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    對計量器具的校準結果進行評價

    一、計量校準的概念及目前存在的誤區

    按照JJF1001-2011《通用計量術語及定義》之4.10的表述,校準是在規定條件下的一組操作,其**步是確定由測量標準提供的量值與相應示值之間的關系,**步則是用此信息確定由示值獲得測量結果的關系,這里測量標準提供的量值與相應示值都具有測量不確定度。通常情況下校準可以是上述操作的**步,即將被測量的示值與標準量進行比較后,得到被測量值與標準量值的差異,一般采用示值誤差或其修正值與相應的測量不確定度作為校準結果,這與該規范9.17中對計量檢定的表述“查明和確認測量儀器符合法定要求的活動……”所定義的工作內容有著本質區別。

    檢定需要對計量器具的符合性進行判定,判定依據包含計量器具應有的多項計量性能,其法定要求通過相應計量器具的檢定規程體現;而校準則主要以確定計量器具的量值為目的,通過具有相應不確定度的不間斷的比較鏈,使計量器具的量值與測量標準直至相應的計量單位相聯系(比較),其結果不需要進行符合性判定,但需給出所得校準結果的測量不確定度。但是在實際工作中,出于對計量檢定的長期思維定式以及對計量校準認識上的不足,許多從事計量工作的技術人員或參與者,在對待計量校準這個概念時存在一些不同的想法,影響計量校準概念的普及和應用,歸納起來有以下幾個方面。


    1.將校準與調整混淆

    一些計量器具的使用者認為,儀器經過校準后就準確了,當校準人員向他(她)說明儀器示值超差后,總是認為計量校準就是要把儀器“?!睖柿瞬潘闶切?,如果儀器不準就應該“?!睖柿?,否則對所做的校準工作不予認可,在需要簽字的確認單上不簽字,造成雙方對立。實際上計量器具使用者是錯誤地理解了校準的含義,將對儀器的超差調整與校準混淆在一起,因為JJF1001-2011之4.10就有明確說明,即“校準不應與測量系統的調整(常被錯誤稱為自校準)相混淆,也不應與校準的驗證相混淆”。

    2.校準后,計量器具使用者要求對被校準的計量器具給出符合性判定

    實際上許多接受了校準服務的組織,仍沿用計量檢定的思維觀念,要求對被校準的計量器具符合性進行判定。由于校準是一種面向任務的量值溯源活動,是在具有一定測量不確定度條件下得到的校準結果,并且校準所依據的技術文件上可能沒有相關性能指標的說明,即使有也可能因為實際校準活動中所產生的測量結果不確定度已經不能支持對校準結果的符合性判定,因此,簡單地參考計量檢定方式要求計量校準也提供符合性判定,所得出的判定結論可能是無效的。

    3.當對校準結果進行符合性判定后,糾結于測量不確定度對判定可靠性的影響

    有些計量器具的校準結果處在判定條件的邊緣區域,當作出合格或者不合格的判定后,計量器具使用者又提出如果考慮到測量不確定度的影響,所作的判定是無法預知的。雖然這在計量學研究中有明確說明,這一說法也有其合理性,但怎樣才是科學、準確、合理的結果判定需要根據具體情況得出,而不能簡單下結論。

    4.給出的校準結果和測量不確定度不知如何使用

    這是目前許多計量人員存在的普遍問題,這與前述的第2項有一定的共性,即計量器具的使用人員在面對相應的校準證書時,不能理解校準證書中給出的數據信息所說明的具體含義。由于校準是不對符合性作出判定的,因此校準證書通常說明的是該計量器具在某年某月某日被校準過,至于它的計量性能是否滿足使用要求,需要使用者作出判斷,而不能簡單地理解為經過校準就可以使用了。因為有時其校準結果可能已經不滿足要求了,這與計量檢定結果是有區別的,計量檢定后所獲得的檢定證書證明該計量器具在一個規定的期限內準確度是有保證的。

