校准中的几种误差（不确定度）分辨

史锦顺

-

                       校准中的几种误差（不确定度）分辨

-

                                                                                                  史锦顺

-
（一）系统误差的符号问题
       本网有人问：示值误差为正，可否省略正号？
       所问的问题，没有说明是什么地方的“示值”，这个“示值”是干什么用的，不好回答。
       这个问题的背后，可能隐藏着一些混淆。这不是某个人的问题，而是不确定度理论本身的通病。需要称说“不确定度”的地方很多，性质各异，量值差异也很大，而仅仅有一个不确定度，还规定必须叫“测量不确定度”，不再加前缀或后缀的测量不确定度，实在应付不了那么多差事。
       这种风气也传染到对误差的称说。
       按现行校准的规范，校准的主要任务是确定修正值。修正值必须是“系统误差”的负值。由于不确定度理论莫名其妙地否定两类测量的划分，于是把“修正值是系统误差的负值”，模糊地称为“修正值是示值误差的反号”，这是很错误的。因为示值误差包括两部分，一部分是系统误差，一部分是随机误差。系统误差是恒值，可以修正；而随机误差是随机变量，是不能修正的。
       校准中，经多次重复测量（例如20次），取示值的平均值。重复测量的目的，是减小乃至消除随机误差。系统误差值等于示值平均值减计量标准的标称值。修正值等于系统误差的负值。由于系统误差值是供修正用的，正负号极其重要，因此要写出正负号。（上世纪六十年代，国家计量院温度室的一个检定员，就是因为填错修正值的正负号而受通报处分。国家计量院因送检单位的申述，追查并处理。）
-
（二）现行校准证书上的U₉₅是什么
       现行校准业务给出的扩展不确定度U₉₅，就是测定系统误差时的误差范围。该项不确定度（下面简称的U95）由被检仪器的示值平均值的标准偏差、被检仪器的分辨力误差（二者中取大者），计量标准的误差合成。
       这是个揭示事物本质的重要判别，是个有重要应用意义的精辟论断。规矩湾先生不识货，反对这一观点。他的根据是本本上的定义。而笔者的根据是事实。哪个有道理，是不难鉴别的。背书，算什么本事？研究的着眼点是事实，最高的原则是符合客观规律。
-
（三）U₉₅不是计量的误差
       检定中要判别合格性；校准中，应用户要求，要声明符合性（就是合格性）。根据什么来判别合格性呢？
       误差量的特点是“绝对性”和“上限性”。计量要判别被检仪器的合格性，就要找到示值误差绝对值的最大可能值|Δ|max并用它来判别合格性。合格的条件为：
               |Δ|_max ≤ MPEV – R_标                                                            （1）   
       式中，MPEV是被计量仪器的指标值，即最大允许误差的绝对值。R_标是计量标准的误差范围。
       公式（1）的左侧，是实际测量到的被检仪器示值误差的综合值。包括系统误差的测得值，示值平均值的随机误差（σ_平），示值的随机误差（σ）,仪器分辨力误差。
-
       《JJF1094-2002 仪器特性评定》的合格性判别公式，相当于公式（1）中R标的项是U95；《cnas-GL27 声明检测或校准结果及与规范符合性的指南》中用的待定区的半宽，也是U₉₅。这个U₉₅，内容包括被检仪器的重复性、分辨力以及计量标准的误差范围。这个U₉₅，从它包含的内容可以判定，它是测定系统误差时的误差范围（修正值的不确定度），而不是计量的误差。U₉₅比计量误差（等于计量标准的误差R_标）大得多，用U₉₅代替（1）式中的R_标是错误的。
-
       以上，对误差量的误解与不恰当的应用，推行不确定度论以来，在计量界是普遍存在的。
       本文强调指出：计量工作者要辨别清楚，校准中的各项不同的误差。名字怎么叫，只是形式问题，而必须弄清的问题是：各自包含的内容、各自的用途。
-
（四）校准的操作
       一台仪器，由计量部门计量。在计量中，因为有计量标准（标称值代表真值，由此而引入的误差是计量误差）经重复测量，记录并经统计计算，得到下列值：
       1）系列示值Mi
       2）示值平均值M_平
       1）系统误差值
               β = M_平–B   
       2）标准偏差σ
       3）平均值的标准偏差σ_平
       4）随机误差范围3σ
       5）当分辨力误差起主要作用时，要调节标准的输出值，使示值误差最大。
-
（五）校准中的各种误差值
       1）计量误差范围，等于计量标准（包括标准的附属设备）
               R_计= R_标                                                                             （2）
       2）仪器的误差范围（准确度，与MPEV相应，即|Δ|max），又称仪器不确定度
               R_仪 = √[β²+(3σ_平)²+(3σ)² ]                                                （3）
       3）仪器的系统误差值β（其负值是修正值）
               β = M_平 – B                                                                         （4）
       4）测定系统误差时的误差范围
               R_系 =√[(3σ_平)²  + R_标² + 分辨力误差² ]                              （5）
       5）修正后，测量仪器的误差范围
               R_修 =√[(3σ_平)²  + R_标²  + 分辨力误差² + (3σ)²]                   （6）
-
（六）校准中，不确定度理论的错误认识
       校准中的U₉₅，是有特定内容的。即由仪器示值重复性、分辨力误差与计量标准的误差范围构成。这个特定内容说明，此特定U₉₅是测定系统误差的误差范围值。而现行不确定度理论，误当成一般的测量结果的可信性，称作“校准不确定度”，产生了严重的错误与误解。

