校准有四种误差范围，U95何为？

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                         校准有四种误差范围，U₉₅何为？
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                                                                                       史锦顺
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       在校准中，有两项不同的计量误差：判别合格性的计量误差范围与测定系统误差时的误差范围。关于被校仪器的误差，也有两种：不修正的仪器误差范围和修正后的仪器误差范围。
       换成不确定度体系的语言，该有：判别合格性的计量不确定度与测定系统误差时的测量不确定度。关于仪器的不确定度，也有两种：不修正的仪器不确定度和修正后的仪器不确定度。
       当前，不确定度体系的U₉₅，在校准中只有一个，没法用。用则必错。
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1 计量的误差
       第一种计量误差，是判别被校仪器合格性的误差，这里记为R_计。
       计量的误差公式推导如下。
       必须认清：求什么，用什么，靠什么，得什么。要明确：分析计量的误差，是分析计量活动的影响，自变量必须是计量的因素，而测得值函数在计量中是常量。
       测量是用测量仪器测量被测量，以求得被测量的值；而校准是用被校仪器来测量已知量值的标准，以求得测量仪器的误差，看是否合格。校准是测量的逆操作。测量仪器的误差，是校准的认识对象。校准的第一个目的是求得仪器的误差，而得到的是仪器示值与标准标称值之差；对计量本身的误差分析，就是求这二者的差别。
       设测得值为M，计量标准的标称值为B，标准的真值为Z；仪器的误差元（以真值为参考）为r_仪，校准得到的仪器测得值与标准的标称值之差值为r_示，标准的误差元为r_标。
       1）要得到的测量仪器的误差元为：
               r_仪 = M – Z                                                                          （1）
       2）检定得到仪器的视在误差元为：
               r_视 = M – B                                                                          （2）
       3）标准的误差元为
               r_标 = B–Z            
       4）（2）与（1）之差是计量误差元：
               r_计 = r_视 – r_仪 =（M-B）-（M-Z）
                     =（Z–B）
                     = r_标                                                                              （3）
    误差范围是误差元的绝对值的最大可能值。由（3）式，误差范围关系为：
               |r_计|_max = |r_标|_max
即有
               R_计 = R_标                                                                            （4）
    （4）式是计量误差的基本关系式，计量误差由标准的误差决定。计量误差与被校仪器的误差因素无关。
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2 合格性判别
       被校仪器的误差范围指标，记为MPEV。仪器的实际误差范围是R，若
                R ≤ MPEV                                                                            （5）
则被检测量仪器合格。
       R是被检仪器的真误差范围，参考值是被测量的真值。而实测的仪器的误差范围，是以标准的标称值为参考值的。计量中实测得到的是被检仪器的误差的测得值是r，规范《JJF1094》中记为|Δ|，准确地说应为|Δ|_max，误差量的测量结果是：
                 r = |Δ|_max±R_计
                   = |Δ|_max±R_标                                                                   （6）
       判别合格性，必须用误差的测量结果与仪器指标比。
       （A）由于计量误差的存在，r的最大可能值是|Δ|_max+R_标。若此值合格，因仪器误差绝对值的其他可能值都比此值小，则所有误差可能值都合格。因此，合格条件为：
                 |Δ|_max+R_标 ≤ MPEV
即
                 |Δ|_max ≤ MPEV - R_标                                                            （7）
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       （B）由于计量误差的存在，r的最小可能值是|Δ|_max-R_标。若此值因过大而不合格，因仪器误差绝对值的其他可能值都比此值大，则所有误差可能值都不合格。因此，不合格条件为：
                 |Δ|_max―R_标 ≥ MPEV  
即
                 |Δ|_max ≥ MPEV  + R_标                                                         （8）
       注：检定中的合格性判别，同于校准中的合格性判别。
       计量（包括检定与校准）中的计量误差是计量标准的误差范围R_标，合格性判别中的待定区的半宽是R_标。计量误差与被校（被检）对象的性能无关。
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3 测定系统误差的误差
       计量中的第二种计量误差，是测定系统误差时的误差。
       测定系统误差，是校准的必然操作。其实，对精密仪器的检定也要测定系统误差，以便精确地测定仪器的实际误差范围。有时修正，它也是给出的修正值的误差范围。
       系统误差元的定义值是：示值期望值与被测量真值之差
                 β = EM - Z                                                                          （9）
       系统误差的测得值为
                 β_测= M_平- B + 分辨力误差
                      = M_平- EM +EM +Z - Z - B + 分辨力误差
                      = (EM – Z) + (M_平- EM) +(Z – B) + 分辨力误差               （10）
       系统误差的测定误差元            
                 r_β = β_测 – β = 3σ_平 ± R_标 +分辨力误差范围
       测定系统误差时的误差范围（仅R_标一项系统误差取“方和根”）
                 R_β =√[ (3σ_平)² + R_标² +分辨力误差²]                               （11）
       系统误差的测量结果是
                 β = β_测±R_β                                                                      （12）
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       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] = Rβ                      （13）
       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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4 仪器的不修正的误差范围与修正后的误差范围
       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。
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       不修正，测量仪器的误差范围是系统误差、随机误差、长稳、分辨力误差的合成结果。
                 M = Z + β_恒 +β_长稳 ± 3σ + 分辨力误差  
       不修正的仪器误差范围（两项较大系统误差取绝对和）是
                 RM  = √[(|β_恒|+|β_长稳|)² + (3σ)² +分辨力误差²]                 （14）
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       修正值
                 C = - β_恒视
                    = - β_恒± R_β
       由于测量点与校准点不同，修正值的误差要加一项：代换误差。

