校準(zhǔn)有四種誤差范圍，U95何為？

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                         校準(zhǔn)有四種誤差范圍，U₉₅何為？
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                                                                                       史錦順
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       在校準(zhǔn)中，有兩項(xiàng)不同的計(jì)量誤差：判別合格性的計(jì)量誤差范圍與測(cè)定系統(tǒng)誤差時(shí)的誤差范圍。關(guān)于被校儀器的誤差，也有兩種：不修正的儀器誤差范圍和修正后的儀器誤差范圍。
       換成不確定度體系的語言，該有：判別合格性的計(jì)量不確定度與測(cè)定系統(tǒng)誤差時(shí)的測(cè)量不確定度。關(guān)于儀器的不確定度，也有兩種：不修正的儀器不確定度和修正后的儀器不確定度。
       當(dāng)前，不確定度體系的U₉₅，在校準(zhǔn)中只有一個(gè)，沒法用。用則必錯(cuò)。
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1 計(jì)量的誤差
       第一種計(jì)量誤差，是判別被校儀器合格性的誤差，這里記為R_計(jì)。
       計(jì)量的誤差公式推導(dǎo)如下。
       必須認(rèn)清：求什么，用什么，靠什么，得什么。要明確：分析計(jì)量的誤差，是分析計(jì)量活動(dòng)的影響，自變量必須是計(jì)量的因素，而測(cè)得值函數(shù)在計(jì)量中是常量。
       測(cè)量是用測(cè)量儀器測(cè)量被測(cè)量，以求得被測(cè)量的值；而校準(zhǔn)是用被校儀器來測(cè)量已知量值的標(biāo)準(zhǔn)，以求得測(cè)量儀器的誤差，看是否合格。校準(zhǔn)是測(cè)量的逆操作。測(cè)量儀器的誤差，是校準(zhǔn)的認(rèn)識(shí)對(duì)象。校準(zhǔn)的第一個(gè)目的是求得儀器的誤差，而得到的是儀器示值與標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)稱值之差；對(duì)計(jì)量本身的誤差分析，就是求這二者的差別。
       設(shè)測(cè)得值為M，計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)稱值為B，標(biāo)準(zhǔn)的真值為Z；儀器的誤差元（以真值為參考）為r_儀，校準(zhǔn)得到的儀器測(cè)得值與標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)稱值之差值為r_示，標(biāo)準(zhǔn)的誤差元為r_標(biāo)。
       1）要得到的測(cè)量儀器的誤差元為：
               r_儀 = M – Z                                                                          （1）
       2）檢定得到儀器的視在誤差元為：
               r_視 = M – B                                                                          （2）
       3）標(biāo)準(zhǔn)的誤差元為
               r_標(biāo) = B–Z            
       4）（2）與（1）之差是計(jì)量誤差元：
               r_計(jì) = r_視 – r_儀 =（M-B）-（M-Z）
                     =（Z–B）
                     = r_標(biāo)                                                                              （3）
    誤差范圍是誤差元的絕對(duì)值的最大可能值。由（3）式，誤差范圍關(guān)系為：
               |r_計(jì)|_max = |r_標(biāo)|_max
即有
               R_計(jì) = R_標(biāo)                                                                            （4）
    （4）式是計(jì)量誤差的基本關(guān)系式，計(jì)量誤差由標(biāo)準(zhǔn)的誤差決定。計(jì)量誤差與被校儀器的誤差因素?zé)o關(guān)。
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2 合格性判別
       被校儀器的誤差范圍指標(biāo)，記為MPEV。儀器的實(shí)際誤差范圍是R，若
                R ≤ MPEV                                                                            （5）
則被檢測(cè)量儀器合格。
       R是被檢儀器的真誤差范圍，參考值是被測(cè)量的真值。而實(shí)測(cè)的儀器的誤差范圍，是以標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)稱值為參考值的。計(jì)量中實(shí)測(cè)得到的是被檢儀器的誤差的測(cè)得值是r，規(guī)范《JJF1094》中記為|Δ|，準(zhǔn)確地說應(yīng)為|Δ|_max，誤差量的測(cè)量結(jié)果是：
                 r = |Δ|_max±R_計(jì)
                   = |Δ|_max±R_標(biāo)                                                                   （6）
       判別合格性，必須用誤差的測(cè)量結(jié)果與儀器指標(biāo)比。
