實(shí)驗(yàn)室最佳測(cè)量能力的要義與評(píng)定

中國(guó)計(jì)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(duì)最佳測(cè)量能力的表述

    歐洲認(rèn)可合作組織(EA)1999年12月發(fā)布了EA-4/02號(hào)文件《校準(zhǔn)中的測(cè)量不確定度》，其中第1.3條對(duì)最佳測(cè)量能力(best measurement capability或縮寫(xiě)為bmc)有如下表述:
    “實(shí)驗(yàn)室在其認(rèn)可范圍內(nèi)，當(dāng)對(duì)近乎理想的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)(用于定義、實(shí)現(xiàn)、保存或復(fù)現(xiàn)某量的單位或其一個(gè)值或多個(gè)值)進(jìn)行近乎常規(guī)的校準(zhǔn)時(shí)，可以達(dá)到的最小測(cè)量不確定度；或者，當(dāng)對(duì)近乎理想的測(cè)量?jī)x器(用于測(cè)量某量)進(jìn)行近乎常規(guī)的校準(zhǔn)時(shí)，可以達(dá)到的最小測(cè)量不確定度?！?
    “對(duì)獲得認(rèn)可的校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室最佳測(cè)量能力的評(píng)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(shí)驗(yàn)證據(jù)的支持或確認(rèn)?！睘橛兄谡J(rèn)可組織對(duì)最佳測(cè)量能力的評(píng)定，EA-4/02附錄A還就最佳測(cè)量能力做了進(jìn)一步說(shuō)明。
    在國(guó)內(nèi)諸多技術(shù)規(guī)范中，對(duì)最佳測(cè)量能力也有類(lèi)似的表述。例如:
    JJF1069-2000《法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)考核規(guī)范》給出的定義是:“通常提供給用戶(hù)的最高測(cè)量水平，它用包含因子k=2的擴(kuò)展不確定度表示。有時(shí)稱(chēng)為校準(zhǔn)測(cè)量能力(calibration and measurement capability或縮寫(xiě)為bmc)?！痹撘?guī)范2003年修訂后，定義的校準(zhǔn)測(cè)量能力是:“通常提供給顧客的最高校準(zhǔn)與測(cè)量水平，它用置信水準(zhǔn)為95%的擴(kuò)展不確定度表示。有時(shí)稱(chēng)為最佳測(cè)量能力?！?br>    “通常提供給用戶(hù)的最高測(cè)量水平，它用包含因子k=2(或置信概率p=95%)的擴(kuò)展不確定度表示”(JJF1104-2003《國(guó)家計(jì)量檢定系統(tǒng)表編寫(xiě)規(guī)則》)。
    有的規(guī)范給出了實(shí)驗(yàn)室測(cè)量能力的定義。例如，JJF1071-2000《計(jì)量校準(zhǔn)規(guī)范編寫(xiě)規(guī)則》定義的實(shí)驗(yàn)室測(cè)量能力是:“在實(shí)驗(yàn)室能達(dá)到的最佳測(cè)量條件下，對(duì)被校對(duì)象進(jìn)行校準(zhǔn)所獲得的最小測(cè)量不確定度，用95%置信概率的擴(kuò)展不確定度U_p表示”。
    在中國(guó)實(shí)驗(yàn)室國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)(CNAL)公開(kāi)文件中，對(duì)最佳測(cè)量能力也有明確闡述。例如，CNAL/AR11:2003《測(cè)量不確定度政策》指出:“為了便于用戶(hù)比較實(shí)驗(yàn)室的能力和水平，對(duì)于一般應(yīng)用，擴(kuò)展不確定度應(yīng)對(duì)應(yīng)95%的置信水平。在表述實(shí)驗(yàn)室的能力時(shí)，一般采用最佳測(cè)量能力，即根據(jù)日常校準(zhǔn)或檢測(cè)系統(tǒng)，被校或被測(cè)樣品接近理想狀態(tài)時(shí)評(píng)定的最小測(cè)量不確定度。”
    CNAL/AG06:2003《測(cè)量不確定度政策實(shí)施指南》則明確提到:“最佳測(cè)量能力，即用日常開(kāi)展校準(zhǔn)業(yè)務(wù)的測(cè)量系統(tǒng)校準(zhǔn)一個(gè)接近理想，實(shí)際又能獲得的樣品時(shí)，一個(gè)實(shí)驗(yàn)室在其認(rèn)可范圍內(nèi)能達(dá)到的最小測(cè)量不確定度，亦即待校儀器的設(shè)備缺陷的影響對(duì)測(cè)量不確定度的貢獻(xiàn)最小?！?br>    

