高維勝，羊衍富

(1.四川華豐科技股份有限公司，四川綿陽，621000；2.四川互連創(chuàng)新科技有限公司，四川綿陽，621000)

1 引言

在檢測和校準(zhǔn)過程中，由于測量誤差的存在，被測量自身定義和誤差修正的不完善，被測量的真值很難準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)。一直以來，人們不斷追求最佳方式估計被測量的值，用測量不確定度來評定測量結(jié)果的質(zhì)量高低。在ISO17025標(biāo)準(zhǔn)“校準(zhǔn)實驗室與檢測實驗室能力的通用要求”中指明，校準(zhǔn)實驗室出具的每份證書或報告都應(yīng)包括測量結(jié)果的不確定度說明；CNAS-CL01“檢測和校準(zhǔn)實驗室能力認(rèn)可準(zhǔn)則”第7.6條款規(guī)定：開展校準(zhǔn)的實驗室，包括校準(zhǔn)自有設(shè)備，應(yīng)評定所有校準(zhǔn)的不確定度，開展檢測的實驗室應(yīng)評定測量不確定；RB/T214“檢驗檢測機(jī)構(gòu)資質(zhì)認(rèn)定能力評價”中第4.5.15條規(guī)定：檢驗檢測機(jī)構(gòu)應(yīng)可在檢驗檢測出現(xiàn)臨界值、內(nèi)部質(zhì)量控制或客戶要求時，需要報告測量不確定度；由此可見不確定度評定的重要性。正確理解測量不確定度的含義，掌握好測量不確定度的評定方法，對提高測試和校準(zhǔn)質(zhì)量水平，推動我國檢測和校準(zhǔn)事業(yè)的發(fā)展有著重要意義。

2 不確定度定義

2.1測量不確定度：表征合理的賦予被測量之值得分散性，與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。

2.2標(biāo)準(zhǔn)不確定度：以標(biāo)準(zhǔn)偏差表示的測量不確定度。

2.3合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：由在一個測量模型中各輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度獲得的輸出量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

2.4包含因子(k)：為獲得擴(kuò)展不確定度，對合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度所乘的數(shù)字因子。

2.5擴(kuò)展不確定度：合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度與一個大于1的數(shù)字因子的乘積。

2.6A類評定：用統(tǒng)計分析方法，算出實驗室標(biāo)準(zhǔn)偏差。

2.7B類評定: 用非統(tǒng)計分析方法，估計標(biāo)準(zhǔn)偏差。

3 評定方法、流程及實例

3.1 測量不確定度評定方法

3.1.1 建立被測量的數(shù)學(xué)模型，并計算各分量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

3.1.1.1 被測量的數(shù)學(xué)表達(dá)式：

y=f(x1,x2……xn)

(1)

3.1.1.2 確定各分量中不確定度的來源，不確定度來源一般包括以下幾方面的因素：

①測量人員的因素(從業(yè)經(jīng)驗等)；

②儀器儀表設(shè)備的因素(穩(wěn)定性、誤差及不確定度等)；

③測量及操作方法(各種規(guī)范規(guī)程及標(biāo)準(zhǔn)等)；

④測量環(huán)境(溫度、濕度、電壓及頻率等)；

⑤測量樣品(性能穩(wěn)定性、樣品代表性等)。

3.1.1.3 計算標(biāo)準(zhǔn)偏差：對同一被測量進(jìn)行n次測量，表征測量結(jié)果分散性的量，用s表示，其公式如下：

(2)

3.1.1.4 計算各分量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

(3)

(4)

—△為測量值的可能區(qū)間，通常用儀表精度、最大允差、儀表校準(zhǔn)時確定的擴(kuò)展不確定度來確定；

—k根據(jù)概率分布類型及要求的概率P確定。通常是已知某擴(kuò)展不確定度是某合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的倍數(shù)，或者通過概率分布表查得。常用概率分布表如下：

表1 正態(tài)分布表

3.1.1.5 期間半寬度△一般根據(jù)以下信息確定

① 以前測量的數(shù)據(jù)；

② 生產(chǎn)廠提供的技術(shù)說明書；

③ 校準(zhǔn)證書、檢定證書提供的數(shù)據(jù)；

④ 手冊或某些資料給出的參考數(shù)據(jù)。

3.1.2 計算合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uC

(5)

