实验室自校准项目测量不确定度评定

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【摘要】科学的测量不确定度的评定是对测量结果偏离真实值的程度进行定量分析的过程。本文以检测实验室混凝土试模自校准中，长度的测量不确定度评定过程来分析在具体的评定过程中如何选取评定的分量、一些典型的分量如何评定计算。

【关键词】测量不确定度；评定；自由度；扩展不确定度；A类评定、B类评定

检测实验室为了保证检测结果的准确性和检测活动的有效性，要对计量器具开展量值溯源活动，量值溯源的形式除了检定和校准外，自校准作为前两种形式的补充也存在于大部分检测实验室的计量管理活动中。实验室内部制定自校准规程，计量管理人员根据规程开展自校准并出具自校准报告，仪器被确认自校准参数符合要求后便可以直接投入检测活动中，这是大部分检测实验室自校验活动的通用做法。针对这种通用做法，笔者提出了这样的疑问：自校准的数据是否可信，如果可信，可信度是多少。毕竟实验室其他的计量器具在送至校准机构校准得到的校准报告中，会注明校准数据的测量不确定度，通过这个不确定度我们可以明确的知道该校准数据的偏差范围，以及该数据处于该偏差范围的概率。由此，为了确保自校准的科学有效，就需要进行相应的测量不确定度的评定。

测量不确定度的概念是表征合理地赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数。它说明了置信水准的区间半宽度，以及测量结果落于该区间的概率。

由于影响测量结果准确性的因素很多，人员的能力水平、自校准用仪器设备的准确度、测量方法、环境条件等均有可能对测量结果造成影响，我们在做测量不确定度评价时要对所有我们有能力知道的影响因素进行分析，根据被校仪器的特性选取必要因素，对其进行定量分析，通过适当的统计方法对这些因素的影响量值进行统计，得到校准结果的不确定度。这是我们评定测量不确定度的基本思路。下面以混凝土试模为例对这一评定过程做一个必要的说明。

混凝土试模（规格：150mm×150mm×150mm）的自校验项目主要包括：长宽高尺寸、垂直度公差、连接面间隙、平面度，现以长度方向的尺寸为例来说明。尺寸的测量工具是游标卡尺，试模的工作环境温度为20℃，测量结果是以三次重复测量的平均值来表示，假设实验室参与日常自校准测量的人员和评定时测量人员为同一人，分析评定过程如下：

1、首先建立数学模型：L=l

式中：L---- 试模尺寸值；

l--------游标卡尺的读数值。

2、对上述条件进行分析可以看到测量不确定度的来源包括：校准用器具游标卡尺的分度值量化和示值误差、环境温度的偏离导致的游标卡尺和试模实际尺寸的变化、以及人员的读数误差、人员的操作水平、人员的测量方法。其中人员的读数误差、操作水平、测量方法对标准不确定度的贡献的评定为A类评定，通过对j个试模的长度分别作3次重复测量，得到j组数据（l11、l12、l13），（l21、l22、l23）…（lj1、lj2、lj3），考虑到不确定度的A类评定对标准不确定度的贡献，一般j的取值应大于6，但过大的取值势必造成评定工作量的增加，所以一般不超过10。

计算每组数据的算术标准差：

计算合并样本标准差：

计算自由度：v（L1）=3（j-1）；

接下来要对合并样本标准差评估，计算sj的算术标准差：

如果，则测量状态稳定，高可靠性的合并样本标准差sp可以使用；否则要对sj数据列进行分析，剔除离散性大的数据，重新评定，至此测量不确定度的A类评定完成，测量系统误差引起的测量不确定度分量u （L1）= sp。

3、测量不确定度的B类评定包括对校准用器具游标卡尺的分度值量化和示值误差、环境温度的偏离导致的游标卡尺和试模实际尺寸的变化的评定。

3.1游标卡尺的分度值为0.02mm，量化值为（0.02/2）mm；参考JJF1059-1999，估计其为均匀分布；包含因子为，故游标卡尺分度值量化误差引起的标准不确定分项：

；

该不确定度分量可以认为是已知量，故可以认为自由度ν（L2）∞。

3.2游标卡尺测量范围在150mm～200mm时，最大允许误差±0.03mm；参考JJF1059-1999，估计其为均匀分布，包含因子为包含因子为，故游标卡尺示值误差引起的标准不确定度分项为： ；

估计 ，则其自由度ν（L3）=50。

3.3在环境温度的偏离导致的游标卡尺和试模实际尺寸的变化方面，两者材质相近，受温度偏差的影响，两者的变化方向一至，且受温度的影响，两者尺寸的变化相对于前面三个分量可以忽略，估可以不对该分量进行评定。

3.4完成了以上三个分量的评定，接下来通过以下公式计算L的标准不确定度及自由度：；

3.5接下来是合成标准不确定度的评定，首先根据前面的数学模型来计算灵敏度系数：；

合成标准不确定度uc（L）=┃c┃ui。

3.6、扩展不确定度的评定时，先确定置信概率，根据置信概率p和ν（L）在JJF1059-1999附录A中查找t分布表中tp的值，扩展不确定度Up= uc（L）×tp。

至此合成不确定度评定完成，最终报告中的表现形式为（举例）U95=0.07mm，νeff=25。

通过上述举例可以看到，测量不确定度的评定是建立在对测量过程充分了解的基础上的，我们要合理考虑参与评定的不确定度分量，做到对标准不确定度有较大贡献的分量不遗漏，贡献轻微的合理舍去，科学选取A类评定时的测量组数。这样才能使我们的测量不确定评定既有效，又不至于变成一项工作的负担。