計量檢定中測量不確定度的應用及注意事項

吳 靜，楊傳國

（商洛市計量測試所，陜西 商洛 726000）

計量檢定時，需要使用各類測量工具，通常包括了機械型、半自動型、智能型工具。然而，無論采用哪種計量檢定工具，均不能排除誤差的存在。因此，在實際的計量檢定工作中，需要對測量不確定度進行評定。從概念界定看，測量不確定度主要是指在測量儀器上示值誤差的不確定度，既是一種方法，也具有十分鮮明的技術特點，在實際應用時牽涉到應用范圍及其測量結果的評定。目前，在應用測量不確定度時，按照國際標準，可劃分為GUM法和蒙特卡洛法兩種方法。以常用的GUM法為例，其劃分了A類與B類兩種評定類型，適用于確定范圍內的計量檢定工具測量與評定。下面先對測量不確定度的應用特點與應用方法做出說明。

1 測量不確定度的特點及方法

測量不確定度雖然被界定為測量儀器示值誤差的不確定度，但是誤差與不確定度之間存在本質區別，前者主要是測量結果與測量實際值之間存在的差異數據，后者則是合理表征測量得到的數據，與測量結果的參數存在密切關聯。從當前對測量不確定度的分析路徑看，主要包括：①在測量系統及裝置報告登記時，提供測量不確定度；②在計量檢定中，出具相關報告與證書時，指出不確定度及其擴展范圍；③依據準確度級別，在計量標準器的相關報告及證書中，給出不確定度相關參考值。

1.1 特點

測量不確定度的應用特點主要集中在嚴密性、選擇性以及測量誤差與不確定度之間的差異方面。分述如下：

（1）以嚴密性為例，在測量系統有裝置配套的等級報告中，通常會根據儀器類型、規格等，明確給出測量不確定度。當涉及到檢驗與檢定參量功能時，則要求結合參量給出不確定，旨在通過對不確定度的明確，最終確定代表值，為裝置后續應用提供客觀標準。（2）以選擇性為例，當操作人員在書寫不同層級準確度計量標準報告過程中，通常只提供準確度層級相關的技術指標，而不會給出具體數據。例如，在表述定量時應用最大允許誤差等。（3）以測量誤差與不確定度之間的差異為例，由于兩者之間存在本質區別，但是，在實際工作中往往不能排除將兩者等量齊觀的錯誤。因此，為了保障計量檢定工作的順利開展，要求對兩者之間的區別與關聯性做出辨析，并對測量誤差體系中的標準差，與測量不確定度時的分散性數據（如圖1），做出細致區分。

圖1 測量不確定度時的數據分散性特點示意

1.2 方法

測定不確定度應用時以評定方式為主，現用的評定標準要求按照A類、B類評定方式進行操作。以A類不確定度評定方式為例，主要是針對觀測列的統計方式開展具體評定，操作時要求工作人員結合測量誤差測量體系中的標準差等，給出最終的標準不確定度。以B類不確定度評定方式為例，重點集中在對表達與觀測列非統計方法的準確評定方面。一般情況下，也將該評定方式作為A類的補充。比較兩類不確定度評定方式可以看出，A類相對容易理解，統計計算時的便利性較大。一旦測量出偏差，則可以結合對應數據開展相應的計算。與之相比，B類在實際應用過程中具有一定的復雜性，要求準確估算標準偏，涉及到操作人員的經驗、資料分析、假定分布狀況等多種要素。因此，需要區充分認識到B類操作條件下的主觀性與復雜性。

2 計量檢定中對測量不確定度的應用分析

2.1 以測量裝置為例

計量檢定工作中，使用的測量系統及測量裝置精度決定了最終測量結果的有效性。在測量裝置中應用測量不確定度，可以根據測量過程、測量結果，對不確定度標準進行確定，并對其進行有效擴展。以車輛計時計價器為例，與民眾的日常出行密切相關，當此類儀器不精準時，會出現多收費、少收費的情況，容易給交易雙方造成實質性影響。在對此類裝置進行計量檢定時，可以借助收費時段的差異對其不確定度進行計算，然后通過對分散化數據的整合，最終生成標準不確定度。同時結合計算出其擴展不確定度。這樣做，實質上補充了測量報告，涵蓋了合成標準與擴展的不確定度，能夠精準地給出誤差表達式。簡單講，測量不確定度在測量系統及裝置中的應用，可以給出多個參量，將測量結果控制在穩定、精準的范圍。

2.2 以測量器具為例

測量器具類型眾多，與日常生活、生產密切關聯，小到家用電器，大到工業設備測量器具。例如，常見的家用電能表，作為一種測量器具，測量精度直接與電力大數據、居民或企業用電量及費用相關，而且影響其測量精度的因素既包括客觀因素，也有主觀因素。因而，為了保障此類測量器具的精度，可以借助測量不確定度，對其中的分散化分量數值進行合成，并得到標準的測量不確定度，再計算出其擴展不確定度等。為了保障計量檢定的精準性，還可以配套地應用類似方法，對其進行計量檢定，并通過比較兩種檢定結果，最終得到多個參量。從實踐經驗看，在此類測量器具計量檢定報告編寫時，應根據多種檢定方法，選擇列表方式，對其修正值、不確定值等進行全面記錄。

