tǒng)方框示意圖
3.給出評定測量不確定度的數(shù)學(xué)模型，即被測量Y與各輸入量之間的函數(shù)關(guān)系，若Y的測量結(jié)果為y，輸入量Xi的估計(jì)值為 ，則

4.根據(jù)數(shù)學(xué)模型列出各不確定度分量的來源（即輸入量 ），盡可能做到不遺漏不重復(fù)，如測量結(jié)果是修正后的結(jié)果應(yīng)考慮由修正值所引入的不確定度分量。
5.評定各輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 ，并通過由數(shù)學(xué)模型得到的靈敏系數(shù) （ ），進(jìn)而給出與各輸入量對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量 。如擴(kuò)展不確定度用 （如 ）表示，則應(yīng)估算對應(yīng)于各輸入量標(biāo)準(zhǔn)不確定度的自由度 ，根據(jù) 的實(shí)際情況可以選擇A類或B類評定得到其 。

5.1 A類評定
對Xi 作 次獨(dú)立重復(fù)測量，得到的測量結(jié)果 ，（ ），則其最佳估計(jì)值（平均值）為：
                        
單次測量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：
                  
估計(jì)值 的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：
                  
如測量系統(tǒng)穩(wěn)定，實(shí)時(shí)測量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度 均可以由預(yù)先評估時(shí)所作的  次測量結(jié)果得到。如實(shí)時(shí)提供給客戶的是單次測量的測得值，其標(biāo)準(zhǔn)不確定度可以用上述 的值，如實(shí)時(shí)提供給客戶的是m（例如m=3）次測得值的平均值，其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為 ，（一般m≤n）。

5.2 B類評定
1.        若資料（如檢測證書）給出 的擴(kuò)展不確定度 和包含因子K，則 的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：
                  
   ?   若資料只給出了U，沒有指明K，則可以認(rèn)為K=2（對應(yīng)約95%的置信概率）；
   ?  若資料只給出 （其中P為置信概率），則包含因子 與 的分布有關(guān)，此時(shí)除非另有說明一般按照正態(tài)分布考慮，對應(yīng)p=0.95，k可以查表得到，即 =1.960 ；
   ?  若資料給出了 及 ,則 可查t分布表得到，即  ；
2. 若由資料查得或判斷 的可能值分布區(qū)間半寬度 （通常為允許誤差限的絕對值）則 的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：
                     
   此時(shí)，k與 的分布有關(guān)（參見JJF1059-1999附錄B“概率分布情況的估計(jì)”）
   對應(yīng)幾種非正態(tài)分布其包含因子為：
分布        兩點(diǎn)        反正弦        矩形        梯形        三角

1         


其中 為上下底邊之比值



6.合成不確定度 的計(jì)算

式中 ， 為輸入量，
為輸入量 和 之間的相關(guān)系數(shù)估計(jì)值。
實(shí)際工作中，若各輸入量之間均不相關(guān)，或雖有部分輸入量相關(guān)，但其相關(guān)系數(shù)較小而近似為 = 0，于是 可簡化為：


7.不確定度分量匯總
輸入量
估計(jì)值
標(biāo)準(zhǔn)不確定度
概率分布        靈敏系數(shù)
不確定度分量

                                       
                                       
輸出量Y                                        合成不確定度


8. 擴(kuò)展不確定度的確定
可用下列兩種方法之一給出擴(kuò)展不確定度U
1）  一般取k=2，對應(yīng)約95%的置信概率；
2） =   ， 由查t分布表獲得，一般取 對應(yīng)95%的置信概率。

附錄-2 測量不確定度合理性驗(yàn)證
驗(yàn)證方法可采用下述方法之一，通過實(shí)驗(yàn)室之間的比對進(jìn)行。
1.送校法
將被驗(yàn)證的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)送校，給標(biāo)準(zhǔn)給出的y值與上級計(jì)量機(jī)構(gòu)檢測該值的結(jié)果y0 比較應(yīng)滿足：
     （其中U為被驗(yàn)證計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展不確定度），則評定合理性滿意。
2.傳遞比較法
用高一級測量標(biāo)準(zhǔn)(測量不確定度為U0 )和被驗(yàn)證的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)測量同一臺(tái)穩(wěn)定的傳遞標(biāo)準(zhǔn)或核查標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)滿足：


