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物价真高

2013/10/24

仪器检定/校准/计量

测量不确定度评定在不同应用中的差别
讲授人：中国计量科学研究院研究员倪育才

　　测量不确定度评定的应用范围很广。对于不同的场合和不同的要求，测量不确定度评定的原理和步骤是相同的，但在具体细节上会稍有差别。

1.特定测量结果的不确定度评定
评定一个已经得到的特定测量结果的不确定度，这是测量不确定度评定最基本的情况。由于测量已经完成，测量结果也已经得到，因此在这种情况下的测量对象、测量仪器、测量方法、测量条件、测量人员、测量和数据处理程序等都是已经确定而不能改变的。如果对同一测量对象，用同样的方法和设备，并由相同的人员重新进行测量，则不仅测量结果可能会稍有不同，其测量不确定度也可能会受测量条件改变的影响而变化。由于这时要求得到该特定测量结果的不确定度，因此不确定度评定应针对该特定测量条件进行。所得到的测量不确定度是该特定测量结果的不确定度，一般不要将其用于其他的同类测量中。

例如，对某一物体的长度进行测量，若测得被测物体和参考标准的温度t=19.50℃，其测量不确定度为u(t)=0.02℃，在进行不确定度评定时，作为主要影响量的温度的估计值应取实际测得的温度19.5℃，而其不确定度u(t)直接取0.02℃。如果对该长度重复进行测量，则由于温度t的数值可能会发生变化，因此从原则上说评定得到的不确定度也将不同。

2.常规测量的不确定度评定
在实际工作中，有许多测量是常规性的，例如量具和测量仪器的检定和校准，以及质检部门对一些大宗的材料或产品的检验，对于这类测量，测量仪器、测量方法和测量程序是固定不变的；测量对象是类似的，并且满足一定要求；测量人员可以不同，但均是经过培训的合格人员；测量条件是由检定规程、校准规范、国际标准、国家标准或部门标准等技术文件规定的，测量过程就是在该重复性条件下进行。一般说来，这时的测量不确定度会受测量条件改变的影响。但由于测量条件已被限制在一定的范围内，只要满足这一规定的条件，其测量不确定度就能满足使用要求。对于这类常规的测量工作，进行测量不确定度评定时应假设其环境条件正好满足所规定的合格条件。这样评定得到的测量不确定度是在规定条件下可能得到的最大不确定度。也就是说，在实际的测量中只要测量条件满足要求，测量不确定度肯定不会大于此值。通常就将此不确定度提供给用户，这样做的好处是不必对每一个测量结果单独评定其不确定度，除非用户对测量不确定度另有更高的要求。这时给出的测量不确定度并不是该实验室所能达到的最小不确定度，而是在常规测量中至少可以达到的测量不确定度。在建立计量标准时，JJF1033-2001《计量标准考核规范》规定，应在《计量标准技术报告》中给出这一不确定度。

在上例中，如果被测物体是量块，并且进行的是量块的常规检定，若技术文件规定该测量的温度条件是20℃±1℃，于是在进行测量不确定度评定时，作为主要影响量温度的测量不确定度应根据上述温度条件20℃±1℃，并由假定的概率分布(例如矩形分布)通过B类评定得到。

3.评定实验室的校准测量能力
校准测量能力(calibrationmeasurement capability)也称为最佳测量能力(best measurementcapability，常简称为BMC)。其定义为:“通常提供给用户的最高校准测量水平，它用包含因子k=2的扩展不确定度表示”。校准测量能力是实验室对于特定的测量任务可能达到的最小不确定度。也就是说，当使用实验室可能得到的最好测量设备，在可能达到的最佳测量条件下，它是对于性能最好的测量对象所得到的测量不确定度。或者说，它是当不确定度概算中所有的不确定度分量都达到可能的最小值时，实验室得到的测量不确定度。有时也用合成标准不确定度u_c_,min表示对于该测量任务的校准测量能力。因此，校准测量能力表示实验室可能达到的最高水平，但并不表示实验室在一般的常规校准中均能达到这一水平。在实验室认可工作中，要求申请认可的实验室申报该实验室的最佳测量能力，并应对实验室申报的最佳测量能力进行认可。
在上例中，如果要得到量块的最佳测量能力，则可假定其温度状态处于实验室内可能达到的最佳状态，例如20.0℃±0.2℃，并由此估算由温度引入的不确定度分量。

4.测量过程的设计和开发
在实际工作中，经常会遇到测量过程的设计和开发问题。此时主要的测量设备往往已经确定，而且事先知道希望达到的测量不确定度。通过不确定度管理程序，采用逐步逼近法对测量不确定度进行反复评定，可以得到不仅满足所要求的测量不确定度，并且也可得到在经济上比较合理的测量程序和至少应满足的测量条件。
也可以通过不确定度管理程序，确定所用的测量设备是否能满足要求。