2.3 以檢定器為例

檢定器具有強制性特征，通常也稱強制檢定器。在此類計量檢定工具中，對于測量不確定度的應用既十分關鍵，也比較普遍。實踐經驗表明，一方面需要對其種類、使用情況等做出分類與調研，另一方面則需要結合實際的強制檢定器構造相對簡單的事實，充分意識到失真級別較低的情況。例如，對常用的砝碼計量檢定中應用測量不確定度時，受到空氣浮力、衡量儀器的不確定性影響，容易發生標準偏差。此時可以根據計量檢定工作中常用的砝碼測量不確定度合成公式進行計算。需要說明的是，在操作時檢定人員要對其誤差原因進行詳盡分析，盡量做到不遺漏、不重復，從而保障測量結果的精準性。分度值為0.1 mg且最大稱量值為200 g的TG328B機械天平2次測量不確定度（如表1）。從兩次測量數據看，在測量環境條件一致的條件下，測量結果基本趨于一致。

表1 TG328B機械天平計量檢定結果

2.4 以測量儀器為例

測量儀器應用時普遍存在誤差控制的問題，在此類儀器計量檢定期間，檢定人員應該結合誤差與不確定度之間的本質區別與關聯，合理計算不確定度。一般而言，可以選擇簡化操作流程的辦法。例如，測量不確定度與誤差之間的差異通常較大，但是，在測量不確定度得到的參量與誤差之間差異小于臨界值時或者相對偏小的情況下，則應將實際誤差作為一個有效參量。

3 計量檢定中測量不確定度時的注意事項

3.1 明確應用范圍

在現行《測量不確定度的評定與表示》中，對于應用測量不確度時的基本范圍進行了計量技術規范。因此，在實際的計量檢定工作中，需要結合“雙循環”發展格局下的國際市場、國內市場提供的相關標準，對我國構建的國家基準與計量標準進行全面認識，在比較中找出差異之所在及其產生差異的原因。同時，檢定人員應該結合標準物質與參考信息等，在應用測量不確定度時，合理設置測量流程，選擇適配性較高的測量手段，并結合檢定系統與校準規范開展檢定工作。從當前實踐經驗看，檢定結果必須滿足計量認證與確認標準，以及質量認證及實驗室認可。這樣做有利于在多重限定條件下，保障各類計量檢定工具的生產質量與應用科學性。

3.2 評定測量結果

3.2.1 常規測量結果的評定

在統一大市場下開展計量檢定工作，重點集中在常規測性測量方面。例如，對于量具、測量儀器的檢定與校準等，常常與貿易市場關聯，而且要求在檢定過程中嚴格遵循設計好的程序進行操作。例如，在常規測量中的測量對象比較相似，可是測量人員具有一定的變動性。在這種情況下，應在標準的檢定程序下，對相關人員開展配套的專項培訓，確保其能夠在測量不確定度應用中，克服主觀因素的影響，提高測量水平。同時，在評定測量不確定度時，牽涉到多種影響因素，檢定人員應結合測量工具使用環境，合理假設其測量條件，保障測量條件合格的情況下再開展測量工作。如實際應用測量不確定度時，條件符合測量要求后并不會出現測量值大于實際測量值，此時就可以將其作為一個評定因素，快速確定不確定度數據是否與測量環境相符合等。

3.2.2 特定測量結果的評定

在應用測量不確定度時，如果采用常規測量方案，測量1次，實質上就能夠確定測量對象的數據。當測量對象、測量方法、測量人員相同的情況下，實施第2次測量后，結果并不會發生多大變化。然而，當其中測量因素發生變化后，其中的測量不確定度也會隨之發生相應的變化。因而，在實際應用過程中，還需要注意到特定測量不確定度時的情況。但是，應用特定測量方案并不能取代常規測量方案，而且在實際的檢定工作中，這種特定測量結果也不能作為實際的測量結果納入其他同類測量之中。建議檢定人員區分出因測量因素影響而實施的特定測量，并避免其誤用現象。

4 結束語

總之，計量檢定中不能缺少對測量不確定度的應用，在當前高質量發展過程中應根據實際情況進一步加強其應用水平。結合上述初步分析可以看出，測量不確定度的主要特點包括嚴密性、選擇性，以及存在于不確定度與測量誤差之間的差異。而且，在應用過程中，要求嚴格遵循評定類型及其規則。因此，在強制性與非強制性的計量檢定工具時，一方面應該明確測量不確定度的應用范圍，另一方面則需要根據常規測量結果、特定測量結果，開展相應的評定，確保測量結果的有效性，以及在計量檢定工作中的量值統一等，為我國大市場監管提供行之有效的技術支持。