實驗室最佳測量能力的要義與評定

中國計量科學(xué)研究院研究員  施昌彥  搖南昌供電公司  虞甘露

一、有關(guān)技術(shù)文件對最佳測量能力的表述

    歐洲認可合作組織(EA)1999年12月發(fā)布了EA-4/02號文件《校準中的測量不確定度》，其中第1.3條對最佳測量能力(best measurement capability或縮寫為bmc)有如下表述:
    “實驗室在其認可范圍內(nèi)，當(dāng)對近乎理想的測量標(biāo)準(用于定義、實現(xiàn)、保存或復(fù)現(xiàn)某量的單位或其一個值或多個值)進行近乎常規(guī)的校準時，可以達到的最小測量不確定度；或者，當(dāng)對近乎理想的測量儀器(用于測量某量)進行近乎常規(guī)的校準時，可以達到的最小測量不確定度。”
    “對獲得認可的校準實驗室最佳測量能力的評定(assessment)，應(yīng)建立在本文件描述的方法基礎(chǔ)之上，通常應(yīng)得到實驗證據(jù)的支持或確認。”為有助于認可組織對最佳測量能力的評定，EA-4/02附錄A還就最佳測量能力做了進一步說明。
    在國內(nèi)諸多技術(shù)規(guī)范中，對最佳測量能力也有類似的表述。例如:
    JJF1069-2000《法定計量檢定機構(gòu)考核規(guī)范》給出的定義是:“通常提供給用戶的最高測量水平，它用包含因子k=2的擴展不確定度表示。有時稱為校準測量能力(calibration and measurement capability或縮寫為bmc)。”該規(guī)范2003年修訂后，定義的校準測量能力是:“通常提供給顧客的最高校準與測量水平，它用置信水準為95%的擴展不確定度表示。有時稱為最佳測量能力。”
    “通常提供給用戶的最高測量水平，它用包含因子k=2(或置信概率p=95%)的擴展不確定度表示”(JJF1104-2003《國家計量檢定系統(tǒng)表編寫規(guī)則》)。
    有的規(guī)范給出了實驗室測量能力的定義。例如，JJF1071-2000《計量校準規(guī)范編寫規(guī)則》定義的實驗室測量能力是:“在實驗室能達到的最佳測量條件下，對被校對象進行校準所獲得的最小測量不確定度，用95%置信概率的擴展不確定度U_p表示”。
    在中國實驗室國家認可委員會(CNAL)公開文件中，對最佳測量能力也有明確闡述。例如，CNAL/AR11:2003《測量不確定度政策》指出:“為了便于用戶比較實驗室的能力和水平，對于一般應(yīng)用，擴展不確定度應(yīng)對應(yīng)95%的置信水平。在表述實驗室的能力時，一般采用最佳測量能力，即根據(jù)日常校準或檢測系統(tǒng)，被校或被測樣品接近理想狀態(tài)時評定的最小測量不確定度。”
    CNAL/AG06:2003《測量不確定度政策實施指南》則明確提到:“最佳測量能力，即用日常開展校準業(yè)務(wù)的測量系統(tǒng)校準一個接近理想，實際又能獲得的樣品時，一個實驗室在其認可范圍內(nèi)能達到的最小測量不確定度，亦即待校儀器的設(shè)備缺陷的影響對測量不確定度的貢獻最小。”
    

二、最佳測量能力是衡量認可實驗室技術(shù)能力的重要參數(shù)

    除了被校準量、校準方法以及被校準的測量儀器類型和測量范圍之外，最佳測量能力也是表明獲得認可的校準實驗室能力的一個參數(shù)。最佳測量能力通常是在認可一覽表，或其他支持認可決定的文件，或認可證書中予以描述的。為便于實驗室客戶做出選擇，認可機構(gòu)在向社會定期發(fā)布認可名錄時，最佳測量能力作為基本信息之一列入，以便實驗室客戶據(jù)此判定在實驗室或現(xiàn)場進行特定校準工作的適宜性。
    在我國，實驗室評審員現(xiàn)場評審時填寫的《推薦認可的實驗室校準能力范圍》中，有一欄“擴展不確定度(最佳測量能力)”，這顯然表明實驗室宣稱的最佳測量能力是需要得到認可組織確認的。校準實驗室在通過認可后，認可組織對外公布所確認的最佳測量能力，授予實驗室的認可證書中也包含該參數(shù)。
    從另一角度來看，最佳測量能力的概念僅僅適用于認可實驗室。由于實驗室測量能力需要得到外部客戶的信任，認可實驗室的測量不確定度可能大于它的技術(shù)能力。因此，有時最佳測量能力并不一定反映實驗室真實的能力。
    在實驗室認可工作中，經(jīng)認可機構(gòu)認可的實驗室，由認可機構(gòu)發(fā)布其最佳測量能力。在國際比對中，國際計量局(BIPM)發(fā)布參與國際比對的各國國家計量研究院(NMI)的最佳測量能力，區(qū)域計量組織(RMO)和國際計量局的聯(lián)絡(luò)委員會(JCRB)負責(zé)對進入國際計量局的關(guān)鍵比對數(shù)據(jù)庫的國家計量院宣稱的校準和測量能力(CMC)進行分析。
    為了使最佳測量能力具有可比性，應(yīng)協(xié)調(diào)不同認可機構(gòu)認可的實驗室對最佳測量能力進行表述和評定。因此，盡管在GB/T15481-2000《檢測和校準實驗室能力的通用要求》中尚未提及最佳測量能力，但在實驗室認可活動中，對最佳測量能力是有明確要求的。
    

