計量標(biāo)準(zhǔn)的重復(fù)性.doc - 一、

1、JF1033附錄C內(nèi)容一、 計量標(biāo)準(zhǔn)的重復(fù)性計量標(biāo)準(zhǔn)的重復(fù)性是汁量標(biāo)準(zhǔn)的主要計量特性之一。規(guī)范將計量標(biāo)準(zhǔn)的重復(fù)性定義為在相同測量條件下，重復(fù)測量同一個被測齡，計量標(biāo)準(zhǔn)提供相近永值的能力，通常用測量結(jié)果的分散性來定量地表示 在計量標(biāo)準(zhǔn)考核中用單次測量結(jié)果yi的實驗標(biāo)準(zhǔn)差s(yi)來表示。由于規(guī)定要在相同條件下進行測量，因此重復(fù)性測量必須在盡可能短的時間內(nèi)完成。在進行重復(fù)性測量時首先應(yīng)該選擇合適的測量對象。由于測量對象本身的不穩(wěn)定性，并且還可能受環(huán)境條件的影響，因此，被測對象也會時測量結(jié)果的分散性產(chǎn)生影響，特別是當(dāng)被測對象是非實物量具的測量儀器時，影響會更大。由此可見，實際測量得到的分散性通常比計

2、量標(biāo)準(zhǔn)本身所引入的分散性稍大。規(guī)范規(guī)定，在計量標(biāo)準(zhǔn)考核中，“計量標(biāo)準(zhǔn)的重復(fù)性”包含被測對象對重復(fù)性的影響。這樣規(guī)定的好處在于所得到的計量標(biāo)準(zhǔn)的重復(fù)性直接就是測量結(jié)果的一個不確定度來源。同時，為了使評定得到的不確定度可以用在大多數(shù)的同類測量中，重復(fù)性試驗所采用的測量對象應(yīng)是常規(guī)的測量對象，而不是采用穩(wěn)定性最好的測量對象。規(guī)范規(guī)定，新建計量標(biāo)準(zhǔn)在中請計量標(biāo)準(zhǔn)考核前應(yīng)當(dāng)進行重復(fù)性試驗，并提供測得的重復(fù)性數(shù)據(jù)。已建計量 準(zhǔn)應(yīng)至少每年進行一次重復(fù)性認(rèn)驗并判斷其是否符合要求。重復(fù)性所引入的不確定度只是測量結(jié)果的不確定度中的一個分量。因此，從原則上說，對重復(fù)性本身并無要求只要最終得到的測量結(jié)果的擴展不確定度

3、滿足要求即可。但由于當(dāng)初在新建計量標(biāo)準(zhǔn)時已經(jīng)對計量標(biāo)準(zhǔn)的重復(fù)性進行了考核，并且已經(jīng)證明最終得到的測量結(jié)果的不確定度滿足要求，因此，可以將新建計量標(biāo)準(zhǔn)時測得的重復(fù)性數(shù)據(jù)作為初步判斷的依據(jù)。在重復(fù)性試驗中需要考慮的問題還有重復(fù)測量次數(shù)的選擇，合并樣本標(biāo)準(zhǔn)差的采用，被測對象的分辨力對重復(fù)性測量的影響， 以及測得的重復(fù)性是否滿足要求的最終判定等，這些問題將在后續(xù)的文章中作專門的介紹。對于已經(jīng)有效建立了測量過程統(tǒng)計控制的計量標(biāo)準(zhǔn)，由于該方法已經(jīng)定期地提供了大量的重復(fù)性測量的數(shù)據(jù)，因此，可以不必再單獨進行重復(fù)性試驗。二、計量標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性計量標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性是計量標(biāo)準(zhǔn)的另一個主要汁量特性。計量標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性是指計