    5.校準證書上必須有中國合格評定國家認可委員會(CNAS)的認可標志

    能否使用CNAS標志在我國是一個校準實驗室是否通過了ISO/IEC17025:2005標準認可的第三方證明,由CNAS組織給出,同時還是一個在亞太地區組織中得到互認的說明,其優點不言而喻。但是,由于認可標準是通用的管理性和技術性要求,某一計量器具的校準證書上可以使用CNAS認可標志是因為該計量器具的校準能力獲得了審核通過(有一定的適用要求),而通過審核的先決條件是有相應的校準依據和可提供量值溯源的標準器,而校準依據通常是國家、行業、地方的校準規范或檢定規程。當涉及該計量器具沒有校準依據時,就無法進行認可,只有編制了具有說服力的自編校準方法后才可以通過,這就會造成部分計量器具暫時無法獲得CNAS的認可,但并不代表校準實驗室不具有校準能力、不能出具校準證書。

    二、如何走出誤區,合理使用校準結果

    基于上述一些對計量校準的認識差異,有必要對這些造成差異的問題作進一步說明,以使計量校準工作能夠按照合理、正常的方式進行下去,使計量從業人員有一個統一的認識。

    1.明確校準的含義和概念

    如前所述,對校準的理解出現差異存在兩方面的問題:一是沒有正確理解校準的概念和含義,又受到一些儀器制造商對儀器示值超差調整時用到的“自校準”稱謂的影響,簡單地從字面上理解“校準”時出現錯誤;二是計量人員對校準的理解不充分,仍舊停留在計量檢定的概念里,認為校準是檢定的另一種形式,片面去強調校準的法制性,造成校準后的結果客戶只認可合格,一旦被校準儀器超差,不能正確地進行解釋。因此,目前應使所有的計量人員對校準概念有個客觀準確的理解,都應以計量技術規范中的“校準”定義為準,不要受到外界各類信息以及自身習慣性思維的引導,影響了對計量校準的正確認識,這樣才能在計量校準和使用校準結果中有正確的理解和評價。

    2.校準結果如何使用

    計量校準的目的在于量值溯源,溯源的校準結果如何使用是擺在計量器具使用者面前的一個重要工作。從簡單性的思維出發,使用者愿意得到一個這臺儀器能否使用的結論,這是計量檢定要做的符合性判定工作,它具有簡單實用的優點。但是在科技發展的今天,測量儀器的制造技術提高、更新速度加快,出現了大量集合多參數測量的儀器設備,從符合性判斷的前提考量,只有多參數儀器的每一個參數都滿足規定的計量性能要求后才能作出合格的判定結論。如果一個參數不合格,則整臺儀器的判定結論也是不合格,按照《計量法》的規定,不合格的計量器具是不能使用的,這在客觀上就會造成使用者的成本增加。因此簡單考慮計量器具的符合性判斷需求并不是*有效的技術手段(依法強制管理的計量器具除外),此時計量校準則可以有效地解決這一問題。過計量校準的計量器具,得到的校準結果中包含了相應的測量不確定度,一般情況下該不確定度基本是計量器具示值*大允許誤差的1/3~1/10,*差時也能達到1/2,這就說明如果使用者在用校準結果指導其測量工作時,其測量能力已經高于所用計量器具計量性能的3~10倍,而此時并不用考慮其符合性問題。

    3.校準結果的判斷

    在計量校準過程中仍舊會有客戶提出要對被校準的計量器具進行符合性判定,并且提出了應考慮測量結果不確定度的影響,就此出現了當測量結果在邊緣區域時對判斷產生疑問。當要求符合性判定時,在考慮測量不確定度的影響時通常有以兩種方式:

    (1)將測量不確定度的影響考慮到判定條件中,即縮小用于符合性判斷的區間,以達到消除不確定度影響的目的,但該方法實際上是加嚴了判定條件,容易增加合格計量器具的誤判概率,其具體做法可由式(1)說明。

