日常检测中测量结果不确定度的评定

日常检测中测量结果不确定度的评定(根据李慎安原文编)
　
当前国际上所承认并在执行中的GUM(测量不确定度表述导则，1995修正再版)以及据以制定和原则上等同采用的JJF1059—1999《测量不确定度评定与表示》在有些人认为:所规定的方法过分迁就基标准研究及其国际比对工作的需要，忽视了“一般测量”与“基标准研究”间的本质差异，使得它在“一般测量”领域是不可执行的，从而无法在广泛的领域内充当统一测量准确度评估方法的基础。
　　JJF1059—1999所规定的规则，不仅适用于建立国家计量基准、计量标准及其国际比对，而且也适用于生产过程中的检验和测试等大量日常的准确度并不很高的测量结果不确定度的评定与表述，但的确，一个规范为了照顾到它的适用范围，某种程度的系统性和全面性，应加以考虑。在JJF1059—1999中也不例外，例如:3.4节提出:核查标准和控制图可以表明测量过程是否处于统计控制状态之中，有助于数学模型的建立和测量不确定度的评定。事实上，大量的日常测量并没有建立核查标准和控制图的需要。又例如:6.2节所提出的不确定度传播中的高阶项在明显非线性时需加以考虑的问题。日常大量的测量中，尽管输入量与输出量的函数关系是非线性的，由于所要求的准确度并不那么高而都不去考虑。JJF1059—1999提出了诸如上述问题，绝没有要求在任一个评定中都必须做到的含义。
　　不确定度分量的评定方法，按是否是统计方法分成了A、B两类，但是在日常测量工作中，不确定度的评定并不见得既有A类分量也有B类分量，往往只有A类或只有B类。这也绝不能认为JJF1059—1999不适用于“一般测量”。
　　在测量结果的完整表述中，应包括测量不确定度，必要时还应说明有关影响量的取值范围。这一点，在技术规范JJF1001—1998《通用计量术语及定义》以及JJF1059—1999中均明确指出。但是，并不意味着“一般测量”的测量结果必须都采用完整表述。JJF1059的8.1节明确指明，按技术规范要求，无需给出测量不确定度者当然可以不给。这里指的技术规范既可以是国家公布的，也可以是行业、企业内部的。此外，在8.2节中进一步明确在工业、商业等日常大量测量中，有时虽没有任何明确的不确定度报告，但其不确定度可以按规定评定。这就是说，可以评定甚至需要评定，但不一定要与测量结果同时报告。
　　测量结果不确定度的评定，无论是“基标准研究”还是“一般测量”，其基本规则是完全一致的。这就是:测量结果不确定度往往由若干分量构成，而各分量的评定，既可用统计方法，也可用非统计方法，都用标准偏差表征；合成时采用其方差之和，必要时要加进协方差。唯一的不同之处在于基标准研究和国际比对中，可以采用合成方差的标准偏差，而在一般测量或其他测量中，则一般采用扩展不确定度，即用标准偏差的倍数给出以便于显示真值所处范围或测量结果之可能误差不致超过的值。这种区别只是表述形式上的区别而非评定方法的本质不同，更不能认为GUM或JJF1059无法在广泛的领域内充当统一测量准确度评估方法的基础。
　　例如，用1只零级千分尺来测量标称值为50mm的圆棒直径。直径按技术需求，其合格的允差带有20μm。零级千分尺的最大允许示值误差(MPE)不超过±2μm。其绝对值占允差带的十分之一，通常认为采用零级千分尺来检验这一直径是否合格是充分可靠的。而且，即令被测件的温度与千分尺的温度最大可能相差10℃，其线膨胀系数最大可能相差10×10-6℃-1，由此而带来的可能误差只有50mm×10℃×10-6℃-1=0.5μm而可以忽略不计(只占千分尺MPE的四分之一)。
　　用千分尺测量时，对其示值是不做修正的，也就是修正值为零。这个零的不确定度按MPE来评定，这种评定不论是基标准研究还是一般测量也是相同的。MPE既然是±2μm，我们可以估计其示值误差在2μm的范围内的概率分布是矩形的，因此，修正值(零)的标准不确定度可以评定为(1/ 根号3)μm≈1.24μm。
　　如果按规定是随机地取4个不同位置测量所得直径的算术平均值作为结果来做出该直径是否合格的结论，则应评定平均值的实验标准偏差，4个不同位置的直径并不会相等，不同位置的直径变化与千分尺的示值不稳定以及估读随机效应可以通过历次检测结果的记录，按合并样本标准偏差Sp的评定方法(见JJF1059第4.3节)评定，取Sp/根号4作为4次测量平均值的标准偏差，如果并非经常的常规测量，没有Sp，为要探讨测量方法，分析4次的平均值是否可靠，则应把不同位置取得充分多一些，例如20～30个位置，各进行一次测量，得出20～30个结果，按贝塞尔方法求出单次测量结果的实验标准偏差。由于这些测量结果是用同一千分尺测出的，其中不包括零修正的不确定度分量(1.2μm)，而是与零修正充分独立(不相关)的另一个分量。拿它除以根号4就是任4个位置的平均直径的重复性标准偏差。重复性标准偏差与零修正标准偏差按方法合成为合成标准不确定度。其两倍可作为测量结果的扩展不确定度，一般认为，其不应超过五分之一的允差(20μm的五分之一，4μm)，这种检测方法及其合格与否的结论就充分可靠了。当然，经过不确定度的评定，认可了这样的检测方法之后，给出测量结果或给出是否合格的结论时，未必有要交代测量结果的扩展不确定度的必要。
　　从上例来看，一般测量中不确定度的评定往往是需要的，而且也是应该的，并且可以采用GUM或JJF1059所规定的方法。