4、量標(biāo)準(zhǔn)保持其計量特性隨時問恒定的能力。在計量標(biāo)準(zhǔn)考核中，計量標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性以經(jīng)過規(guī)定的時間后計量標(biāo)準(zhǔn)提供的量值所發(fā)生的變化來表示，因此，計量標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性與所考慮的時間段的長短有關(guān)。計量標(biāo)準(zhǔn)通常由計量標(biāo)準(zhǔn)器和配套設(shè)備組成，因此，一般說來，計量標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性應(yīng)包括計量標(biāo)準(zhǔn)器的穩(wěn)定性和配套設(shè)備的穩(wěn)定性。同時，在穩(wěn)定性的測量過程中還不可避免地會引入被測對象對穩(wěn)定性測量的影響為使這一影響盡可能地小，必須選擇穩(wěn)定的測量對象作為穩(wěn)定性測量的核查標(biāo)準(zhǔn)。因此，穩(wěn)定性測量的前提是必須存在可以作為核查標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定的被測對象。當(dāng)計量標(biāo)準(zhǔn)不存在量值穩(wěn)定的核查標(biāo)準(zhǔn)時，是不可能也不要求進行穩(wěn)定性考核的。由于不同計量標(biāo)準(zhǔn)的具體情況

5、可能差別很大，因此，規(guī)范中關(guān)于計量標(biāo)準(zhǔn)考核中對核查標(biāo)準(zhǔn)的選擇，按幾種不同的情況分別處理。其原則是如果存在性能穩(wěn)定的核查標(biāo)管理篇I管理知識準(zhǔn)則必須定期進行穩(wěn)定性考核。如果對于被考核計量標(biāo)準(zhǔn)來說，不存在性能穩(wěn)定的核查標(biāo)準(zhǔn)，則可以不進行穩(wěn)定性考核。規(guī)范規(guī)定，對于新建計量標(biāo)準(zhǔn)，每隔一段時間(大于1個月)，用該計量標(biāo)準(zhǔn)對核查標(biāo)準(zhǔn)進行一組n次的重復(fù)測量，取其算術(shù)平均值作為該組的測量結(jié)果。共觀測m組(m4)。取m個測量結(jié)果中的最大值和最小值之差，作為新建計量標(biāo)準(zhǔn)在該時間段內(nèi)的穩(wěn)定性。對于已建計量標(biāo)準(zhǔn)，每年用被考核的計量標(biāo)準(zhǔn)對核杏標(biāo)準(zhǔn)進行一組n次的重復(fù)測量，取其算術(shù)平均值作為測量結(jié)果。以相鄰兩年的測量結(jié)果之差

6、作為該時間段內(nèi)計量標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性。若計量標(biāo)準(zhǔn)在使用中采用標(biāo)稱值或示值(即不加修正值使用或稱為按“級”使用)，則測得的穩(wěn)定性應(yīng)小于計量標(biāo)準(zhǔn)器的最大允許誤差的絕對值。若計量標(biāo)準(zhǔn)在使用中采用實際值(即加修正值使用，或稱為按“等”使用)，則測得的穩(wěn)定性府小于該修正值的擴展不確定度(U，k=2或U95 )。在穩(wěn)定性考核中需要考慮的問題還有穩(wěn)定性的測量不確定度及其判定等問題，這些也將在后續(xù)的文章中作專門的介紹。對于已經(jīng)有效建立了測量過程統(tǒng)計控制的計量標(biāo)準(zhǔn)，由于該方法已經(jīng)定期地提供大量的穩(wěn)定性測量的數(shù)據(jù)，因此，可以不必再單獨進行穩(wěn)定性考核。三、測量過程的統(tǒng)計控制一控制圖利用控制圖的方法對測量過程進行統(tǒng)計控制是

7、規(guī)范新增加的內(nèi)容。規(guī)范規(guī)定，對于準(zhǔn)確度較高且重要的計量標(biāo)準(zhǔn)，如有可能，建議盡量采用控制圖對測量過程進行連續(xù)和長期的統(tǒng)計控制。因此，這不是一項強制性的要求，而是一個在可能的情況下鼓勵建標(biāo)單位采用的項目。測量過程會受到各種因素的影響，它們可能源于測量過程固有的隨機波動，也可能源于異常原因所引起的波動或變化。測量過程中固有的隨機波動是始終存在的，是不可能消除的屬于正常現(xiàn)象。而來源于異常原因所引起的波動或變化則屬于非正常脫象，是必須避免的。常規(guī)控制圖(又稱“休哈特控制圖”)就是通過由測量結(jié)果得到的圖形記錄，來判斷測量過程是否處于正常狀態(tài)的一種統(tǒng)計工具。它能判斷并提供測量過程中是否存在異常因素的信息，以

