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關于校準幾個問題的探討
發布時間:2019-06-10

    一、校準中的測量不確定度

    按照現行有效的技術文件定義,校準是在規定條件下的一組操作,確定由測量標準提供帶有測量不確定度的量值與相應帶有測量不確定度的示值之間的關系。

    由測量標準提供的量值及其測量不確定度,不僅與實現標準量值的測量標準儀器或系統有關,同時與測量標準的運行條件、測量程序甚至與標準量值的定義相關,對其相應需確定關系的示值及測量不確定度也是一樣。這就是校準關注的是量值而不是測量儀器的原因。

    一般情況下,校準確定關系是由兩個測量過程來實現,分別由測量標準和測量系統對相同的一個或多個典型量進行測量,相應的測量結果表征帶有測量不確定度的標準量值和相應帶有測量不確定度的示值。因此,校準中的測量不確定度應當是標準量值和對應示值的測量結果的測量不確定度。

    標準量值的測量不確定度的一個合成分量為測量標準的儀器測量不確定度,這在測量標準定義中已說明,也是量值及測量不確定度必須在測量標準使用的當時確定的理由。在一些特殊條件下,比如測量標準是實物量具(砝碼、量塊等)或標準物質時,標準量值的測量不確定度與測量標準的儀器測量不確定度可以是統一的。

    校準中標準量值和相應示值的關系一般用對應表格形式給出,尤其是同類量校準,標準量值與相應示值是相等關系。順便指出,校準圖、校準曲線是定義示值和測量結果或測得值間的關系,對應校準定義中第二步的操作。

    二、校準中的示值誤差

    在JJF1001-2011《通用計量術語及定義》中,概念術語示值誤差屬于測量儀器特性的范疇,定義為“測量儀器的示值與對應輸入量參考量值之差”,與之相關的[測量儀器的]最大允許測量誤差概念術語修訂為最大允許測量誤差。在ISO/IEC GUIDE 99:2007《國際計量學詞匯—基礎和通用概念及相關術語》中,沒有示值誤差的概念術語,但在現行的各種計量規程規范的應用中,示值誤差與儀器偏移概念術語的結果是重合的。

    示值誤差或儀器偏移是計量儀器測量系統的重要特性,在規定的范圍內對測量的影響貢獻給測量結果的測量不確定度,但超出規定的范圍應當依據示值誤差或儀器偏移對測量系統的示值進行調整或者修正。

    校準的基礎是不確定度法,校準的目的是測量結果的計量溯源。但校準也可以用來評定計量儀器的特性。就一般校準而言,由測量標準和測量系統對典型量進行測量,兩個測量結果的測得值之差等效為示值誤差;這在多種計量規程規范中得到應用,顯然在校準中要求評定示值誤差或儀器偏移是有必要性的。

    然而,用校準評定測量儀器特性,并將這些特性作為被測量去測量,同時評定測量不確定度,這種方式并不適宜。因為對測量儀器特性評定的重要目的之一是評定測量儀器的測量不確定度,測量儀器特性對測量的影響量作為分量均應貢獻給測量儀器的測量不確定度。這些分量如果有不確定度的話,對于測量儀器的測量不確定度也是高階不確定度,而且有些特性表述本身就是測量分散性,如儀器的重復性、穩定性等。

    現在流行的,從計量器具檢定過程中衍生過來的,將儀器示值誤差的評定作為校準中的測量模型,其結果尤其是不完整的測量不確定度評定在測量中得不到應用。用術語儀器偏移代替示值誤差而對儀器偏移進行評定,依據評定結果對儀器示值進行調整或修正,可能是校準在測量儀器評定中滿足客戶要求的一種方式。 

    三、校準中的測量模型

    同類量校準通常包含一個或多個測量過程,建立相應的測量模型必須有明晰的測量方法和測量程序。當被校準示值由實物量具提供,此示值是上一校準周期對量具帶測量不確定度的賦值,此時校準操作應是確定由測量標準提供帶有測量不確定度的量值,其測量過程就是用測量標準對實物量具進行直接測量,測量結果作為約定量值與實物量具原賦值比較建立關系。這一校準的測量模型實例是量塊校準,可以參見JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》和其他不確定度文獻。

    當測量標準帶有測量不確定度的量值由實物量具或者有證標準物質提供,用校準測量儀器提供的示值時,通常已經完成賦值于標準量值及其測量不確定度的測量,此時校準的測量模型是測量儀器對實物量具或標準物質的約定量值進行直接測量,其測量結果作為被校準示值與約定量值建立關系。在示值的測量不確定度評定中,約定量值的測量不確定度可視為被測量的定義不確定度,作為示值測量不確定度的分量參與合成,這就是計量溯源性中校準鏈每項校準引入測量不確定度的根據。

    當標準量值和測量儀器示值及各自測量不確定度必須在測量標準和測量儀器使用的當時確定,這類校準有兩個測量模型,分別由標準測量系統和測量儀器對典型參量實施測量,典型參量由測量標準或測量儀器或獨立的傳遞測量裝置提供。兩個測量結果分別確定帶測量不確定度的標準量值和相應儀器示值,進而建立相互之間的關系。

     在測量結果的計量兼容性中得到儀器示值和相應標準量值之差,差值的絕對值除以該差值的擴展合成不確定度,類似于計量比對中En值,其結果可能是儀器示值調整的依據。

    四、結語

    校準的本義是獲得測量儀器示值及其測量不確定度,同時獲得對應的測量標準量值及其測量不確定度,再確定相互之間的關系,進而建立應用測量儀器獲得測量結果包括評定測量不確定度的測量程序。校準也可以被應用來進行測量儀器特性評定,評定的結果作為測量儀器調整的依據,當然測量儀器調整后必須再校準。

 

來源:《中國計量》2019年第4期

作者:湖北省計量測試技術研究院湯雄


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