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校准结果的测量不确定度与实验室校准和测量能力的关系

发布时间:2014-06-27 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:1279

在CNAS-CL01:2006《检测和校准实验室能力认可准则》、DILAC/AC01:2005《检测实验室和校准实验室能力认可准则》和GJB2725A-2001《测试实验室和校准实验室通用要求》5.10.4中均要求校准证书应给出测量结果的不确定度,2011年以前获认可的实验室能力采用BMC(最佳测量能力)表示,而2011年中国合格评定国家认可委员会(CNAS)要求所有认可实验室的能力均要进行校准和测量能力(CMC)的转换。CMC转换是一项专项工作,但此项工作完成后实验室出具的校准证书中测量结果不确定度仍仅给出典型点的不确定度。笔者认为已经不能满足客户判定校准结果是否满足使用的要求,证书中应按照CMC的形式给出测量结果的不确定度。那么如何给出不确定度,如何将实际校准工作与CMC联系起来, 从而减少重复评定,是值得思考的问题。
    一、为什么校准证书中的不确定度可以和CMC联系起来
    BMC是实验室在其认可的范围内, 当对接近理想的测量标准进行接近常规的校准时, 可以达到的最小测量不确定度, 或当对接近理想的测量仪器进行接近常规的校准时, 可以达到的最小测量不确定度。而CMC是校准实验室在常规条件下能够提供给客户的校准和测量能力, 应是在常规条件下的校准中可获得的最小测量不确定度。CMC通常是提供给客户的校准和测量水平,更接近于校准实际,而BMC以前仅是展示给认可机构或客户的最佳测量水平。所以给客户的校准证书中的不确定度应大于或等于CMC的评定结果。
    二、CMC评定的常用表示方式
    CMC评定时根据专业不同采用的方式也不同,但无论采用什么方式均应是代表被校件整个测量范围内的不确定度。CMC的表示方式取决于其占绝对优势的不确定度分量与测量范围的关系,例如当测量标准的最大允许误差是最大的不确定度分量时,CMC的表示方式应与测量标准最大允许误差的表达方式一致。典型案例是电磁专业的数表,数表的最大允许误差是分参数、分段表述的,允许误差又是评定过程最大分量,那么数表的CMC也应分参数、分段表述;最大允许误差用相对值表示,CMC也应用相对值表示。CMC通常可采用以下方式之一表示:
    第1种:用整个测量范围内都适用的单一值表示,一般常见于来自测量标准或校准方法等占主要测量不确定度分量的情况, 典型的案例是几何量仪器,如千分表检定仪对应整个测量范围是单一绝对值,而力学专业的活塞压力计、转速表、材料试验机等也可采用单一相对值表示。
    第2种:测量范围分段表示,每个分段的CMC可以使用单一值表示。如玻璃量器、硬度计等证书中可分段给出不确定度单一绝对值,又如上述举例中的数表可采用分段给出单一相对值。
    第3种:检定规程或校准规范中明确规定了2~3个校准点, 对于这些校准点较少并固定的,CMC是对应校准点给出,如热电偶、热电阻等证书中应按校准点给出不确定度。
    第4种:CMC的范围应与测量范围前后对应,典型的案例是温度计,如半导体点温计测量范围为-60℃~0℃,对应CMC为U=0.5℃~0.3℃,其中-60℃点对应U=0.5℃,0℃点对应U=0.3℃。
    第5种:当CMC评估的主要不确定度分量与被测量具有函数关系时,CMC与被测量的关系通常也服从该函数, 此时,CMC可以使用被测量值或参数的函数表示。例如,使用3等量块作为主要测量标准设备校准长度量具时,主要测量不确定度来源是年长度稳定度允许值:±(0.05+0.5×10-6Ln)μm和3等量块校准结果的不确定度:U=(0.10+1×10-6Ln)μm,则 CMC通常可用类似于以上公式的函数表示,U=(0.12+1.4×10-6Ln)μm。
    第6种:CMC用矩阵表示,不确定度的值取决于被测量的值以及与其相关的其他参数,矩阵是指纵横排列的二维数据表格,使用矩阵表示的典型案例是交流电压的CMC。
    三、如何将CMC评定结果与证书中的不确定度联系起来
    给客户校准证书中的不确定度表示方式应与CMC表示方式相同,如数字表CMC分参数、分段评定,给客户的证书中也应分参数、分段用相对不确定度表示,再如玻璃量器的CMC分段给出单一绝对值,给客户的证书中也应分段给出。
    出具校准证书不需每次都评定测量结果的不确定度,通常的做法是针对每一类被校件(测量范围、准确度等级等计量特性相同)做重复性试验,并按CMC的表示方式评定不确定度,作为校准证书中给出不确定度的依据,每次均使用此结果。也就是通常所说的预评估,国外的实验室也并非对每台测量设备进行评估,也可以预评估。如二等标准铂铑10-铂热电偶测量结果的不确定度, 在使用的一等铂铑10-铂标准热电偶、校准炉、转换开关、环境条件和检定规程等未改变的情况下,我们可以用1支二等电偶做试验,在锌、铝、铜3点评定不确定度, 以后出具证书时均可以使用此不确定度。当然也有个别专业在评定不确定度时,重复性分量占主导作用, 则不宜采用历史或经验数据,如使用二等活塞压力计校准指针式压力表,重复性分量占主要分量,可能每块表的重复性不同,评定结果不尽相同。
    四、校准证书中不确定度的给出位置
    测量不确定度作为测量结果的一部分,是客户确认测量设备能否满足使用要求的证据,应体现在校准结果栏,最好能和校准结果一一对应,以便客户使用。如某编号为1009的二等标准铂铑10-铂热电偶, 证书中应采用如表2所示的形式给出。


转载自中国计量网

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