二、最佳測(cè)量能力是衡量認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室技術(shù)能力的重要參數(shù)

    除了被校準(zhǔn)量、校準(zhǔn)方法以及被校準(zhǔn)的測(cè)量?jī)x器類(lèi)型和測(cè)量范圍之外，最佳測(cè)量能力也是表明獲得認(rèn)可的校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力的一個(gè)參數(shù)。最佳測(cè)量能力通常是在認(rèn)可一覽表，或其他支持認(rèn)可決定的文件，或認(rèn)可證書(shū)中予以描述的。為便于實(shí)驗(yàn)室客戶(hù)做出選擇，認(rèn)可機(jī)構(gòu)在向社會(huì)定期發(fā)布認(rèn)可名錄時(shí)，最佳測(cè)量能力作為基本信息之一列入，以便實(shí)驗(yàn)室客戶(hù)據(jù)此判定在實(shí)驗(yàn)室或現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行特定校準(zhǔn)工作的適宜性。
    在我國(guó)，實(shí)驗(yàn)室評(píng)審員現(xiàn)場(chǎng)評(píng)審時(shí)填寫(xiě)的《推薦認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室校準(zhǔn)能力范圍》中，有一欄“擴(kuò)展不確定度(最佳測(cè)量能力)”，這顯然表明實(shí)驗(yàn)室宣稱(chēng)的最佳測(cè)量能力是需要得到認(rèn)可組織確認(rèn)的。校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室在通過(guò)認(rèn)可后，認(rèn)可組織對(duì)外公布所確認(rèn)的最佳測(cè)量能力，授予實(shí)驗(yàn)室的認(rèn)可證書(shū)中也包含該參數(shù)。
    從另一角度來(lái)看，最佳測(cè)量能力的概念僅僅適用于認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室。由于實(shí)驗(yàn)室測(cè)量能力需要得到外部客戶(hù)的信任，認(rèn)可實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量不確定度可能大于它的技術(shù)能力。因此，有時(shí)最佳測(cè)量能力并不一定反映實(shí)驗(yàn)室真實(shí)的能力。
    在實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可工作中，經(jīng)認(rèn)可機(jī)構(gòu)認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室，由認(rèn)可機(jī)構(gòu)發(fā)布其最佳測(cè)量能力。在國(guó)際比對(duì)中，國(guó)際計(jì)量局(BIPM)發(fā)布參與國(guó)際比對(duì)的各國(guó)國(guó)家計(jì)量研究院(NMI)的最佳測(cè)量能力，區(qū)域計(jì)量組織(RMO)和國(guó)際計(jì)量局的聯(lián)絡(luò)委員會(huì)(JCRB)負(fù)責(zé)對(duì)進(jìn)入國(guó)際計(jì)量局的關(guān)鍵比對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的國(guó)家計(jì)量院宣稱(chēng)的校準(zhǔn)和測(cè)量能力(CMC)進(jìn)行分析。
    為了使最佳測(cè)量能力具有可比性，應(yīng)協(xié)調(diào)不同認(rèn)可機(jī)構(gòu)認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室對(duì)最佳測(cè)量能力進(jìn)行表述和評(píng)定。因此，盡管在GB/T15481-2000《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求》中尚未提及最佳測(cè)量能力，但在實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可活動(dòng)中，對(duì)最佳測(cè)量能力是有明確要求的。
    

