華南國家計(jì)量測試中心  潘嘉聲  陳明華

　　近年來，我國計(jì)量技術(shù)法規(guī)的制、修訂正在逐漸向國際上的有關(guān)技術(shù)文件靠攏，這是計(jì)量技術(shù)工作為我國加入WTO所做的準(zhǔn)備，也是計(jì)量工作為全球化的經(jīng)濟(jì)服務(wù)的需要。在這一過程中出現(xiàn)了一些新的術(shù)語和概念，如何正確理解這些概念是制、修訂法規(guī)性文件和宣貫法規(guī)性文件時必須解決的重要問題。本文就目前在校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可和法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)考核中遇到的“最佳測量能力”，和剛剛頒布并實(shí)施的《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》(JJF1033—2001)中計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)報告有關(guān)測量不確定度評定進(jìn)行討論。

　　在剛剛頒布的國家計(jì)量技術(shù)規(guī)范《法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)考核規(guī)范》(JJFI069-2000)中規(guī)定，從事校準(zhǔn)工作的機(jī)構(gòu)應(yīng)具有計(jì)算其最佳測量能力的程序，這種計(jì)算應(yīng)適用于機(jī)構(gòu)所開展的所有參數(shù)和量程。最佳測量能力是一個比較陌生的概念?！锻ㄓ糜?jì)量術(shù)語及定義》(JJF1001-1998)給出的定義是:最佳測量能力(best measurement capability)也稱為校準(zhǔn)測量能力(calibration measurement capability)，通常指提供給用戶的最高校準(zhǔn)測量水平，它用包含因子k=2的擴(kuò)展不確定度表示。除此之外，在目前國內(nèi)的技術(shù)規(guī)范和文獻(xiàn)中還沒有做出進(jìn)一步的解釋和規(guī)定。

　　 (1)最佳測量能力是校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可的重要內(nèi)容之一
　　最佳測量能力是用于表示認(rèn)可校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的重要技術(shù)參數(shù)之一(其它參數(shù)包括被校準(zhǔn)量、校準(zhǔn)方法、被校準(zhǔn)儀器類型、測量范圍)。最佳測量能力一般在認(rèn)可文件中給出，這些文件在許多場合作為認(rèn)可的證據(jù)。最佳測量能力在認(rèn)可機(jī)構(gòu)出版的認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室名錄中列出，作為重要信息之一提供給客戶判斷是否有合適在實(shí)驗(yàn)室或現(xiàn)場進(jìn)行某一項(xiàng)的校準(zhǔn)工作。例如華南國家計(jì)量測試中心在1997年通過香港實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可計(jì)劃(HOKLAS)認(rèn)可，近年又進(jìn)行了兩次復(fù)審和擴(kuò)項(xiàng)。在其所有認(rèn)可項(xiàng)目中，HOK-LAS要求實(shí)驗(yàn)室提交最佳測量能力分析計(jì)算及結(jié)果。HOKLAS還在其公布的認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室名冊中，列明了各個校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室所開展項(xiàng)目的被測量參數(shù)“以不確定度表示的最佳測量能力(best calibration capability expression as uncertainty)”。

　　(2)最佳測量能力是針對實(shí)驗(yàn)室所申請認(rèn)可的校準(zhǔn)的項(xiàng)目
　　最佳測量能力的計(jì)算，是針對實(shí)驗(yàn)室所申請認(rèn)可的校準(zhǔn)項(xiàng)目的所有參數(shù)和量程，而不是針對實(shí)驗(yàn)室使用的標(biāo)準(zhǔn)裝置。最佳測量能力強(qiáng)調(diào)的是對應(yīng)于某一個特定的量，即測量結(jié)果。所以最佳測量能力對測量結(jié)果計(jì)算不確定度，在理論上站得住腳。實(shí)踐證明，撇開被校準(zhǔn)對象，撇開測量結(jié)果來考慮不確定度，是難以實(shí)現(xiàn)的。所以，最佳測量能力必須是針對實(shí)際存在的被校準(zhǔn)儀器的被校準(zhǔn)參數(shù)和量程進(jìn)行計(jì)算，并且最佳測量能力對應(yīng)于這種類型的儀器的參數(shù)和量程。

