关于校准的研究与置疑

史锦顺

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                               关于校准的研究与置疑
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1 测定系统误差时的误差范围
       校准场合，有计量标准。当前，校准的重要任务是用计量标准测定被校仪器的系统误差，以给出修正值（系统误差测定值的负值）。
       系统误差的测得值为：
              β_视 = M_平 - B±分辨力误差                                                     （1）
       真系统误差（系统误差定义值，以标准的真值为参考）为：
              β_真 = EM - Z                                                                         （2）
       测定系统误差时的误差为：
              r_β = β_视 - β_真   
                   = [M_平 - B]- [EM-Z] ±分辨力误差
                   =[M_平 - EM]- [ B-Z] ±分辨力误差
                   =±3σ_平± R_标 ±分辨力误差                                                （3）
       测定系统误差时的误差范围，由被校仪器示值的平均值的标准偏差、被校仪器分辨力误差和计量标准的误差合成。可能较大的误差是随机误差，仅有一项R标看作是系统误差，按“方和根法”合成。  
       测定系统误差时的误差范围为
              R_β =√[(3σ_平)²+(R_标)² +(分辨力误差)²]                                    （4）
       换成不确定度的语言，确定系统误差的不确定度为
              U_β =√[(3σ_平)²+(R_标)² +(分辨力误差)²]   
                 = R_β                                                                                      (5)                        
       现行不确定度论的校准不确定度U₉₅，其包含的内容与R_β包含的内容相同，就是R_β，这里记为U_β，是确定系统误差时的误差范围。
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2 仪器修正后的误差范围
       系统误差，包括恒值部分与慢变化部分，可分解为恒值系统误差与长期稳定度。有计量标准，可测量当时的系统误差总量。方便的表达方式是测定时的系统误差（视在系统误差）看成是系统误差的恒值部分；而此时刻到下一次校准时刻（半年或一年）系统误差的变化，视为长期稳定度。
       不修正，测量仪器的误差范围是系统误差、随机误差、分辨力误差的合成结果。
              M = Z + β_恒 +β_长稳 ± 3σ ± 分辨力误差                               （6）
       修正值
              C = - β_恒视
                 = - β_恒± R_β                                                                      （7）                                 
       修正后的测得值是
              M_修 = M + C
                  = (Z + β_恒 + β_长稳 ± 3σ ± 分辨力误差)+ C
                  = (Z + β_恒 + β_长稳 ± 3σ ± 分辨力误差)– β_恒± R_β
                  = Z + β_长稳 ± R_β ± 3σ ± 分辨力误差                                （8）
       修正值M修的误差元为
              r_修 = M_修 - Z
                 = β_长稳 ± R_β ±3σ ±分辨力误差                                         （9）
       大系统误差仅β_长稳一项，R_β应视为系统误差，但较小，其他是随机误差，合成取“方和根”。
       修正值的误差范围是
              R_修 = √[β_长稳² ± R_β² ±(3σ)²±(分辨力误差)² ]                                  （10）                                                                                                
                                                                                                         
       修正后的测量结果：
              Z = M_修 ± R_修                                                                    （11）
       注意：修正后的测得值变了，误差范围也变了。整个测量结果变了！
                                                                    