三、最佳測量能力的評定

    “常規(guī)校準”意味著，實驗室在其認可條件下日常所執(zhí)行的校準工作，應(yīng)能達到規(guī)定的例行的能力。顯然，借助于廣泛的研究和特別的注意，實驗室可以做得更好；但是這些情況不包括在最佳測量能力的定義中，除非實驗室的政策就是要進行這種廣泛的研究(在這種情況下，他們也就成了實驗室常規(guī)校準了)。
    當(dāng)評定最佳測量能力時，應(yīng)考慮到所有對測量不確定度有重要貢獻(影響)的分量。對已知隨時間變化或隨其他物理量變化的這種貢獻，可以在日常工作條件下可能變化的極限值的基礎(chǔ)上進行評估。例如，如果所用工作標(biāo)準的漂移是已知的，當(dāng)評估該工作標(biāo)準對測量不確定度的貢獻時，就應(yīng)考慮該標(biāo)準在校準期間內(nèi)漂移量的貢獻。
    有時測量不確定度可能依賴于某些附加參數(shù)(例如，校準標(biāo)準電阻時電壓的頻率)，這些附加參數(shù)應(yīng)同所研究的物理量和對應(yīng)附加參數(shù)的最佳測量能力一起陳述。通常，最佳測量能力可以表示為這些參數(shù)的函數(shù)。
    而“近乎理想”意味著，最佳測量能力不應(yīng)依賴于被校準測量儀器的特性。近乎理想就是指，被校準儀器的不理想程度對測量不確定度的影響不應(yīng)是顯著的。與此同時，這種測量儀器又是可獲得的。如果實驗室可獲得的最理想測量儀器對測量不確定度也是有貢獻的，此時，這種貢獻應(yīng)包括在最佳測量能力中，并應(yīng)做出陳述:最佳測量能力適用于這一類型測量儀器的校準。
    最佳測量能力的定義意味著在認可條件下，進行正常的校準活動時，實驗室無權(quán)宣稱具有比最佳測量能力更小的測量不確定度。即，實驗室實際的校準過程會明顯增加測量不確定度，這樣得出的測量不確定度總是大于最佳測量能力。具代表性的是，被校準的測量儀器會對測量結(jié)果的測量不確定度有貢獻。顯然，實際的測量不確定度永遠不會小于最佳測量能力。只有當(dāng)“被校儀器”比較穩(wěn)定，其對測量不確定度的影響可以忽略的情況下，所得到的測量結(jié)果的測量不確定度可以認為與最佳測量能力相同。當(dāng)陳述實際的不確定度時，可要求實驗室應(yīng)用現(xiàn)有程序文件規(guī)定的原則。
    

四、最佳測量能力需要得到實驗證據(jù)的確認

    最佳測量能力的評定是認可機構(gòu)的責(zé)任。在實驗室程序文件或作業(yè)指導(dǎo)書中，應(yīng)包括對實驗室最佳測量能力的評定，通常這一評定應(yīng)緊隨校準程序。最佳測量能力以擴展不確定度的形式表示，通常包含因子k=2(僅僅在不能假定為正態(tài)分布或評估是建立在有限的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上等例外的情況下，最佳測量能力應(yīng)表述為置信概率近似為95%)。如果合成標(biāo)準不確定度不服從正態(tài)分布，例如是均勻分布時，包含因子就不是k=2了，對應(yīng)于95%置信概率的包含因子k應(yīng)取1.65。
    最佳測量能力通常可以用數(shù)值表示。當(dāng)最佳測量能力表示為所研究的量的函數(shù)(或其他參數(shù))時，它應(yīng)以解析的形式給出，在這種情況下，它能通過圖表對陳述進行例證。但無論是絕對測量不確定度，還是相對測量不確定度，都應(yīng)是清晰的(通常在相對量的結(jié)論中給出必要的解釋，但是對無量綱量，有必要單獨陳述)。
    最佳測量能力與測量不確定度的評定程序是相同的，通常仍然應(yīng)得到實驗證據(jù)的支持。認可組織不應(yīng)僅僅依靠測量不確定度評定，還要組織(或由其代表組織)開展證實測量不確定度評定的實驗室間比對。