　　(3)最佳測量能力的計(jì)算，關(guān)鍵是如何考慮被校準(zhǔn)對象引起的不確定度
　　我們知道，尋找不確定度來源時，可從測量儀器、測量人員、測量方法、環(huán)境條件和被測量等方面全面考慮。最佳測量能力的計(jì)算也不例外，其中，測量儀器、測量人員、測量方法、環(huán)境條件是實(shí)驗(yàn)室在其認(rèn)可條件下所達(dá)到的要求，而被校準(zhǔn)對象必須處于“接近理想”的狀態(tài)。這項(xiàng)要求指在計(jì)算最佳測量能力時不能依賴于被校準(zhǔn)儀器的特殊性，即被校準(zhǔn)儀器的缺陷而產(chǎn)生的物理效應(yīng)，不應(yīng)對不確定度有明顯的貢獻(xiàn)。必須強(qiáng)調(diào)的是，這并不是說不考慮被校準(zhǔn)儀器對不確定度的影響，而是說這種影響處于理想的最小狀態(tài)。因此，最佳測量能力反映的是實(shí)驗(yàn)室自身的最高綜合能力。

　　(4)最佳測量能力是校準(zhǔn)結(jié)果不確定度的最小可能值
　　最佳測量能力既然反映的是實(shí)驗(yàn)室在其認(rèn)可條件正常情況下所達(dá)到的最高校準(zhǔn)測量水平，表明了認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室不能出具小于最佳測量能力的測量不確定度。即實(shí)驗(yàn)室在校準(zhǔn)證書或報告中給出的測量結(jié)果不確定度，必須大于或等于被認(rèn)可的最佳測量能力。存在這樣的情況，實(shí)驗(yàn)室由于研究發(fā)展新的測量方法、使用準(zhǔn)確度更高的測量儀器、環(huán)境條件的改善，使測量結(jié)果不確定度小于最佳測量能力。由于這種情況已超出了實(shí)驗(yàn)室原有的最佳測量能力范圍，因此，實(shí)驗(yàn)室必須重新分析測量不確定度并與新的最佳測量能力資料一起上報認(rèn)可機(jī)構(gòu)審批并發(fā)布。由此可見，最佳測量能力是實(shí)驗(yàn)室在其認(rèn)可條件下對某一類型儀器進(jìn)行校準(zhǔn)不確定度的最小可能值。

　　(5)不確定度最大可能值
　　那么，測量不確定度存不存在最大可能值呢？答案是肯定的。對于校準(zhǔn)，如果只給出校準(zhǔn)結(jié)果的數(shù)據(jù)而不對合格與否進(jìn)行判斷，由于被校準(zhǔn)儀器引起的不確定度可能非常大，所以測量結(jié)果不確定度沒有上限。但對于檢定，由于要給出合格與否的結(jié)論，如果被檢儀器是合格的，則測量結(jié)果不確定度必然有一個上限。因?yàn)閮x器的檢定分為等和級，等是指計(jì)量器具，特別是標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量器具的實(shí)際值的擴(kuò)展不確定度檔次，所以每個等別的儀器檢定結(jié)果的不確定度都有一個上限值，實(shí)驗(yàn)室檢定結(jié)果的不確定度只能小于或等于這個值；級則是計(jì)量器具示值誤差大小的檔次，當(dāng)被檢儀器的示值誤差符合某個級別的要求，其它技術(shù)指標(biāo)，如分辨力、重復(fù)性、外界環(huán)境影響等必然相應(yīng)地不超過一定的要求，被檢儀器引起的不確定度存在上限值，因此檢定的測量不確定度存在一個上限值。在國家檢定系統(tǒng)表和國家計(jì)量檢定規(guī)程的起草過程中，為判斷是否符合量值傳遞的要求，需要分析的就是檢定結(jié)果不確定度的最大可能值是否符合要求。
    從以上討論可以看出，對測量不確定度、最佳測量能力、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)不確定度等概念的正確理解十分重要，在各類技術(shù)法規(guī)性文件中使用這些術(shù)語概念時也應(yīng)意義明確，定義統(tǒng)一。

　　在中國實(shí)驗(yàn)室國家認(rèn)可委員會(CNACL)的認(rèn)可名錄中，列出了校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的各個被校準(zhǔn)計(jì)量器具或參數(shù)的測量不確定度，但并沒有說明是最佳測量能力，還是典型不確定度值，或是不確定度最大可能值(因?yàn)槭着J(rèn)可的項(xiàng)目都是依據(jù)計(jì)量檢定規(guī)程，從上面分析可知，這個不確定度的最大可能值不僅存在，而且有很大的意義)，CNACL應(yīng)予以明確的規(guī)定。同時，為了實(shí)現(xiàn)不同實(shí)驗(yàn)室的最佳測量能力的可比性，尤其是不同認(rèn)可機(jī)構(gòu)認(rèn)可的不同實(shí)驗(yàn)室的最佳測量能力的可比性，最佳測量能力的定義和計(jì)算方法必須統(tǒng)一。