3 对不确定度体系的质疑      
       当前，校准与检定的不同点是校准不判别合格性而必须给出“校准不确定度”。“校准不确定度”是什么，该怎样应用，这是计量界急需弄明白的问题。
       1）“校准不确定度”不是计量误差范围
       计量的核心任务是判别被计量仪器的合格性。校准是计量的一种形式。作为主管合格性的中国合格评定国家认可委员会,却规定校准通常不判别合格性。而当用户要求判别合格性时，要用到“待定区”。《cnas-GL27声明检测或校准结果及与规范符合性的指南》的五个区划分，其中待定区的半宽用U₉₅，是错误的。计量误差等于计量标准的误差范围，而不应是校准不确定度U₉₅。U₉₅比计量误差多出被检仪器重复性、分辨力、环境影响量各项。这样就多计了、重计了。
       2）“校准不确定度”不是仪器的不确定度
       不进行修正，被计量仪器误差范围是系统误差、随机误差、分辨力误差的合成结果，而U₉₅中缺系统误差项。
       3）“校准不确定度”不是修正后的仪器的不确定度
       当前，通常把“校准不确定度”，当成修正后的“仪器不确定度”。缺长期稳定度项（包括漂移与环境影响等变化项）；缺随机误差项3σ。
       4）“校准不确定度”是测定被检仪器的“校准时的系统误差”的误差范围。是权衡该不该修正的一个条件，但不是充分条件。
       5）“修正”的弊端
       在不确定度体系中，校准通常不判别合格性，而按“校准的示值误差”进行修正，却成了必然的操作。单值量具，特别是通常很稳定的量块、砝码，修正是可以的，但对绝大多数测量仪器来说，普遍地修正，是不妥当的。理由如下：
        a）校准时的“校准不确定度”仅仅是测定“校准当时的系统误差”的误差范围。等于修正系统误差恒值部分的修正值的误差范围。被校仪器的此后应用，系统误差之恒值误差部分修正了，但还有长期稳定度，包括两次校准间（半年或一年）的漂移与温度等环境因素的影响量。不计长期稳定度项，是不行的，这是对仪器性能的虚夸。
        b) 校准只能在少数校准点上进行，对大多数的测量点，都有“替代误差”。“替代误差”通常不能忽略。
        c）计量的资格是按计量标准性能指标与测量仪器的性能指标之比值来确定的。修正把被检仪器性能指标提高数倍，如果确认修正后的性能，那就将否定所用计量标准的资格条件。资格不够的校准，没效。
       计量的权威建立在标准的“够格条件”上。修正后的仪器的指标高了，但标准却不够格了。
       d）“合格性”管理是计量管理、仪器管理的基本内容。而仪器的性能规格，是“合格性”的基础。没有“规格”，就无所谓“合格”。
       e）否定“规格”，否定“合格性判别”，盲目推行“修正”，错误地给出并错误地应用自己不清楚是什么的“校准不确定度”，误导实际工作，造成对测量计量原理与秩序的干扰与破坏。
       测量仪器的性能规格，就是测量仪器的误差范围，是测量仪器的测得值函数的简化表达。“规格”贯通于研制生产、计量检验、应用测量三大领域，是测量计量工作的着眼点，是各种工作的共同的“纲”。指标，是研制生产的宗旨，是水平的标志，保证合格性，是生产者的责任，是工厂的信誉。保证仪器的合格性，满足计量公证的条件，是计量权威的基础。有了工厂的信誉，有了计量的权威，测量者才好根据仪器的指标选用仪器，并放心地按仪器指标应用仪器，表达测量结果，去完成各种各样的测量任务。
       离开“指标”，就乱套了。不确定度体系，在不明白“校准不确定度是什么”的情况下，盲目地推行校准给出“校准测量不确定度U₉₅”，这是糊里糊涂地推行，这是糊里糊涂地应用。
       相信不确定度体系的人们，醒醒吧！错了！
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吴下阿蒙

5）“修正”的弊端
修正确实如楼主所说  a）校准时的“校准不确定度”仅仅是测定“校准当时的系统误差”的误差范围，我之前就发帖询问过相关的问题。论坛中的朋友一致认为修正使用（即使用校准的不确定度）时需要考虑长期稳定性，不确定度确实是校准时的范围，这应该是没有异议的。但当提到如何考虑时，规程中指出，当仪器进行了稳定性考核，当稳定性小于不确定度时，那么稳定性将无需考虑，这一点上就难以理解了。不确定度A和稳定性B比较是为了什么？A和B存在互相覆盖的地方嘛？应该是完全不同性质的量吧？A是仪器短期重复性，标准器的系统误差等，稳定性B是仪器的长期漂移，有可比性？难道不是应该范围是A+B的嘛？求解答

ps:楼主（1）（2）式中的符号未标明含义 M平，B，EM ，Z，请楼主添加下，谢谢！

史锦顺

吴下阿蒙 发表于 2017-5-19 17:32
5）“修正”的弊端
修正确实如楼主所说  a）校准时的“校准不确定度”仅仅是测定“校准当时的系统误差” ...

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  符号说明：
     M平：测得值的平均值
     EM: 测得值的期望值
     B: 计量标准的标称值
     Z: 真值。可能是计量标准的真值，也可能是被测量的真值。计量中用测量仪器测量计量标准，此时，计量标准是被校仪器的测量对象，是被测量，因此真值Z既是标准的真值也是被测量的真值。
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285166790

可事实情况是，国外大都用的校准证书及不确定度，都用的好好的，倒是用检定证书的国家没几个，到底哪种方式合理，会用的人自然明白。