如， 成立，  則評定合理性滿意。
3.比對法
用兩臺(tái)不確定度同為U的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)測量同一穩(wěn)定的被測對象進(jìn)行比對，比對結(jié)果差為 ，應(yīng)滿足：
                               ，則評定合理性滿意。
4.多臺(tái)比對法
用三臺(tái)或三臺(tái)以上同等水平的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)測量同一穩(wěn)定的被測對象進(jìn)行比對，多臺(tái)（n臺(tái)）測量結(jié)果的平均值為 ，其中某一臺(tái)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的測量結(jié)果為 ，應(yīng)滿足：
                              ，則該臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的測量不確定度評定合理性滿意。

注：
1）以上四種方法適用于檢測實(shí)驗(yàn)室，如能得到高一級計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的測量值時(shí)盡可能采用前兩種方法，否則可采用后二種方法。
2）對檢測實(shí)驗(yàn)室可采用后兩種方法，測試系統(tǒng)或裝置應(yīng)視為方法中的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。


附錄-3  幾點(diǎn)說明

1.為了便于客戶比較和選擇實(shí)驗(yàn)室的能力，在表述實(shí)驗(yàn)室能力有關(guān)不確定度的指標(biāo)時(shí)應(yīng)填寫典型值，即“最小測量不確定度”和“最佳測量不確定度”，同時(shí)注明為獲得最小測量不確定度的測量條件，它應(yīng)綜合考慮下列兩個(gè)不確定度來源后加以評估：
       1）與實(shí)驗(yàn)室的測量系統(tǒng)（包括環(huán)境影響）相聯(lián)系的不確定度；
       2）與被測對象相聯(lián)系的不確定度。
鑒于被測對象的狀況差異可能很大（如被測對象和測量系統(tǒng)端面的失配隨被測對象變化很大，為獲得最小測量不確定度可選擇最佳匹配作為評定條件）。實(shí)驗(yàn)室應(yīng)建立一個(gè)評審不確定度評定有效性的機(jī)制，以便當(dāng)測量儀器、設(shè)備重新校準(zhǔn)或發(fā)生嚴(yán)重影響相關(guān)不確定度分量的其他變化時(shí)能及時(shí)修改對外公布的不確定度指標(biāo)，這種評審既要考慮設(shè)備的最新校準(zhǔn)結(jié)果，也要考慮最新校準(zhǔn)結(jié)果與先前校準(zhǔn)結(jié)果相比較而判定的穩(wěn)定性，（例如在校準(zhǔn)不確定度評定的數(shù)學(xué)模型中，除了要考慮標(biāo)準(zhǔn)值校準(zhǔn)的不確定度，也要把該標(biāo)準(zhǔn)值自它上次校準(zhǔn)以來的漂移作為輸入量寫進(jìn)數(shù)學(xué)模型）。

2.也是為了便于客戶比較和選擇實(shí)驗(yàn)室的能力，擴(kuò)展不確定度對應(yīng)的置信概率應(yīng)統(tǒng)一規(guī)定為95%或近似為95% 。

3.對于國家基準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)，在給出擴(kuò)展不確定度時(shí)應(yīng)同時(shí)指明其有效自由度，對于一般的校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室在評定測量不確定度時(shí)可以不給出自由度，（參見European cooperation for Accreditation of Laboratories EAL-R2 Supplement 1 TO EAL-R2：EXAMPLES）。

4. JJF1059-1999“測量不確定度評定與表示”中指出‘在實(shí)際工作中，如對Y可能值的分布作正態(tài)分布的估計(jì)，雖未計(jì)算 ，但可估計(jì)其值并不太小時(shí)，則U = 2 大約是置信概率近似為95%的區(qū)間的半寬’。意即U = 2 對應(yīng)近似為95%的置信概率的前提是輸出量Y可能值的分布應(yīng)服從正態(tài)分布，且估計(jì) 不會(huì)太小。另外，‘如果可以確定Y可能值的分布不是正態(tài)分布，而是接近于其他某種分布，則絕不應(yīng)按k = 2~3或kp = tp   計(jì)算U或UP’，例如：Y可能值近似為矩形分布，則對于U0.95  , k = 1.65
5. 如A類評定標(biāo)準(zhǔn)不確定度在合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度中所占的比例比較大，如： ，則對應(yīng)95%的置信概率的包含因子應(yīng)查t分布表確定，特別當(dāng)作A類評定重復(fù)測量次數(shù)較少時(shí)，應(yīng)按 及95%置信概率，查t分布表得t0.95  并用t0.95  /2作安全因子乘 后再和B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度合成，這時(shí)仍用U = 2 或得置信概率為95% 的擴(kuò)展不確定度。

測量不確定度的評估程序