校準或檢定結果驗證方法的探討
JJF1033-2008《計量標準考核規范》之4.5.3.6規定,“檢定或校準結果的驗證方法正確,驗證結果符合要求”,此項目為必須考核的內容之一。筆者長期從事特大型企業的計量標準管理工作,在工作中發現要做到上述要求很難,并因此引發了一些思考。現與同行共同探討。
一、驗證方法難以實施
1.傳遞比較法
JJF1033-2008之C.5.2.1規定,“傳遞比較法是指用被考核的計量標準測量一穩定的被測對象,然后將該被測對象用另一更的計量標準進行測量”,若兩者進行測量時的擴展不確定度(k=2,下同)分別為Ulab和Uref,它們的測量結果分別為ylab和yref,則在兩者的包含因子近似相等的前提下應滿足:
首先,要求用更高一級的計量標準進行測量,是需要送檢的,對于計量標準眾多的企業來說是一筆不小的開支。其次,要求用更高一級的計量標準進行測量及出具擴展不確定度,需要跟更高一級計量檢測部門的領導、收發室、各檢測室逐一協商,且很可能無功而返。zui重要的是對大部分計量標準來說,缺少穩定的可移動的被測對象或上一級計量標準根本不可能對它進行測量。如“標準測力儀標準裝置”往下傳遞材料試驗機,往上溯源二等標準測力機,且不說兩者都是大型設備,原理上就不可能互相檢測。
2.比對法
JJF1033-2008之C.5.2.2規定“如果不可能采用傳遞比較法,就可采用多個實驗室之間的比對。假定各實驗室的計量標準具有相同準確度等級,此時采用各實驗室所得到的測量結果的平均值作為被測量的*估計值”。并且規定“參加比對的實驗室應盡可能多”。在被考核實驗室測量結果的方差比較接近于各實驗室的平均方差,以及各實驗室的包含因子均相同的條件下,應滿足:
顯然JJF1033-2008的起草人也清楚,大部分計量標準采用傳遞比較法進行驗證不現實,從而列出了備用的比對法。問題是“盡可能多的且具有相同準確度等級的計量標準”到哪去找?不管是計量標準考核部門還是企事業單位組織去做,如此浩大且錯綜復雜的工作都是難以實施的。
二、判據分析
JJF1033-2008之C.5的“驗證方法”中有以下描述:“檢定或校準結果的驗證是指對給出的檢定或校準結果的可信程度進行實驗驗證。由于驗證的結論與測量不確定度有關,因此,驗證的結論在某種程度上同時也說明了所給出檢定或校準結果的不確定度是否合理”。在JJF1033-2001《計量標準考核規范》中直接稱之為“不確定度驗證”,用來“檢驗所給的不確定度的合理性”。實際上這兩種說法都是指檢驗不確定度的合理性,并沒有本質的區別。
上述兩種實施方法及其判據都跟中國合格評定國家認可委員會(CNAS)所發布的CNAS-CL02《能力驗證結果的統計處理和能力驗證指南》的要求是一致的。從式(1)、式(2)可以看出,只要所給出的不確定度Ulab足夠大,哪怕實驗值偏差大到不合理的程度,式(1)、式(2)也成立,而給出的不確定度恰恰是說明檢定或校準結果可信程度的指標,這與驗證的初衷是相反的。
CNAS的檢測和校準實驗室認可申請是以不確定度為重要指標的,這保證了不確定度評定的合理性,從而保證了式(1)、式(2)可以評價檢定或校準結果的可信。而由于傳統沿襲,計量標準考核還是以允許誤差或準確度等級為重要指標的,大部分測量設備使用者并不清楚不確定度的含義,很多從事計量檢定或校準工作的人員對不確定度的評定也不嫻熟,因此,計量標準考核的結果驗證僅僅引用CNAS的方法就顯得不太合適。
三、不確定度對結果影響的分析
測量不確定度目前的定義為“表征合理地賦予被測量之值的分散性,與測量結果相的參數”,這個說法稍顯專業。不確定度過去的定義有“由測量結果給出的被測量的估計值中可能誤差的度量”和“表征被測量值所處的量值范圍”(VIM1984年第1版)。前者可以理解為一定概率下測量結果的誤差限,后者可以理解為真值可能出現的區間。
實際上完整的測量結果(y′)應由下式給出:
y′=y±U
式中:y——測量結果;U——測量結果的擴展不確定度。
我們在檢定過程中執行的是檢定規程,要求作出是否合格的結論,如檢定示值誤差小于檢定規程規定的允許誤差則判為合格,反之判為不合格。由上式可知不確定度對檢定結果存在影響,如圖1所示。
<CTSM> 圖1 檢定結論判定的各種情況</CTSM>
由圖1可見,在情況2、3、7、8中示值判定是合格的,考慮到在不確定度的影響下,則存在不合格的風險;相反,情況4、9是示值判定為不合格,考慮不確定度的影響則存在合格的可能。在平時的檢定工作中,結果判定并不考慮不確定度的影響,故出現邊緣結果的時候需謹慎。這說明檢定或校準結果存在可信度的問題,也就是說檢定或校準結果的不確定度存在是否合理的問題,這就是檢定或校準結果驗證(不確定度驗證)的必要性。
顯然,不確定度越小,風險越小,但對計量標準器等因素的要求也越高。一般來說,如果檢定或校準結果的不確定度(U)小于被檢測量設備允差(Δ)的1/3,可以認為不確定度對檢定結論沒有影響,我們可以簡單地計算一下:
可見,不確定度對結果的影響可忽略不計。
四、結束語
綜上所述,JJF1033-2008中規定的“檢定或校準結果的驗證”(不確定度驗證)很難實施,且因計量標準考核不同于校準實驗室認可,其判據也并不*合理,根據不確定度對檢定或校準結果的影響分析,只要我們的不確定度評定不犯錯誤,其數值不大于被檢測量設備允許誤差的1/3,即可認為檢定或校準結果是可信(不確定度合理)的,無需進行特別的驗證。
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