三、最佳測(cè)量能力的評(píng)定

    “常規(guī)校準(zhǔn)”意味著，實(shí)驗(yàn)室在其認(rèn)可條件下日常所執(zhí)行的校準(zhǔn)工作，應(yīng)能達(dá)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(shí)驗(yàn)室可以做得更好；但是這些情況不包括在最佳測(cè)量能力的定義中，除非實(shí)驗(yàn)室的政策就是要進(jìn)行這種廣泛的研究(在這種情況下，他們也就成了實(shí)驗(yàn)室常規(guī)校準(zhǔn)了)。
    當(dāng)評(píng)定最佳測(cè)量能力時(shí)，應(yīng)考慮到所有對(duì)測(cè)量不確定度有重要貢獻(xiàn)(影響)的分量。對(duì)已知隨時(shí)間變化或隨其他物理量變化的這種貢獻(xiàn)，可以在日常工作條件下可能變化的極限值的基礎(chǔ)上進(jìn)行評(píng)估。例如，如果所用工作標(biāo)準(zhǔn)的漂移是已知的，當(dāng)評(píng)估該工作標(biāo)準(zhǔn)對(duì)測(cè)量不確定度的貢獻(xiàn)時(shí)，就應(yīng)考慮該標(biāo)準(zhǔn)在校準(zhǔn)期間內(nèi)漂移量的貢獻(xiàn)。
    有時(shí)測(cè)量不確定度可能依賴(lài)于某些附加參數(shù)(例如，校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)電阻時(shí)電壓的頻率)，這些附加參數(shù)應(yīng)同所研究的物理量和對(duì)應(yīng)附加參數(shù)的最佳測(cè)量能力一起陳述。通常，最佳測(cè)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(cè)量能力不應(yīng)依賴(lài)于被校準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器的特性。近乎理想就是指，被校準(zhǔn)儀器的不理想程度對(duì)測(cè)量不確定度的影響不應(yīng)是顯著的。與此同時(shí)，這種測(cè)量?jī)x器又是可獲得的。如果實(shí)驗(yàn)室可獲得的最理想測(cè)量?jī)x器對(duì)測(cè)量不確定度也是有貢獻(xiàn)的，此時(shí)，這種貢獻(xiàn)應(yīng)包括在最佳測(cè)量能力中，并應(yīng)做出陳述:最佳測(cè)量能力適用于這一類(lèi)型測(cè)量?jī)x器的校準(zhǔn)。
    最佳測(cè)量能力的定義意味著在認(rèn)可條件下，進(jìn)行正常的校準(zhǔn)活動(dòng)時(shí)，實(shí)驗(yàn)室無(wú)權(quán)宣稱(chēng)具有比最佳測(cè)量能力更小的測(cè)量不確定度。即，實(shí)驗(yàn)室實(shí)際的校準(zhǔn)過(guò)程會(huì)明顯增加測(cè)量不確定度，這樣得出的測(cè)量不確定度總是大于最佳測(cè)量能力。具代表性的是，被校準(zhǔn)的測(cè)量?jī)x器會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果的測(cè)量不確定度有貢獻(xiàn)。顯然，實(shí)際的測(cè)量不確定度永遠(yuǎn)不會(huì)小于最佳測(cè)量能力。只有當(dāng)“被校儀器”比較穩(wěn)定，其對(duì)測(cè)量不確定度的影響可以忽略的情況下，所得到的測(cè)量結(jié)果的測(cè)量不確定度可以認(rèn)為與最佳測(cè)量能力相同。當(dāng)陳述實(shí)際的不確定度時(shí)，可要求實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用現(xiàn)有程序文件規(guī)定的原則。
    

四、最佳測(cè)量能力需要得到實(shí)驗(yàn)證據(jù)的確認(rèn)

    最佳測(cè)量能力的評(píng)定是認(rèn)可機(jī)構(gòu)的責(zé)任。在實(shí)驗(yàn)室程序文件或作業(yè)指導(dǎo)書(shū)中，應(yīng)包括對(duì)實(shí)驗(yàn)室最佳測(cè)量能力的評(píng)定，通常這一評(píng)定應(yīng)緊隨校準(zhǔn)程序。最佳測(cè)量能力以擴(kuò)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(píng)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(cè)量能力應(yīng)表述為置信概率近似為95%)。如果合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度不服從正態(tài)分布，例如是均勻分布時(shí)，包含因子就不是k=2了，對(duì)應(yīng)于95%置信概率的包含因子k應(yīng)取1.65。
    最佳測(cè)量能力通?？梢杂脭?shù)值表示。當(dāng)最佳測(cè)量能力表示為所研究的量的函數(shù)(或其他參數(shù))時(shí)，它應(yīng)以解析的形式給出，在這種情況下，它能通過(guò)圖表對(duì)陳述進(jìn)行例證。但無(wú)論是絕對(duì)測(cè)量不確定度，還是相對(duì)測(cè)量不確定度，都應(yīng)是清晰的(通常在相對(duì)量的結(jié)論中給出必要的解釋?zhuān)菍?duì)無(wú)量綱量，有必要單獨(dú)陳述)。
    最佳測(cè)量能力與測(cè)量不確定度的評(píng)定程序是相同的，通常仍然應(yīng)得到實(shí)驗(yàn)證據(jù)的支持。認(rèn)可組織不應(yīng)僅僅依靠測(cè)量不確定度評(píng)定，還要組織(或由其代表組織)開(kāi)展證實(shí)測(cè)量不確定度評(píng)定的實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)。