不确定度在市级计量技术机构的应用

【摘要】本文简要介绍了市级计量技术机构在计量标准建立时技术报告的撰写，计量检定和校准证书、报告的出具，计量标准建立，CNAS实验室认可，计量比对，能力验证，计量标准器证书确认等方面不确定度的应用，以及在应用不确定度时的注意事项，对实验室提升管理质量具有一定指导意义。

【关键词】不确定度；计量技术机构；计量比对；能力验证

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2023.05.022

Application of Uncertainty in Municipal Metrology Technical Institutions

WANG Wei

（Jincheng Comprehensive Inspection and Testing Center， Jincheng 048000， China）

Abstract： This article briefly introduces the application of uncertainty in various aspects such as the writing of technical reports on the establishment of measurement standards， the issuance of measurement verification and calibration certificates， the establishment of measurement standards， CNAS laboratory recognition， measurement comparison， capability verification， and the confirmation of measurement standard certificate by municipal metrology technology institutions， as well as the precautions for applying uncertainty. It has practical guiding significance for improving the management quality of laboratories.

Key words： uncertainty； metrology technology institutions； measurement comparison； capability verification

1不確定度的意义及发展历程

1.1不确定度的意义

JJF 1001—2011《通用技术计量术语及定义》中4.2条款规定，测量是通过实验获得并合理赋予某一个或多个量值的过程。测量的目的就是为确定被测量对象的量值。而任何一个被测量对象在一定条件下都具有客观存在的确定值。在测量时，因各种因素的存在会导致测量结果与确定值（即真值）间产生偏差，但这个偏差只能在允许的合理范围内。例如：1990年发射的哈勃望远镜，起初传回的图像模糊，经查主镜打磨要求形状误差为10纳米，但实际却达到2200纳米。仪器误差严重降低了望远镜成像清晰度，不得已又耗费巨资经过5次太空维修升级，才满足精密要求。因此，我们可以看到只有确保测量器具、测量数据的准确性，才能保证结果可信度，而测量不确定度恰恰就是定量评定数据、结果质量的最好办法。

1.2不确定度的发展

1）国外情况

1927年德国物理学家海森堡量子力学中提出的“测不准关系”，也称为“不确定度关系”，30多年后国际上开始逐渐出现用测量不确定度来定量评定测量结果质量的建议。自从不确定度概念提出后，随着理论和应用不断发展，各个测量领域也开始逐渐采用。1980年国际计量局起草实验不确定度建议书INC-1（1980），1981年、1986年国际计量委员会分别发布建议书CI-1981、CI-1986。为进一步规范和促进不确定度在国际上的影响力，1993年国际标准化组织（ISO）发布《测量不确定度表示指南》和第二版《国际通用计量学基本术语》。

2）国内情况

测量不确定度的概念引入我国的时间相对较短。多个领域对测量不确定度的应用还处于起步阶段。1986年，中国计量科学研究院率先与国际接轨，要求测量和检定工作中不确定度的评定应按照INC-1（1980）。1993年中国版《测量不确定度表示指南》（简称GUM）出版。1999年原国家质量技术监督局组织计量方面的权威专家经过深入探讨，在等同于采用GUM的基础上批准发布JJF 1059—1999《测量不确定度评定与表示》，同年军工版GJB 3756—99《测量不确定度的表示及评定》也相继发布。在此之后，中国合格评定国家认可委员会（CNAS）也发布了一系列有关测量不确定度评定规范文件和指南文件构成我国实验室认可中测量不确定度评定框架。

2不确定度的评定方法

3不确定评定在市级计量技术机构的应用

3.1直接评定（GUM法）

市级法定计量检定机构在进行测量不确定度的评定时，一般采用直接评定法，就是在试验条件（检定、校准方法、环境条件、测量仪器、被测对象和测量过程）明确的基础上，按照GUM法测量不确定度传播律，分析各输入量标准不确定度以及灵敏系数c，同时再考虑输入量间的相关性计算合成不确定度uc（ y ），最后根据对置信度的要求（一般包含概率p为95%或99%）确定包含因子（k取2或3），从而求出扩展不确定度。