       修正后的测得值（β_替代是测量点与校准点不同的代换误差）是
                 M_修= M + C
                      = (Z + β_恒 + β_长稳 + β_替代± 3σ + 分辨力误差)+ C
                      = (Z + β_恒 + β_长稳± 3σ ± 分辨力误差)– β_恒± R_β + β_替代
                      = Z + β长稳 + β替代 ± Rβ ± 3σ  + 分辨力误差               （15）
       修正值M_修的误差元为
                 r_修= M_修 - Z
                     = β_长稳 + β_替代± R_β ±3σ  + 分辨力误差                         （16）
       大系统误差β_长稳、β_替代、R_β应绝对合成，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|+|R_β|+|β_替代|) ² ±(3σ)² ±分辨力误差² ]     （17）
       修正后的测量结果：
                 Z = M_修 ± R_修                                                                    （18）
       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！
       对单值量具，如量块、砝码，β_替代、(3σ)、分辨力误差三项不存在，β_长稳可略、仅有R_β一项，修正是可以的；但对测量仪器，（17）式的五项误差都存在。这就是99%以上的测量仪器不修正的基本原因。马凤鸣、史锦顺等主张测量仪器（不含单值量具）不搞修正，技术上的原因就在于此。                                                                 
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【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；对非单值的测量仪器，缺“替代误差”项。

       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。

       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，是生产厂的责任，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。
       相信不确定度的人们，醒醒吧！不确定度体系错了！
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对于全文，我无法全部看完，有的地方也看不懂。
楼主实际上已经对误差，不确定度等计量术语进行了重新定义，因此楼主在此的所有推导、演绎都是基于本身定义，一般人无法理解。
如果楼主确实要推翻现有误差及不确定度理论，应先从定义开始。

世界上是先有"校准”，然后才出现的“检定”，"检定"其实就是把“校准”和“确认”工作二合一而已，本质上没有区别。

sirchen 发表于 2017-8-18 16:14
对于全文，我无法全部看完，有的地方也看不懂。
楼主实际上已经对误差，不确定度等计量术语进行了重新定义 ...

我上大学《误差理论与数据处理》课程那会儿，中国还没 JJF 1059

285166790 发表于 2017-8-18 16:19
世界上是先有"校准”，然后才出现的“检定”，"检定"其实就是把“校准”和“确认”工作二合一而已，本质上 ...

因为多了确认，所以有了本质区别。
这个可以看看湖南省测速仪的案例。

sirchen 发表于 2017-8-18 16:26
因为多了确认，所以有了本质区别。
这个可以看看湖南省测速仪的案例。

这个"案例"在哪儿能看到？

njlyx 发表于 2017-8-18 16:36
这个"案例"在哪儿能看到？

8日，澎湃新闻（www.thepaper.cn）以《湖南益阳交警用“山寨”测速仪执法，称有检定证书责任不在己》为题报道，湖南益阳市民徐真建因开车超速被罚款扣分，不服告到法院。随着证据提交和后续调查，他发现，这台用于交警执法取证、自2013年以来一直使用的雷达测速仪是“山寨”的——“生产厂家”所在地执法部门发函确认，当地厂家根本没有生产、销售过该雷达测速仪，也未与益阳交警部门有过业务往来。

njlyx 发表于 2017-8-18 16:36
这个"案例"在哪儿能看到？

指新闻报导湖南益阳交警用山寨测速仪执法 事件

sirchen 发表于 2017-8-18 16:26
因为多了确认，所以有了本质区别。
这个可以看看湖南省测速仪的案例。

这个案例的主要问题是，采购的计量仪器没有经过形式批准，没有计量器具生产许可证，跟检定校准工作无关。

刘耀煌 发表于 2017-8-18 16:49
指新闻报导湖南益阳交警用山寨测速仪执法 事件

谢谢！……去查看了这个"新闻"，似乎无关"校准"与"检定"的区别，只是个不符合计量器具生产、管理"规定"的问题。

　　是的，总之一句话“测量不确定度不是误差也不是误差范围”，因此史老师讲“校准有四种误差范围”没有错，我完全赞同。因为测量不确定度不是误差，所以“校准不确定度”不是计量误差范围、不是测定被检仪器的“校准时的系统误差”的误差范围。
　　另外，不确定度是属于测量结果的，是属于使用计量标准对被检仪器校准所得校准结果的，因此，“校准不确定度”不是仪器的不确定度，也不是修正后的仪器的不确定度。不确定度不能用来评判被检仪器的合格性，而是用来评判使用的测得值能不能用来评判被检仪器合格性的，所以被检仪器合格与否的判定在用不确定度判定了所用检定数据可以使用后，也就与仪器合格与否的评判无关了，在不确定度体系中５个“修正”的弊端也就不存在。