       （A）由于計(jì)量誤差的存在，r的最大可能值是|Δ|_max+R_標(biāo)。若此值合格，因儀器誤差絕對(duì)值的其他可能值都比此值小，則所有誤差可能值都合格。因此，合格條件為：
                 |Δ|_max+R_標(biāo) ≤ MPEV
即
                 |Δ|_max ≤ MPEV - R_標(biāo)                                                            （7）
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       （B）由于計(jì)量誤差的存在，r的最小可能值是|Δ|_max-R_標(biāo)。若此值因過大而不合格，因儀器誤差絕對(duì)值的其他可能值都比此值大，則所有誤差可能值都不合格。因此，不合格條件為：
                 |Δ|_max―R_標(biāo) ≥ MPEV  
即
                 |Δ|_max ≥ MPEV  + R_標(biāo)                                                         （8）
       注：檢定中的合格性判別，同于校準(zhǔn)中的合格性判別。
       計(jì)量（包括檢定與校準(zhǔn)）中的計(jì)量誤差是計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的誤差范圍R_標(biāo)，合格性判別中的待定區(qū)的半寬是R_標(biāo)。計(jì)量誤差與被校（被檢）對(duì)象的性能無關(guān)。
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3 測(cè)定系統(tǒng)誤差的誤差
       計(jì)量中的第二種計(jì)量誤差，是測(cè)定系統(tǒng)誤差時(shí)的誤差。
       測(cè)定系統(tǒng)誤差，是校準(zhǔn)的必然操作。其實(shí)，對(duì)精密儀器的檢定也要測(cè)定系統(tǒng)誤差，以便精確地測(cè)定儀器的實(shí)際誤差范圍。有時(shí)修正，它也是給出的修正值的誤差范圍。
       系統(tǒng)誤差元的定義值是：示值期望值與被測(cè)量真值之差
                 β = EM - Z                                                                          （9）
       系統(tǒng)誤差的測(cè)得值為
                 β_測(cè)= M_平- B + 分辨力誤差
                      = M_平- EM +EM +Z - Z - B + 分辨力誤差
                      = (EM – Z) + (M_平- EM) +(Z – B) + 分辨力誤差               （10）
       系統(tǒng)誤差的測(cè)定誤差元            
                 r_β = β_測(cè) – β = 3σ_平 ± R_標(biāo) +分辨力誤差范圍
       測(cè)定系統(tǒng)誤差時(shí)的誤差范圍（僅R_標(biāo)一項(xiàng)系統(tǒng)誤差取“方和根”）
                 R_β =√[ (3σ_平)² + R_標(biāo)² +分辨力誤差²]                               （11）
       系統(tǒng)誤差的測(cè)量結(jié)果是
                 β = β_測(cè)±R_β                                                                      （12）
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       換成不確定度的語言，確定系統(tǒng)誤差的不確定度為
                 U_β =√[ (3σ_平)²  + R_標(biāo)² +分辨力誤差²] = Rβ                      （13）
       現(xiàn)行不確定度論的校準(zhǔn)不確定度U₉₅，其包含的內(nèi)容與R_β包含的內(nèi)容相同，就是R_β，這里記為U_β，是確定系統(tǒng)誤差時(shí)的誤差范圍。
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4 儀器的不修正的誤差范圍與修正后的誤差范圍
       系統(tǒng)誤差，包括恒值部分與慢變化部分，可分解為恒值系統(tǒng)誤差與長期穩(wěn)定度。有計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，可測(cè)量當(dāng)時(shí)的系統(tǒng)誤差總量。方便的表達(dá)方式是測(cè)定時(shí)的系統(tǒng)誤差（視在系統(tǒng)誤差）看成是系統(tǒng)誤差的恒值部分；而此時(shí)刻到下一次校準(zhǔn)時(shí)刻（半年或一年）系統(tǒng)誤差的變化，視為長期穩(wěn)定度。
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       不修正，測(cè)量儀器的誤差范圍是系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、長穩(wěn)、分辨力誤差的合成結(jié)果。
                 M = Z + β_恒 +β_長穩(wěn) ± 3σ + 分辨力誤差  
       不修正的儀器誤差范圍（兩項(xiàng)較大系統(tǒng)誤差取絕對(duì)和）是
                 RM  = √[(|β_恒|+|β_長穩(wěn)|)² + (3σ)² +分辨力誤差²]                 （14）
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       修正值
                 C = - β_恒視
                    = - β_恒± R_β
       由于測(cè)量點(diǎn)與校準(zhǔn)點(diǎn)不同，修正值的誤差要加一項(xiàng)：代換誤差。