　　在剛剛頒布并實(shí)施的JJF1033—2001《計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范》有關(guān)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)報告中，并沒有引入最佳測量能力的概念，而是要求計(jì)算計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)對典型的被檢定/校準(zhǔn)對象，在計(jì)量檢定規(guī)程或計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范規(guī)定的條件下進(jìn)行檢定/校準(zhǔn)時所得的測量不確定度。從下面幾個問題，可以看出，在目前條件下，這樣的規(guī)定是審慎明智的。

　　(1)廢除了原來的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確度或不確定度
　　在JJF1033—1992中，尋求一個撇開被測對象的所謂“計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確度或不確定度”，事實(shí)已證明是難以實(shí)現(xiàn)的。從不確定度的定義“表征合理的賦予被測量值的分散性，與測量結(jié)果相關(guān)聯(lián)的參數(shù)”，可以看出，只有針對某一被測量對象的某一個測量結(jié)果，才能計(jì)算不確定度。一個計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)建立以后，可以覆蓋多個被檢對象，比如，檢定游標(biāo)量具標(biāo)準(zhǔn)器組(3級5、6等量塊)，可以用于不同量程和分度值(分辨力)的游標(biāo)卡尺、帶表卡尺和數(shù)顯卡尺的檢定，而檢定結(jié)果——示值誤差的不確定度主要分別來源于游標(biāo)卡尺對線誤差、帶表卡尺的估讀誤差和數(shù)顯卡尺的量化誤差，受被檢儀器的分度值或分辨力影響。如果撇開被檢儀器只考慮量塊和環(huán)境溫度引起的不確定度，并不是主要影響因素，而且撇開被檢儀器，建標(biāo)報告后面需要填寫的“計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的不確定度驗(yàn)證”等內(nèi)容，也令人無所適從。

　　(2)符合ISO/IEC17025的要求
　　ISO/IEC17025《校準(zhǔn)和檢測實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ耐ㄓ靡蟆分幸?guī)定，從事檢定、校準(zhǔn)和檢測的機(jī)構(gòu)通常應(yīng)具有并使用對所有各種類型的檢定、校準(zhǔn)和檢測進(jìn)行測量不確定度評定的程序，并要求依據(jù)ISO/IEC等七個國際組織頒布的《測量不確定度表示指南》(GUM)進(jìn)行計(jì)算，由于JJF1059—1999《測量不確定度評定與表示》與GUM等同，所有JJF1033—2001要求同時符合ISO/IEC17025，從而使法定計(jì)量組織的不確定度計(jì)算和實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可的不確定度計(jì)算接軌，而且和校準(zhǔn)證書需要給出的不確定度聯(lián)系起來，對實(shí)際工作具有十分重大的意義。

　　(3)回避了最佳測量能力問題
　　JJF1033—2001對不確定度的計(jì)算，回避了最佳測量能力問題，要求計(jì)算的不確定度既不是最小可能值，也不是計(jì)算的最大可能值，而是計(jì)算計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)檢定被檢計(jì)量器具時所得典型的測量結(jié)果不確定度，對于各測量點(diǎn)或不同量程的測量不確定度不同時，如果各測量點(diǎn)的不確定度評定方法差別不大時，允許僅給出典型測量點(diǎn)的不確定度評定，這給具體工作帶來很大的靈活性。表面看來，一步到位，和國際上接軌，引入最佳測量能力的概念是一個不錯的選擇，但實(shí)際上也存在不少困難。首先，計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核是針對標(biāo)準(zhǔn)器而不是被檢定/校準(zhǔn)項(xiàng)目，即使計(jì)算最佳測量能力，也可能不只一個；第二，最佳測量能力的計(jì)算有待探討，目前國際和國內(nèi)還沒有相應(yīng)的規(guī)范，各種文獻(xiàn)也還沒有看到計(jì)算實(shí)例。值得注意的是，在ISO/IEC17025的制定過程中，其初稿曾經(jīng)要求校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室必須計(jì)算校準(zhǔn)項(xiàng)目的最佳測量能力，但在最后頒布時并沒有出現(xiàn)這些條款，相信最佳測量能力這個問題還需要研究發(fā)展。而有關(guān)測量不確定度的計(jì)算，國際和國內(nèi)已有明確的規(guī)范和大量的實(shí)例，比較成熟。

　　從以上討論可以看出對最佳測量能力、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核中測量不確定度的評定等問題的正確理解十分重要，在各類技術(shù)法規(guī)性文件中使用這些術(shù)語概念時也應(yīng)意義明確，定義統(tǒng)一。