       A）合格性判别中，把有特定内容的U₉₅当成计量误差，当成待定区的半宽，是错误的。
       B）校准中给出这个有特定内容的不确定度，没有说明它是测定系统误差时的误差。用户可能误解成是被检仪器的误差范围。
-
（七）校准证书应给出的误差值（不确定度）
       1 不修正的合格性判别
       1.1 按公式（3），给出测量仪器的误差范围实测值。
       1.2 按公式（1），判别合格性。
-
       2 修正
       2.1 按公式（4）给出修正值（-β）
       2.2 按公式（5）给出修正值的误差范围值（修正值的扩展不确定度）
       2.3 按公式（6）给出修正后仪器的误差范围值（仪器修正后的扩展不确定度）
-
       不确定度理论的扩展不确定度，本质就是误差理论的误差范围。只称为测量不确定度或扩展不确定度，没法表明其适用的场所，没法区分其表达的内容。
-

补充内容 (2016-10-22 18:47):
（四）中的小项编号出错。不涉及实际内容。

补充内容 (2016-10-22 21:15):
第9行“两类测量的划分”应为“两类测量误差的划分”。

规矩湾锦苑

　　不确定度既不是误差，也不是修正值，而是校准结果的可信性。校准中的U₉₅，是有特定内容的。但却不是“由仪器示值重复性、分辨力误差与计量标准的误差范围构成”，而是“由被校仪器示值重复性、分辨力误差与计量标准的误差范围引起”。被校仪器示值重复性、分辨力误差与计量标准的误差范围给校准结果引入了测量不确定度，而不是由它们构成了不确定度，它们都属于“误差”，由它们构成的仍然是“误差”，而不是“不确定度”。
　　史老师说“U₉₅不是计量的误差”，“合格性判别中，把有特定内容的U95当成计量误差，当成待定区的半宽，是错误的”，此话非常正确。“校准中给出这个有特定内容的不确定度，没有说明它是测定系统误差时的误差。用户可能误解成是被检仪器的误差范围”，这是用户错误理解了术语“不确定度”的定义，不是“不确定度”的错，是用户混淆了“误差”和“不确定度”两个概念。不确定度不能用来评判被校对像合格不合格，而是用来评判校准数据值不值得采信的，同样误差用来评判被校对像合格不合格，不能用来评判校准结果值不值得相信。