       修正后的測(cè)得值（β_替代是測(cè)量點(diǎn)與校準(zhǔn)點(diǎn)不同的代換誤差）是
                 M_修= M + C
                      = (Z + β_恒 + β_長穩(wěn) + β_替代± 3σ + 分辨力誤差)+ C
                      = (Z + β_恒 + β_長穩(wěn)± 3σ ± 分辨力誤差)– β_恒± R_β + β_替代
                      = Z + β長穩(wěn) + β替代 ± Rβ ± 3σ  + 分辨力誤差               （15）
       修正值M_修的誤差元為
                 r_修= M_修 - Z
                     = β_長穩(wěn) + β_替代± R_β ±3σ  + 分辨力誤差                         （16）
       大系統(tǒng)誤差β_長穩(wěn)、β_替代、R_β應(yīng)絕對(duì)合成，其他是隨機(jī)誤差，合成取“方和根”。
       修正值的誤差范圍是
                 R_修 =√[ (|β_長穩(wěn)|+|R_β|+|β_替代|) ² ±(3σ)² ±分辨力誤差² ]     （17）
       修正后的測(cè)量結(jié)果：
                 Z = M_修 ± R_修                                                                    （18）
       注意：修正后的測(cè)得值變了，誤差范圍也變了。整個(gè)測(cè)量結(jié)果變了！
       對(duì)單值量具，如量塊、砝碼，β_替代、(3σ)、分辨力誤差三項(xiàng)不存在，β_長穩(wěn)可略、僅有R_β一項(xiàng)，修正是可以的；但對(duì)測(cè)量儀器，（17）式的五項(xiàng)誤差都存在。這就是99%以上的測(cè)量儀器不修正的基本原因。馬鳳鳴、史錦順等主張測(cè)量儀器（不含單值量具）不搞修正，技術(shù)上的原因就在于此。                                                                 
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【對(duì)不確定度體系的質(zhì)疑】      
       當(dāng)前，校準(zhǔn)與檢定的不同點(diǎn)是校準(zhǔn)不判別合格性而必須給出“校準(zhǔn)不確定度”。“校準(zhǔn)不確定度”是什么，該怎樣應(yīng)用，這是計(jì)量界急需弄明白的問題。

       1）“校準(zhǔn)不確定度”不是計(jì)量誤差范圍
       計(jì)量的核心任務(wù)是判別被計(jì)量儀器的合格性。校準(zhǔn)是計(jì)量的一種形式。作為主管合格性的中國合格評(píng)定國家認(rèn)可委員會(huì),卻規(guī)定校準(zhǔn)通常不判別合格性。而當(dāng)用戶要求判別合格性時(shí)，要用到“待定區(qū)”。《cnas-GL27》 聲明檢測(cè)或校準(zhǔn)結(jié)果及與規(guī)范符合性的指南》的五個(gè)區(qū)劃分，其中待定區(qū)的半寬用U₉₅，是錯(cuò)誤的。計(jì)量誤差等于計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的誤差范圍，而不應(yīng)是校準(zhǔn)不確定度U₉₅。U₉₅比計(jì)量誤差多出被檢儀器重復(fù)性、分辨力、環(huán)境影響量各項(xiàng)。這樣就多計(jì)了、重計(jì)了。

       2）“校準(zhǔn)不確定度”不是儀器的不確定度
       不進(jìn)行修正，被計(jì)量儀器誤差范圍是系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差、分辨力誤差的合成結(jié)果，而U95中缺系統(tǒng)誤差項(xiàng)。

       3）“校準(zhǔn)不確定度”不是修正后的儀器的不確定度
       當(dāng)前，通常把“校準(zhǔn)不確定度”，當(dāng)成修正后的“儀器不確定度”。缺長期穩(wěn)定度項(xiàng)（包括漂移與環(huán)境影響等變化項(xiàng)）；缺隨機(jī)誤差項(xiàng)3σ；對(duì)非單值的測(cè)量儀器，缺“替代誤差”項(xiàng)。