8、便于查明產(chǎn)生異常的原因，并采取措施將其消除，使測量過程重新處于統(tǒng)計控制狀態(tài)。采用控制圖方法對測量過程進行統(tǒng)計控制的前提是必須存存可以作為測量對象的量值穩(wěn)定的核查標(biāo)準(zhǔn)。在常規(guī)控制圖中，通常選取作為控制對象的統(tǒng)計控制量有平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差s和極差R等。由于平均值對測量過程中的系統(tǒng)效應(yīng)比較敏感，因此，平均值控制圖主要用于判斷測量過程中是否受到不受控的系統(tǒng)效應(yīng)的影響。而標(biāo)準(zhǔn)偏差和極差對測量過程中的隨機效應(yīng)比較敏感，因此，標(biāo)準(zhǔn)偏差控制圖和極差控制圖主要用于判斷測量過程是否受到不受控的隨機效應(yīng)的影響。故控制圖必須成對地使用，分別用來控制測量過程中的系統(tǒng)效應(yīng)和隨機效應(yīng)。在計量標(biāo)準(zhǔn)考核中推薦采用平均值一標(biāo)準(zhǔn)偏差

9、控制圖也可以采用平均值一極差控制圖。控制圖的設(shè)計原理是假定被測量滿足正態(tài)分布。這一要求是比較容易滿足的，因為根據(jù)中心極限定理，即使測量結(jié)果不服從正態(tài)分布，只要取若干次測量結(jié)果的平均值，該平均值仍接近于正態(tài)分布。對于正態(tài)分布而言，測量結(jié)果位于分布中心附近±3 區(qū)問內(nèi)的概率高達(dá)9973，因此就將該區(qū)域作為需要控制的區(qū)域。當(dāng)測量結(jié)果出現(xiàn)在區(qū)域之外時， 就可以立即判定測量過程出現(xiàn)了異常。在±2域之外并在±3之內(nèi)的區(qū)域稱為警戒區(qū)，當(dāng)測量結(jié)果位于警戒區(qū)內(nèi)時，應(yīng)密切關(guān)注控制圖的后續(xù)變化，以確定是否有異常情況出現(xiàn)。建立控制圖異常判斷準(zhǔn)則的理論基礎(chǔ)為小概率事件原理，它可以敘述為：若

10、事件A發(fā)生的概率很小，例如1或更小，但僅經(jīng)過一次(或少數(shù)幾次)試驗。事件A居然發(fā)生了，這就有理由認(rèn)為事件A的發(fā)生屬于異常事件。在統(tǒng)計技術(shù)應(yīng)用中。首先應(yīng)設(shè)置允許判斷錯誤的概率a,也稱為風(fēng)險度或顯著水平。與風(fēng)險度相對應(yīng)的是置信度(1-a )。風(fēng)險度a數(shù)值大小的選擇取決于被判斷事物的重要程度?，F(xiàn)行ISO標(biāo)準(zhǔn)(IS08258：1991)和國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T40912001)規(guī)定，在各種控制圖異常的判定中均采用顯著水平 a=0.0027。為方便起見將常規(guī)控制圖的控制范圍均分為6個區(qū)，自上而下分別標(biāo)記為A、B、C、C、B和A。如圖1所示。每個區(qū)的寬度均相當(dāng)于所采用統(tǒng)計控制量的標(biāo)準(zhǔn)偏差。控制圖異常的主要表現(xiàn)

