華南國家計(jì)量測(cè)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(shí)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(cè)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(bào)告有關(guān)測(cè)量不確定度評(píng)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(cè)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(cè)量能力是一個(gè)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(cè)量能力(best measurement capability)也稱為校準(zhǔn)測(cè)量能力(calibration measurement capability)，通常指提供給用戶的最高校準(zhǔn)測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量范圍)。最佳測(cè)量能力一般在認(rèn)可文件中給出，這些文件在許多場(chǎng)合作為認(rèn)可的證據(jù)。最佳測(cè)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(chǎng)進(jìn)行某一項(xiàng)的校準(zhǔn)工作。例如華南國家計(jì)量測(cè)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(cè)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(cè)中，列明了各個(gè)校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室所開展項(xiàng)目的被測(cè)量參數(shù)“以不確定度表示的最佳測(cè)量能力(best calibration capability expression as uncertainty)”。

　　(2)最佳測(cè)量能力是針對(duì)實(shí)驗(yàn)室所申請(qǐng)認(rèn)可的校準(zhǔn)的項(xiàng)目
　　最佳測(cè)量能力的計(jì)算，是針對(duì)實(shí)驗(yàn)室所申請(qǐng)認(rèn)可的校準(zhǔn)項(xiàng)目的所有參數(shù)和量程，而不是針對(duì)實(shí)驗(yàn)室使用的標(biāo)準(zhǔn)裝置。最佳測(cè)量能力強(qiáng)調(diào)的是對(duì)應(yīng)于某一個(gè)特定的量，即測(cè)量結(jié)果。所以最佳測(cè)量能力對(duì)測(cè)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(duì)象，撇開測(cè)量結(jié)果來考慮不確定度，是難以實(shí)現(xiàn)的。所以，最佳測(cè)量能力必須是針對(duì)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(cè)量能力對(duì)應(yīng)于這種類型的儀器的參數(shù)和量程。

　　(3)最佳測(cè)量能力的計(jì)算，關(guān)鍵是如何考慮被校準(zhǔn)對(duì)象引起的不確定度
　　我們知道，尋找不確定度來源時(shí)，可從測(cè)量儀器、測(cè)量人員、測(cè)量方法、環(huán)境條件和被測(cè)量等方面全面考慮。最佳測(cè)量能力的計(jì)算也不例外，其中，測(cè)量儀器、測(cè)量人員、測(cè)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(duì)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(cè)量能力時(shí)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(duì)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(duì)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(cè)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(cè)量能力是校準(zhǔn)結(jié)果不確定度的最小可能值
　　最佳測(cè)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(cè)量水平，表明了認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室不能出具小于最佳測(cè)量能力的測(cè)量不確定度。即實(shí)驗(yàn)室在校準(zhǔn)證書或報(bào)告中給出的測(cè)量結(jié)果不確定度，必須大于或等于被認(rèn)可的最佳測(cè)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(cè)量方法、使用準(zhǔn)確度更高的測(cè)量儀器、環(huán)境條件的改善，使測(cè)量結(jié)果不確定度小于最佳測(cè)量能力。由于這種情況已超出了實(shí)驗(yàn)室原有的最佳測(cè)量能力范圍，因此，實(shí)驗(yàn)室必須重新分析測(cè)量不確定度并與新的最佳測(cè)量能力資料一起上報(bào)認(rèn)可機(jī)構(gòu)審批并發(fā)布。由此可見，最佳測(cè)量能力是實(shí)驗(yàn)室在其認(rèn)可條件下對(duì)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(cè)量不確定度存不存在最大可能值呢？答案是肯定的。對(duì)于校準(zhǔn)，如果只給出校準(zhǔn)結(jié)果的數(shù)據(jù)而不對(duì)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(cè)量結(jié)果不確定度沒有上限。但對(duì)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(cè)量結(jié)果不確定度必然有一個(gè)上限。因?yàn)閮x器的檢定分為等和級(jí)，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(gè)等別的儀器檢定結(jié)果的不確定度都有一個(gè)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(gè)值；級(jí)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(gè)級(jí)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(cè)量不確定度存在一個(gè)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(duì)測(cè)量不確定度、最佳測(cè)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(shí)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(huì)(CNACL)的認(rèn)可名錄中，列出了校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的各個(gè)被校準(zhǔn)計(jì)量器具或參數(shù)的測(cè)量不確定度，但并沒有說明是最佳測(cè)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(gè)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(shí)，為了實(shí)現(xiàn)不同實(shí)驗(yàn)室的最佳測(cè)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(cè)量能力的可比性，最佳測(cè)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(bào)告中，并沒有引入最佳測(cè)量能力的概念，而是要求計(jì)算計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)典型的被檢定/校準(zhǔn)對(duì)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(shí)所得的測(cè)量不確定度。從下面幾個(gè)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(gè)撇開被測(cè)對(duì)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(cè)量值的分散性，與測(cè)量結(jié)果相關(guān)聯(lián)的參數(shù)”，可以看出，只有針對(duì)某一被測(cè)量對(duì)象的某一個(gè)測(cè)量結(jié)果，才能計(jì)算不確定度。一個(gè)計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)建立以后，可以覆蓋多個(gè)被檢對(duì)象，比如，檢定游標(biāo)量具標(biāo)準(zhǔn)器組(3級(jí)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(duì)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(bào)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(cè)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(cè)的機(jī)構(gòu)通常應(yīng)具有并使用對(duì)所有各種類型的檢定、校準(zhǔn)和檢測(cè)進(jìn)行測(cè)量不確定度評(píng)定的程序，并要求依據(jù)ISO/IEC等七個(gè)國際組織頒布的《測(cè)量不確定度表示指南》(GUM)進(jìn)行計(jì)算，由于JJF1059—1999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》與GUM等同，所有JJF1033—2001要求同時(shí)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(duì)實(shí)際工作具有十分重大的意義。

　　(3)回避了最佳測(cè)量能力問題
　　JJF1033—2001對(duì)不確定度的計(jì)算，回避了最佳測(cè)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(shí)所得典型的測(cè)量結(jié)果不確定度，對(duì)于各測(cè)量點(diǎn)或不同量程的測(cè)量不確定度不同時(shí)，如果各測(cè)量點(diǎn)的不確定度評(píng)定方法差別不大時(shí)，允許僅給出典型測(cè)量點(diǎn)的不確定度評(píng)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(cè)量能力的概念是一個(gè)不錯(cuò)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(duì)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(cè)量能力，也可能不只一個(gè)；第二，最佳測(cè)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(cè)量能力，但在最后頒布時(shí)并沒有出現(xiàn)這些條款，相信最佳測(cè)量能力這個(gè)問題還需要研究發(fā)展。而有關(guān)測(cè)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(duì)最佳測(cè)量能力、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核中測(cè)量不確定度的評(píng)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(shí)也應(yīng)意義明確，定義統(tǒng)一。