现以环规校准为例，说明如何采用逐步逼近法来设计和开发合适的测量过程。

(1)测量任务和目标不确定度

测量任务为对Ф100mm×15mm环规的对称平面中确定方向的两点直径进行校准。目标不确定度为U_T=1.5μm。

(2)测量原理、测量方法、测量程序和测量条件
采用机械接触式测量机，与一标称直径相同的参考环规进行比较。

假定卧式测量机的最大允许误差为±0.6μm。测量中被测环规和参考环规之间的温度差小于1℃。由重复性测量得到，两环规直径差测量的标准偏差为0.7μm。两环规线膨胀系数之相对差假定小于10%。

(3)逐步逼近法

逐步逼近法一般包括至少两次的各不确定度分量的重复评估。其中第一次评估是十分粗略、快速以及低成本的，其目的是识别最大的几个不确定度分量。要确保每一个不确定度分量的大小只允许高估，而不能低估。此后的每一次评估(如果有的话)则仅将最大几个分量的“上界”重新进行更精确的评定，即适当降低高估的程度，以将不确定度的估计值(u_c或U)减小到能被接受的程度。

(4)首次评估
在考虑了5项主要的不确定度分量后，得到首次评估的测量不确定度分量汇总表(在评定过程中假定转换因子b等于包含因子k的倒数。对于U形分布、矩形分布和正态分布，取转换因子b分别近似地为0.7，0.6和0.5。)。
由于首次评估得到的扩展不确定度U_E1不满足判据U_E1<U_T，因此还须进一步改进测量条件。由首次评估的不确定度概算可知，最大的不确定度分量为u_TD，它是由两环规之间1℃的允许温度差所引起的。因此解决的办法是应该改进温度的平衡状态，这就是说，要有更长的平衡温度时间，也许还应该采取更有效的隔热，以防止装卸和测量时操作人员体温的影响。在此情况下，减小其他不确定度分量对合成标准不确定度和扩展不确定度的影响，都几乎不起作用。

两环规之间的允许温度差假定不超过0.5℃。

(5)第二次评估
将两环规之间的允许温度差由1℃改为0.5℃。表2给出第二次评估的不确定度概算汇总。

与首次评估相比，黑框内的分量已作了改变。由于第二次评估得到的不确定度U_E2=1.46μm≤U_T=1.5μm，表明目标不确定度已得到满足。因此当两环规之间的温度差被限制在0.5℃以内后，该测量条件是合格的。

在采用逐步逼近法并进行首次评估后，可以按照不确定度分量的相对大小，制定减小不确定度的策略。无疑，总是应该优先改进当时情况下最大的不确定度分量。随着重复评估次数的增加，各不确定度分量的高估程度将越来越低，其测量结果的不确定度将越来越小，直到满足目标不确定度的要求。当然，也有可能到最后也无法满足目标不确定度的要求，这表明在目前的测量条件下已无法达到当初确定的目标不确定度。这时有两种解决办法，改用更好的测量设备或降低目标不确定度。

采用逐步逼近法所得到的测量不确定度虽然不一定是本实验室所能得到的最小不确定度，但给出的测量条件却是在经济上最合理的。评定得到的测量不确定度应该小于目标不确定度，但不应过分小于目标不确定度，否则在技术上虽然是可行的，但在经济上是不合理的。也就是说，为完成该任务所付出的代价太大或者说测量的成本太高。

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西瓜猫猫西瓜

第1楼2013/10/28

校准测量能力(calibrationmeasurement capability)也称为最佳测量能力(best measurementcapability，常简称为BMC)。其定义为:“通常提供给用户的最高校准测量水平，它用包含因子k=2的扩展不确定度表示”。
mark下，我的基础词汇总是不咋地

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物价真高

第2楼2013/10/28

应助达人

呵呵，慢慢学习慢慢积累，用的多了看的多了，实战经历的多了，自然就记住了
西瓜猫猫西瓜(vivi_vivi) 发表:校准测量能力(calibrationmeasurement capability)也称为最佳测量能力(best measurementcapability，常简称为BMC)。其定义为:“通常提供给用户的最高校准测量水平，它用包含因子k=2的扩展不确定度表示”。

mark下，我的基础词汇总是不咋地

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西瓜猫猫西瓜

第3楼2013/10/28

你的工作经历很类似我~~说不定我们还差不多大了。哈哈
物价真高(v2771427) 发表:呵呵，慢慢学习慢慢积累，用的多了看的多了，实战经历的多了，自然就记住了

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