11、形式可以分為測量點超出控制界限和測量點的分布不隨機兩類。8種常見的控制圖異常的判據(jù)如下：(1)測量點出現(xiàn)在A區(qū)之外。(2)連續(xù)9個測量點出現(xiàn)在中心線的同一側(cè)。(3)連續(xù)6個測量點出現(xiàn)單調(diào)遞增或遞減的趨勢。(4)連續(xù)14個測量點出現(xiàn)上下交替排列。(5)連續(xù)3個測量點中有2點出現(xiàn)在中心線同一側(cè)的A區(qū)中。(6)連續(xù)5個測量點中有4點出現(xiàn)在中心線同一側(cè)的B區(qū)或A區(qū)中(7)連續(xù)l5個測量點出現(xiàn)在中心線兩側(cè)的C區(qū)中。(8)連續(xù)8個測量點出現(xiàn)在中心線兩側(cè)并且全部不在C區(qū)內(nèi)。必須指出， 上述8種控制圖異常的判據(jù)都是根據(jù)概率計算而得到的。但在實際的異常判斷中，不要拘泥于概率計算，還應(yīng)該結(jié)合經(jīng)驗進行判斷。四、計量

12、標(biāo)準(zhǔn)考核中與不確定度評定有關(guān)的問題1測量不確定度的評定方法和步驟測量不確定度的評定方法應(yīng)依據(jù)JJF10591999測量不確定度評定與表示的規(guī)定。使用的計量術(shù)語應(yīng)執(zhí)行JJF10011998(通用計量術(shù)語及定義等技術(shù)規(guī)范的規(guī)定。如果相關(guān)國際組織已經(jīng)制定了該計量標(biāo)準(zhǔn)所涉及領(lǐng)域的測量不確定度評定指南，則測量不確定度評定也可以依據(jù)這些指南進行(在這些指南的適用范圍內(nèi))。測量不確定度的評定步驟可以簡要敘述如下：(1)明確被測量，必要時給出被測量的定義及測量過程的簡單描述。(2)列出所有影響測量不確定度的影響量(即輸人量Xi )，并給出用以評定測量不確定度的數(shù)學(xué)模型，在數(shù)學(xué)模型中應(yīng)包含所有應(yīng)該考慮影響量。(

13、3)評定各輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Xi )，并通過靈敏系數(shù)ci 進而給出與各輸入量對應(yīng)的不確定度分量Ui(y)=|ci|u(Xi)。(4)計算合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度 )，計算時應(yīng)考慮各輸入量之間是否存在值得考慮的相關(guān)性，對于非線性數(shù)學(xué)模型則應(yīng)考慮是否存在值得考慮的高階項。(5)列出不確定度分量的匯總表，表中應(yīng)給出每一個不確定度分量的詳細(xì)信息。(6)對被測量的分布進行估計，如能估計出被測量接近于某種分布，則根據(jù)該分布和所要求的置信概率P確定包含因子kp。(7)在無法確定被測量Y的分布時，或雖可以判定被測量接近于正態(tài)分布，但可以確認(rèn)其有效自由度不小于l5時，或?qū)υ摐y量領(lǐng)域有統(tǒng)一規(guī)定時，也可以直接取包含因

14、子k=2。(8)由合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc(y)和包含因子k或kp的乘積，分別得到擴展不確定度U或Up。(9)給出測量不確定度的最后陳述，其中應(yīng)給出關(guān)于擴展不確定度的足夠信息。利用這些信息，至少應(yīng)該使用戶能從所給的擴展不確定度重新導(dǎo)出檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度。2檢定和校準(zhǔn)結(jié)果的測量不確定度的評定在計量標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)報告的“檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的測量不確定度評定”一欄中應(yīng)填寫在計量檢定規(guī)程或技術(shù)規(guī)范規(guī)定的條件下，用該計量標(biāo)準(zhǔn)對常規(guī)的被檢定或被校準(zhǔn)對象進行檢定或校準(zhǔn)時，所得結(jié)果的測量不確定度評定詳細(xì)過程,并給出各不確定度分量的匯總表評定內(nèi)容應(yīng)該包括：(1)對于可以測量多種參數(shù)的計量標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)分別給出每種參數(shù)