       4）“校準(zhǔn)不確定度”是測(cè)定被檢儀器的“校準(zhǔn)時(shí)的系統(tǒng)誤差”的誤差范圍。

       5）“修正”的弊端
       在不確定度體系中，校準(zhǔn)通常不判別合格性，而按“校準(zhǔn)的示值誤差”進(jìn)行修正，卻成了必然的操作。單值量具，特別是通常很穩(wěn)定的量塊、砝碼，修正是可以的，但對(duì)絕大多數(shù)測(cè)量儀器來說，普遍地修正，是不妥當(dāng)?shù)摹＠碛扇缦拢?br />        a）校準(zhǔn)時(shí)的“校準(zhǔn)不確定度”僅僅是測(cè)定“校準(zhǔn)當(dāng)時(shí)的系統(tǒng)誤差”的誤差范圍。等于修正系統(tǒng)誤差恒值部分的修正值的誤差范圍。被校儀器的此后應(yīng)用，系統(tǒng)誤差之恒值誤差部分修正了，但還有長期穩(wěn)定度，包括兩次校準(zhǔn)間（半年或一年）的漂移與溫度等環(huán)境因素的影響量。不計(jì)長期穩(wěn)定度項(xiàng)，是不行的，這是對(duì)儀器性能的虛夸。
       b) 校準(zhǔn)只能在少數(shù)校準(zhǔn)點(diǎn)上進(jìn)行，對(duì)大多數(shù)的測(cè)量點(diǎn)，都有“替代誤差”。“替代誤差”通常不能忽略。
       c）計(jì)量的資格是按計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)性能指標(biāo)與測(cè)量儀器的性能指標(biāo)之比值來確定的。修正把被檢儀器性能提高數(shù)倍，如果確認(rèn)修正后的性能，那就將否定所用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的資格條件。資格不夠的校準(zhǔn)，沒效。
       計(jì)量的權(quán)威建立在標(biāo)準(zhǔn)的“夠格條件”上。修正后的儀器的指標(biāo)高了，但標(biāo)準(zhǔn)卻不夠格了。
       d）“合格性”管理是計(jì)量管理、儀器管理的基本內(nèi)容。而儀器的性能規(guī)格，是“合格性”的基礎(chǔ)。沒有“規(guī)格”，就無所謂“合格”。
       e）否定“規(guī)格”，否定“合格性判別”，盲目推行“修正”，錯(cuò)誤地給出并錯(cuò)誤地應(yīng)用自己不清楚是什么的“校準(zhǔn)不確定度”，誤導(dǎo)實(shí)際工作，造成對(duì)測(cè)量計(jì)量原理與秩序的干擾與破壞。
       測(cè)量儀器的性能規(guī)格，就是測(cè)量儀器的誤差范圍，是測(cè)量儀器的測(cè)得值函數(shù)的簡(jiǎn)化表達(dá)。“規(guī)格”貫通于研制生產(chǎn)、計(jì)量檢驗(yàn)、應(yīng)用測(cè)量三大領(lǐng)域，是測(cè)量計(jì)量工作的著眼點(diǎn)，是各種工作的共同的“綱”。指標(biāo)，是研制生產(chǎn)的宗旨，是水平的標(biāo)志，保證合格性，是生產(chǎn)廠的責(zé)任，是工廠的信譽(yù)。保證儀器的合格性，滿足計(jì)量公證的條件，是計(jì)量權(quán)威的基礎(chǔ)。有了工廠的信譽(yù)，有了計(jì)量的權(quán)威，測(cè)量者才好根據(jù)儀器的指標(biāo)選用儀器，并放心地按儀器指標(biāo)應(yīng)用儀器，表達(dá)測(cè)量結(jié)果，去完成各種各樣的測(cè)量任務(wù)。
       離開“指標(biāo)”，就亂套了。不確定度體系，在不明白“校準(zhǔn)不確定度是什么”的情況下，盲目地推行校準(zhǔn)給出“校準(zhǔn)測(cè)量不確定度U95”，這是糊里糊涂地推行，這是糊里糊涂地應(yīng)用。
       相信不確定度的人們，醒醒吧！不確定度體系錯(cuò)了！
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對(duì)于全文，我無法全部看完，有的地方也看不懂。
樓主實(shí)際上已經(jīng)對(duì)誤差，不確定度等計(jì)量術(shù)語進(jìn)行了重新定義，因此樓主在此的所有推導(dǎo)、演繹都是基于本身定義，一般人無法理解。
如果樓主確實(shí)要推翻現(xiàn)有誤差及不確定度理論，應(yīng)先從定義開始。

世界上是先有"校準(zhǔn)”，然后才出現(xiàn)的“檢定”，"檢定"其實(shí)就是把“校準(zhǔn)”和“確認(rèn)”工作二合一而已，本質(zhì)上沒有區(qū)別。

sirchen 發(fā)表于 2017-8-18 16:14
對(duì)于全文，我無法全部看完，有的地方也看不懂。
樓主實(shí)際上已經(jīng)對(duì)誤差，不確定度等計(jì)量術(shù)語進(jìn)行了重新定義 ...