3.1.3 計算擴(kuò)展不確定度U

U=kuC(k為包含因子)

(6)

3.1.4 注意事項：

① 不確定度計算結(jié)果帶有單位，與被測量單位一致；

② 不確定度計算結(jié)果按照只進(jìn)不舍的原則進(jìn)行數(shù)據(jù)修約。

3.2 專業(yè)實驗室測量不確定度評定流程圖

測量不確定度評定流程見圖1。

圖1 測量不確定度評定流程圖

3.3 接觸電阻測量不確定度評定實例

3.3.1 測量方法和數(shù)學(xué)模型

本次測量采用直流低電阻測試儀TH2515，根據(jù)GB/T 5095、GJB 1217A等標(biāo)準(zhǔn)要求，測試方法為通過接觸電阻測試儀測出兩端之間的電壓降，由該電壓降及測試電流計算得出兩端的接觸電阻阻值，數(shù)學(xué)模型為：R=RX。式中，RX為儀表顯示值，測試電流為直流0.1A。

3.3.2 不確定度來源

由三個不確定分量構(gòu)成：重復(fù)性測量引入的不確定度分量Ua，人員讀書引起的不確定度Ub1，校準(zhǔn)證書提供的儀器不確定度Ub2。

3.3.3 由重復(fù)性引入的A類不確定度評定

取某一固定樣品，使用相同的測試電流測試，對應(yīng)的接觸電阻測試儀讀數(shù)12次測量計算標(biāo)準(zhǔn)差得出；復(fù)測量12次，操作人員不變；每次測量完畢，保持樣品狀態(tài)與接線狀態(tài)及部位不變，復(fù)位接觸電阻測試儀然后重新測試，測量數(shù)據(jù)如下：

表2 直流0.1A接觸電阻測試數(shù)據(jù) (單位：mΩ)

3.3.4 B類不確定度評定

3.3.4.2 由校準(zhǔn)證書可知，在測試電流為0.1A時，測試標(biāo)準(zhǔn)10mΩ，不確定度為0.01mΩ，包含概率為0.9545，查表得：K=2,ub2=0.01/2=0.005 mΩ。

3.3.5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc

由于以上各分量互不相關(guān)，其測量得到合成不確定度可用方和根計算：

3.3.6 擴(kuò)展不確定度U：

取p=0.95；則k=2，

則擴(kuò)展不確定度：U=kuC=2×0.03=0.06 mΩ。

3.4 測量不確定度結(jié)果在合格評定中的應(yīng)用

3.4.1 不確定度合格評定坐標(biāo)的建立

圖2 不確定度在合格評定中應(yīng)用

3.4.2 合格評定中的幾種判定情況

如圖2，測量結(jié)果是否合格的各種可能情況則可以歸納為A、B、C、D、E、F、G、H等八種情況，這八種可能的情況，也可用表3表示。

表3 測量結(jié)果的8種可能情況

① D、H兩種情況分別超出規(guī)定的誤差上限和誤差下限，故可判定它們均處于不合格狀態(tài)；

② A、E兩種情況均完全落在規(guī)定誤差限內(nèi)，故可判定它們均處于合格狀態(tài)；

③ B、F兩種情況的均值及分布的大部分落在規(guī)定誤差限內(nèi)，但有小部分情況超出規(guī)定的誤差限，如判定測量結(jié)果合格，則有一定的“誤判合格”的風(fēng)險；

④ C、G兩種情況的均值及分布的大部分落在規(guī)定誤差限外，但有小部分情況落在規(guī)定誤差限內(nèi)，如判定測量結(jié)果不合格，則也有一定的“誤判不合格”的風(fēng)險；

4 結(jié)束語

本文根據(jù)作者在工作中的經(jīng)驗，總結(jié)出測量不確定度評定方法及結(jié)果在合格評定中的應(yīng)用；測量不確定評定影響分量很多，在評定過程中，把握三不原則：“不遺漏”、“不重復(fù)”及“關(guān)注最大項”。遵守這三個原則，才能把不確定度評定準(zhǔn)確，提升實驗室的技術(shù)能力和專業(yè)水平，文中內(nèi)容是作者的心得體會，若有不妥之處，敬請批評指正。