15、的不確定度評定詳細(xì)過程。(2)由于被檢定或被校準(zhǔn)的測量儀器通常具有一定的測量范圍，因此檢定和校準(zhǔn)工作往往需要在若干個測量點進行原則七對于每一個測量點都應(yīng)給出評定得到的測量結(jié)果的不確定度。(3)如果檢定或校準(zhǔn)的測量范圍很寬，并且對于不同的測量點所得結(jié)果的不確定度不同時，檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的確定度可用下列兩種方式之一來表示： 在整個測量范圍內(nèi)，分段給出其測量不確定度(以每一分段中的最大測量不確定度表示)。 對于校準(zhǔn)來說，如果用戶只在某幾個校準(zhǔn)點或在某段測量范圍使用，也可以只給出這幾個校準(zhǔn)點或該段測量范圍的測量不確定度。(4)無論用上述何種方式來表示，均應(yīng)具體給出典型值的測量不確定度評定過程。如果對于不

16、同的測量點，其不確定度來源和數(shù)學(xué)模型相差甚大，則應(yīng)分別給出它們的不確定度評定過程。(5)視包含因子k取值方式的不同，在各種技術(shù)文件(包括測量不確定度評定的詳組報告，技術(shù)報告，以及檢定或校準(zhǔn)證書等)中，最后給出的測量不確定度應(yīng)采用下述兩種方式之一表示： 擴展不確定度U當(dāng)包含因子的數(shù)值不是由規(guī)定的置信概率P并根據(jù)被測量的分布計算得到，而是直接取定時。擴展不確定度應(yīng)當(dāng)用 表示。在此情況下一般取k=2。在給出擴展不確定度 的同時，應(yīng)同時給出所取包含因子的數(shù)值。在能估計被測量接近于正態(tài)分布。并且能確保有效自由度不小于15時。還可以進一步說明：“估計被測量接近于正態(tài)分布，其對應(yīng)的置信概率約為95”。擴展不

17、確定度Up當(dāng)包含因子的數(shù)值是由規(guī)定的置信概率P并根據(jù)被測量的分布計算得到時，擴展不確定度應(yīng)該用表示。具體地說，當(dāng)規(guī)定的置信概率P分別為95和99時，擴展不確定度分別用U95和U99表示。置信概率P通常取95，當(dāng)采用其他數(shù)值時應(yīng)注明其來源。在給出擴展不確定度 (或U99)的同時，應(yīng)注明所取包含因子(或k 99)的數(shù)值，以及被測量的分布類型。若被測量接近于正態(tài)分布，還應(yīng)給出其有效自由度 。五、檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的驗證檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的驗證是指對給出的檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的可信程度進行實驗驗證。由于驗證的結(jié)論與測量不確定度有關(guān)，因此，驗證的結(jié)論在某種程度上同時也說明了所給出檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度是否合理。驗證

18、方法有兩種：傳遞比較法和比對法。傳遞比較法是指用被考核的計量標(biāo)準(zhǔn)測量一穩(wěn)定的被測對象，然后將該被測對象用另一更高級的計量標(biāo)準(zhǔn)進行測量。若用被考核計量標(biāo)準(zhǔn)和高一級計量標(biāo)準(zhǔn)進行測量時的擴展不確定度(U95或k=2時的U，下同)分別為Ulab 和Uref，它們的測量結(jié)果分別為Ylab和Yref，在兩者的包含因子近似相等的前提下應(yīng)滿足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(biāo)準(zhǔn)具有相同準(zhǔn)確度等級此時采用各實驗室所得到的測量結(jié)果的平均值作為被測量的最佳估計值。若被考核實驗室的測量結(jié)果為Ylab，其測量不確定度為 Ulab，在被考核實驗室測量結(jié)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(yīng)滿足兩種方法相比較，傳遞比較法是具有溯源性的，而比對法則并不具有溯源性，因此，檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的驗證原則上應(yīng)采用傳遞比較法。只有在不可能采用傳遞比較法的情況下，才允許采用比對法進行檢定或校準(zhǔn)結(jié)果的驗證，并且參加比對的實驗室應(yīng)盡可能多。六、計量標(biāo)準(zhǔn)的量值