    -MPE+U(y)≤E≤MPE-U(y) (1)式中:U(y)——具有一定包含概率的測量結果的不確定度;E——示值誤差;MPE——示值*大允許誤差。

    (2)按判定條件的1/3~1/10的比例選擇測量標準,或者說測量標準的擴展不確定度或*大允許誤差為被檢計量器具*大允許誤差的1/3~1/10,這時測量標準的不確定度對測量結果不確定度的影響就可忽略,即測量結果受測量標準的影響可不再考慮,其具體原因可通過測量標準的不確定度和被校準計量器具的不確定度的相互關系說明。

    通常,測量結果的測量不確定度Ut至少包含測量標準的不確定度Us和被校準計量器具的不確定度Ux兩項,即


    對測量結果的影響<0.06;當Us/Ux=1/10時,


    1.005Ux, Us對測量結果的影響<0.005。

    同時JJF1094-2002《測量儀器特性評定》之5.3.1.4明確規定:示值誤差的測量不確定度U95與被評定測量儀器的*大允許誤差的優良值MPEV之比小于或等于1/3時,進行符合性判定時,則不考慮示值誤差的測量不確定度的影響,當這種評定是用于型式評價和仲裁鑒定時,必要時U95與MPEV之比也可取小于或等于1/5。對于U95的確定,也可以用包含因子k=2的擴展不確定度U代替。由此看來,當測量結果的不確定度小于或等于被校準計量器具的1/3時,進行符合性判定的過程中不需要再考慮測量不確定度的影響,即使測量結果處于邊緣區域,造成誤判的概率也不會超過6%(1/3時)或0.5%(1/10時),此時不要再糾結于測量不確定度的影響。

    4.校準證書的確認和使用

    經校準的儀器都會有一份對應的校準證書,與檢定證書不同,校準證書上缺少了對符合性的判定,多出來校準結果的測量不確定度(主要是示值誤差的),所以拿到校準證書應核對具體內容和數據,確認校準證書對應的計量器具是否能夠滿足使用要求。

    (1)對證書上的校準數據逐個進行辨識,特別是要對誤差量與儀器說明書中提供的計量特性要求進行對照,看是否滿足要求,如果不滿足要求則需要確認實際的計量特性是否滿足使用要求。比較簡單的方法就是看看該誤差量是否還能達到被測對象允許誤差的1/3,如果達不到就需要考慮對測量結果進行修正使用或者對計量器具進行維修,當然維修后還需要重新進行校準。

    (2)如果在平時的測量工作中需要使用校準證書中測量結果的修正值,則應對證書中給出的測量不確定度進行確認,一方面測量不確定度是否**,是否涵蓋了相應的測量點,如果不能涵蓋,則使用修正值要謹慎;另一方面其評定結果是否能夠滿足使用要求,即測量不確定度能否達到被測對象允許誤差的1/3,是后續能否有效使用測量結果修正值的前提,如果達不到則在結果判定上就相對復雜。

    (3)確認計量器具校準前提出的特殊要**否在校準證書中體現,這是計量校準有別于計量檢定的一個主要特點。由于校準是一種簡單實用的量值溯源方法,其具體校準內容應該與計量器具的實際使用要求一致或近似,這樣所提供的校準結果才可以為使用者進行實際測量工作提供便利,即校準結果應覆蓋實際測量工作中的測量參數和量值范圍。因此,使用者可以將計量器具的實際使用要求轉化成計量校準需要解決的具體任務,以特殊要求的形式提出并經雙方確認(不排除特殊要求中的部分或全部內容與正常校準一致),這些特殊要求可以是計量器具的相應測量參數、量程、測量點等具體內容,如果這些要求在計量校準時能夠得到滿足,則會給實際測量工作帶來便利。

    (4)對于現場校準的計量器具,校準條件的控制應盡可能與實際使用條件保持基本一致,這是面向任務校準的要求。正常情況下計量器具的校準規范中會有對校準條件(環境條件)的具體規定,校準工作應在滿足這一條件下進行,此時的測量不確定度可以按照預期的要求給出,但是很多計量器具(特別是工作用計量器具)的使用條件與要求的校準條件存在差異,造成校準條件下獲得的校準結果在實際使用條件下使用時,需要使用者對這一條件差異帶來的量值變化進行評估或修正,如溫度誤差的評估或修正等。這


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