关于计量校准不确定度的分析

关于计量校准不确定度的分析

杨志

浙江科鉴检测校准有限公司浙江杭州310030

摘要：测量不确定度是评价计量校准质量的重要指标。本文分析了计量技术机构对计量器具校准过程中存在的不确定度评价中出现的问题，并提出了一些参考意见。

关键词：计量校准；不确定度；修正使用

测量结果不确定度的评定在计量技术机构中得到了广泛的应用。例如，在日常校准中进行不确定度评估，给出了扩展的校准结果不确定度。在建立测量标准的过程中，进行了不确定性评价，并对进行测量验证的能力进行了评价。当你描述实验室的能力时，对理想条件下的扩展不确定度（最优测量能力）进行了评价。虽然所有的检测机构都按照JJF1059.1-2012《测量不确定度的评价与表示》进行不确定度的评价，但是由于理解和评价方法的不同，实际操作中仍然存在许多问题。有时，提供给客户的校准证书中的测量不确定性没有实际价值，甚至误导用户。

1计量校准工作中的不确定度评定

1.1一般方法

不确定性由A和B两种方法评估。根据测量数据，本实验的标准差由A类标准不确定度评定，其余由B类标准不确定度评定。在评价A类时，可以通过各种数学方法来估计实验的标准差。当测量频率较小时，采用距离法是合理的。由于大量的测量，结果标准不确定度的可靠性很高。当测量值的平均值作为测量值时，A类的不确定度相对较小。采用组合样本的标准差来评价不确定度，结果更具有代表性。当A类标准不确定度在每个标准不确定度分量中所占的比例增加时，最好增加测量次数。采用贝塞尔公式计算，以多个测量值的平均值作为测量值，以减少A类的标准不确定度分量。

1.2使用评价方法

校准在日常工作中，考虑测试成本因素在测量时期一般按照有关规范，通常采取平均水平的2至5倍，此时可以使用以下方法不确定性评估：当校准测量仪器品种（相同的等级，相同的规范，和测量范围和测量一点，等等）不多，但是单位的数量结合样品的标准差，得到了同一种测量仪器的测量不确定度。实际校准时，可根据具体测量对象直接参考。但是，实际校准的测量仪器和校准点必须与参考文件一致。当校准点在评估范围内，但值不完全一致时，从降低风险的角度来看，通常应以参考文件中校准范围的最大不确定值作为报告中的不确定度。

1.3即时评估

当测量仪器种类繁多时，无法进行大量的预评价。大多数实际的校准工作是相同的。在这种情况下评价，最好使用实时测量不确定性评价重复性较差，与标准，分辨率，和环境因素如B类标准不确定度分量合成，使用Excel的简易程序的自动计算，编译后的数据形式，这样我们可以大大提高校正效率。

1.4不确定性表达中的问题以及如何处理它们

扩展的不确定性可以用U和Up表示。为了方便用户对实验室的能力和水平进行比较，计量技术学院的日常标定工作通常采用的是置信水平为95%的扩展不确定度。当合成不确定度服从正态分布时，采用k=2近似。如果你把不确定性的分量结合起来，在这种情况下，组合不确定度的概率分布不能被估计为正态分布。如果置信水平为95%，则扩展不确定度不能用k=2计算。如果合成中的分量较大，则不确定性较大当主成分的概率分布服从均匀分布时（如果标准设备的误差较大），原则上k不应取2。此时k=1.65，否则，置信水平不再为95%。然而，为了统一实际工作，仍然同意取k=2，这样虽然置信水平不再95%，但由于不确定性增大，实验室的数据风险降低了。

2B类标准不确定度评定中需注意的问题

B类评估是对科学判断的所有相关信息的估计标准偏差。在实际的校准过程中最常用的是从上一层的认证或校准证书。对于允许误差最大的验证证书，一般假定允许误差均匀分布，以得到标准的不确定度。在校准证书中，通常用它的扩展不确定度和包含因子或自由度直接计算标准不确定度。但这有时会导致很大的偏差。事实上，提供的测量不确定性更高的校准证书只反映了数据的不确定性所提供的证书（测量值或指示错误的测量值），并且不包括测量值之间的误差和测量的名义价值点。事实上，当提供的校准工作修改证书上的数据是不习惯，因为错误将作为标准的价值使用，引入修正错误的测试结果，此时应的标准不确定度分量组成的两个值误差和不确定性因素，两个部分应该根据证书可能的最大误差的不确定性评估。例如，当采用标准测力仪对仪器进行标定时，可以用不同的B类不确定度的评定方法得到不同的标准不确定度，即使存在相同的测量不确定度。如果您只是参考证书中的扩展不确定性来计算标准的不确定性，那么Urel=0.10%；但这并不能完全反映标准的不确定性。由于测力计的潜在误差包括指示误差和扩展不确定度，因此在B类评价中应考虑这两个因素。这可以通过以下方式进行（假设只考虑标准和测量重复性）。

由于最大允许误差通常是根据均匀分布估计的，即k=的相应置信概率为100%。证书提供的扩展不确定度k等于2，其置信概率为95%。为了在置信概率为100%时转换为最大可能误差，将证书中的扩展不确定度转换为k=3的扩展不确定度，即Urel=0.30%。然后根据可能的误差范围计算不确定度。显然，使用同一测力计产生的不确定度分量与使用其标准装置产生的不确定度分量不同。原因是系统误差在不修正的情况下会转化为可能的误差，增加了不确定性。因此，在使用证书时，检测机构应根据具体情况对不确定性进行评估。

从计算结果可以看出，使用时测试结果在（49.8~50.1）kN之间。试验结果在（49.8~50.4）kN之间，无改变。修改后的试验结果基本在未修正的范围内。虽然使用前者是合理的，但由于校准工作的复杂性，有时很难对校准数据进行大量校正。在这种情况下，在不确定度适度增大的情况下，采用未经校正的方法进行不确定度评估可以提高校准工作效率。值得注意的是，当评估是按照修正的方法进行的，并且数据的平均值没有被修正，它将给数据使用者带来更大的风险。

此外，当上级提供的标准仪器证书为检定证书，验证证书提供实际测试数据时，也可以采用修改方法进行不确定度评估，并提供修改后的测试数据。然而，此时引入的标准不确定度仪可以获得的估计方法：一般来说，根据需求的验证规则，标准仪器用于验证的不确定性不应超过三分之一的最大允许误差测量仪的证书，所以标准仪器可估计的不确定性。

3最优测量能力的表示方法

一般来说，校准证书中应给出与实际测量仪器有关的校准结果的测量不确定度。在实验室和识别能力的范围申请认可的校准应提供最好的测量能力，每天使用进行测量系统的校准标定近理想，实用，可以获得一个样本，实验室的认可可以达到的最小测量的不确定性，即对学校仪器设备的缺陷造成测量不确定度的影响，测量不确定度小时的影响。为了简单起见，有时可能只考虑标准设备的不确定性和受试者可能的最小分辨率，这反映了实验室校准某种类型的测量仪器的能力。

结论

综上所述，计量校准是测量价值传递和跟踪的最重要手段。测量不确定度是衡量计量校准质量的重要指标。对测量标定结果的不确定性进行科学合理的评价，保证测量标定结果的准确性和可靠性。

参考文献：

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[2]JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》.

[3]CNAS-CL07-2011《测量不确定度的要求》.

[4]陈银亮，胡广春．具有复杂误差结构测定量不确定度的统计分析[J].计量学报，2004，25（2）：188-192．