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关于校准中几个问题的探讨

发表时间: 2019-03-06 00:00:00

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 校准中的测量不确定度


按照现行有效的技术文件定义,校准是在规定条件下的一组操作,确定由测量标准提供带有测量不确定度的量值与相应带有测量不确定度的示值之间的关系。


由测量标准提供的量值及其测量不确定度,不仅与实现标准量值的测量标准仪器或系统有关,同时与测量标准的运行条件、测量程序甚至与标准量值的定义相关,对其相应需确定关系的示值及测量不确定度也是一样。这就是校准关注的是量值而不是测量仪器的原因。


一般情况下,校准确定关系是由两个测量过程来实现,分别由测量标准和测量系统对相同的一个或多个典型量进行测量,相应的测量结果表征带有测量不确定度的标准量值和相应带有测量不确定度的示值。因此,校准中的测量不确定度应当是标准量值和对应示值的测量结果的测量不确定度。


标准量值的测量不确定度的一个合成分量为测量标准的仪器测量不确定度,这在测量标准定义中已说明,也是量值及测量不确定度必须在测量标准使用的当时确定的理由。在一些特殊条件下,比如测量标准是实物量具(砝码、量块等)或标准物质时,标准量值的测量不确定度与测量标准的仪器测量不确定度可以是统一的。


校准中标准量值和相应示值的关系一般用对应表格形式给出,尤其是同类量校准,标准量值与相应示值是相等关系。顺便指出,校准图、校准曲线是定义示值和测量结果或测得值间的关系,对应校准定义中第二步的操作。


 校准中的示值误差



在JJF1001-2011《通用计量术语及定义》中,概念术语示值误差属于测量仪器特性的范畴,定义为“测量仪器的示值与对应输入量参考量值之差”,与之相关的[测量仪器的]最大允许测量误差概念术语修订为最大允许测量误差。在ISO/IEC GUIDE 99:2007《国际计量学词汇—基础和通用概念及相关术语》中,没有示值误差的概念术语,但在现行的各种计量规程规范的应用中,示值误差与仪器偏移概念术语的结果是重合的。


示值误差或仪器偏移是计量仪器测量系统的重要特性,在规定的范围内对测量的影响贡献给测量结果的测量不确定度,但超出规定的范围应当依据示值误差或仪器偏移对测量系统的示值进行调整或者修正。


校准的基础是不确定度法,校准的目的是测量结果的计量溯源。但校准也可以用来评定计量仪器的特性。就一般校准而言,由测量标准和测量系统对典型量进行测量,两个测量结果的测得值之差等效为示值误差;这在多种计量规程规范中得到应用,显然在校准中要求评定示值误差或仪器偏移是有必要性的。


然而,用校准评定测量仪器特性,并将这些特性作为被测量去测量,同时评定测量不确定度,这种方式并不适宜。因为对测量仪器特性评定的重要目的之一是评定测量仪器的测量不确定度,测量仪器特性对测量的影响量作为分量均应贡献给测量仪器的测量不确定度。这些分量如果有不确定度的话,对于测量仪器的测量不确定度也是高阶不确定度,而且有些特性表述本身就是测量分散性,如仪器的重复性、稳定性等。


现在流行的,从计量器具检定过程中衍生过来的,将仪器示值误差的评定作为校准中的测量模型,其结果尤其是不完整的测量不确定度评定在测量中得不到应用。用术语仪器偏移代替示值误差而对仪器偏移进行评定,依据评定结果对仪器示值进行调整或修正,可能是校准在测量仪器评定中满足客户要求的一种方式。


 校准中的测量模型



同类量校准通常包含一个或多个测量过程,建立相应的测量模型必须有明晰的测量方法和测量程序。当被校准示值由实物量具提供,此示值是上一校准周期对量具带测量不确定度的赋值,此时校准操作应是确定由测量标准提供带有测量不确定度的量值,其测量过程就是用测量标准对实物量具进行直接测量,测量结果作为约定量值与实物量具原赋值比较建立关系。这一校准的测量模型实例是量块校准,可以参见JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》和其他不确定度文献。


当测量标准带有测量不确定度的量值由实物量具或者有证标准物质提供,用校准测量仪器提供的示值时,通常已经完成赋值于标准量值及其测量不确定度的测量,此时校准的测量模型是测量仪器对实物量具或标准物质的约定量值进行直接测量,其测量结果作为被校准示值与约定量值建立关系。在示值的测量不确定度评定中,约定量值的测量不确定度可视为被测量的定义不确定度,作为示值测量不确定度的分量参与合成,这就是计量溯源性中校准链每项校准引入测量不确定度的根据。


当标准量值和测量仪器示值及各自测量不确定度必须在测量标准和测量仪器使用的当时确定,这类校准有两个测量模型,分别由标准测量系统和测量仪器对典型参量实施测量,典型参量由测量标准或测量仪器或独立的传递测量装置提供。两个测量结果分别确定带测量不确定度的标准量值和相应仪器示值,进而建立相互之间的关系。


在测量结果的计量兼容性中得到仪器示值和相应标准量值之差,差值的绝对值除以该差值的扩展合成不确定度,类似于计量比对中En值,其结果可能是仪器示值调整的依据。


 结语


校准的本义是获得测量仪器示值及其测量不确定度,同时获得对应的测量标准量值及其测量不确定度,再确定相互之间的关系,进而建立应用测量仪器获得测量结果包括评定测量不确定度的测量程序。校准也可以被应用来进行测量仪器特性评定,评定的结果作为测量仪器调整的依据,当然测量仪器调整后必须再校准。



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