我上大學(xué)《誤差理論與數(shù)據(jù)處理》課程那會(huì)兒，中國還沒 JJF 1059

285166790 發(fā)表于 2017-8-18 16:19
世界上是先有"校準(zhǔn)”，然后才出現(xiàn)的“檢定”，"檢定"其實(shí)就是把“校準(zhǔn)”和“確認(rèn)”工作二合一而已，本質(zhì)上 ...

因?yàn)槎嗔舜_認(rèn)，所以有了本質(zhì)區(qū)別。
這個(gè)可以看看湖南省測(cè)速儀的案例。

sirchen 發(fā)表于 2017-8-18 16:26
因?yàn)槎嗔舜_認(rèn)，所以有了本質(zhì)區(qū)別。
這個(gè)可以看看湖南省測(cè)速儀的案例。

這個(gè)"案例"在哪兒能看到？

njlyx 發(fā)表于 2017-8-18 16:36
這個(gè)"案例"在哪兒能看到？

8日，澎湃新聞（www.thepaper.cn）以《湖南益陽交警用“山寨”測(cè)速儀執(zhí)法，稱有檢定證書責(zé)任不在己》為題報(bào)道，湖南益陽市民徐真建因開車超速被罰款扣分，不服告到法院。隨著證據(jù)提交和后續(xù)調(diào)查，他發(fā)現(xiàn)，這臺(tái)用于交警執(zhí)法取證、自2013年以來一直使用的雷達(dá)測(cè)速儀是“山寨”的——“生產(chǎn)廠家”所在地執(zhí)法部門發(fā)函確認(rèn)，當(dāng)?shù)貜S家根本沒有生產(chǎn)、銷售過該雷達(dá)測(cè)速儀，也未與益陽交警部門有過業(yè)務(wù)往來。

njlyx 發(fā)表于 2017-8-18 16:36
這個(gè)"案例"在哪兒能看到？

指新聞報(bào)導(dǎo)湖南益陽交警用山寨測(cè)速儀執(zhí)法 事件

sirchen 發(fā)表于 2017-8-18 16:26
因?yàn)槎嗔舜_認(rèn)，所以有了本質(zhì)區(qū)別。
這個(gè)可以看看湖南省測(cè)速儀的案例。

這個(gè)案例的主要問題是，采購的計(jì)量儀器沒有經(jīng)過形式批準(zhǔn)，沒有計(jì)量器具生產(chǎn)許可證，跟檢定校準(zhǔn)工作無關(guān)。

劉耀煌 發(fā)表于 2017-8-18 16:49
指新聞報(bào)導(dǎo)湖南益陽交警用山寨測(cè)速儀執(zhí)法 事件

謝謝！……去查看了這個(gè)"新聞"，似乎無關(guān)"校準(zhǔn)"與"檢定"的區(qū)別，只是個(gè)不符合計(jì)量器具生產(chǎn)、管理"規(guī)定"的問題。

　　是的，總之一句話“測(cè)量不確定度不是誤差也不是誤差范圍”，因此史老師講“校準(zhǔn)有四種誤差范圍”沒有錯(cuò)，我完全贊同。因?yàn)闇y(cè)量不確定度不是誤差，所以“校準(zhǔn)不確定度”不是計(jì)量誤差范圍、不是測(cè)定被檢儀器的“校準(zhǔn)時(shí)的系統(tǒng)誤差”的誤差范圍。
　　另外，不確定度是屬于測(cè)量結(jié)果的，是屬于使用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)被檢儀器校準(zhǔn)所得校準(zhǔn)結(jié)果的，因此，“校準(zhǔn)不確定度”不是儀器的不確定度，也不是修正后的儀器的不確定度。不確定度不能用來評(píng)判被檢儀器的合格性，而是用來評(píng)判使用的測(cè)得值能不能用來評(píng)判被檢儀器合格性的，所以被檢儀器合格與否的判定在用不確定度判定了所用檢定數(shù)據(jù)可以使用后，也就與儀器合格與否的評(píng)判無關(guān)了，在不確定度體系中５個(gè)“修正”的弊端也就不存在。