3.2某地市级计量技术机构现依据的规程规范及数学模型统计

笔者对某一地级计量技术机构已通过考核的65项计量标准所依据的78个计量检定规程或校准规范的数学模型进行统计（见图1和图2）。从统计数据来看，市级计量技术机构所接触到的检定、校准规范数学模型近90%为线性函数，少数为非线性函数，因此对于市级技术机构技术人员来说了解、评定及应用不确定度困难要小些。

3.3不确定度在市级法定计量技术机构中的应用

不确定度贯穿于市级计量技术机构的整个计量业务工作过程中，从国家检定系统表到检定规程、校准规范的使用，从建立计量标准的技术报告的撰写到现场实验考评，从计量器具业务受理到检定和校准证书、报告的出具，从计量标准建立到CNAS实验室认可，从计量比对到能力验证，从量值溯源到量值传递都会应用到不确定度。

3.3.1计量建标过程中不确定度

实验室开展计量工作时，按照JJF 1033—2016《计量标准考核规范》技术文件的建标要求会随时应用到不确定度。比如：计量标准的不确定度、计量标准器的不确定度、检定或校准结果的不确定度、開展的检定或校准项目的不确定度等。计量建标准备资料技术报告不确定度的评定就完整包含了以上信息。

1）计量标准的不确定度和计量标准器的不确定。JJF 1033—2016《计量标准考核规范》中3.6款对计量标准的不确定度专门做了表述。计量标准不确定度是指“在检定或校准结果的不确定度中，由计量标准引入的测量不确定度分量，它包含计量标准器及配套设备引入的不确定度”。可见计量标准器的不确定度是单指由计量标准器所引入的不确定度，计量标准的不确定度是指由计量标准器及其配套设备分别引入的不确定度分量之和，两者是整体与部分、集合与元素的关系，而且计量标准的不确定度才是技术报告不确定度评定中的一个分量。

2）检定或校准结果的不确定度是指用计量标准对常规的被测对象进行检定或校准时所得结果的不确定度，该不确定度不仅包含了计量标准的不确定度，还包含了环境条件、测量方法以及被测对象引入的不确定度，计算时就需要根据实际测量的数学模型具体分析。

3）开展检定或校准项目的不确定度是指建立的计量标准装置对未来被测对象的不确定要求。黏度计量值传递框图中计量标准为二级黏度标准物质，其黏度量值为Urel = 0.26%～2.0% （ k = 2 ），其开展旋转黏度计检定或校准的不确定度则为Urel = 0.5%～10%（ k = 2）。

3.3.2溯源证书的确认中不确定度

技术机构在对计量标准器具进行量值溯源获得校准证书后，必须进行证书确认方可归档开展工作。在得到校准证书后，我们首先要确认溯源机构授权范围（包括不确定度）是否能满足检定校准我们送检标准器要求；其次确认校准证书上的结果（包括不确定度），对应其计量器具校准特性，查看是否符合其说明书上的特性；最后要确认校准数据（包括不确定度）是否能满足JJF 1094—2002《测量仪器特性评定》要求，三者均满足确认才算完成。校准证书确认很完美、很实际地体现JJF 1001—2011《通用计量术语及定义》中4.10条款对“校准”的定义。

3.3.3出具的证书中不确定度

证书是实验室的最终产品，不过检定证书已给出合格与否的判定，其不确定度不多做考虑，此处只讲已通过CNAS实验室认可校准证书的不确定度，因为不包含不确定度的校准证书就是一张废纸。CNAS-CL01-G003：2021《测量不确定度的要求》规定“认可的CMC应是在常规条件下的校准中可获得的最小测量不确定度，其评估应基于现有的最佳仪器”“校准实验室应在校准证书中报告经认可的每个校准结果的测量不确定度，且报告的测量不确定度不得小于认可的CMC”。可以看出CNAS实验室认可校准证书的不确定度与计量建标技术报告中检定或校准结果的不确定度有很大区别。CNAS也要求在常规条件做不确定度，但它需要的是基于最佳仪器，而计量建标只规定常规条件，使用普通仪器即可。所以两者不可混用，更不可替代。

3.3.4计量比对中不确定度

JJF 1117—2010《计量比对》规定比对是指“在规定条件下，在相同量的计量基准、计量标准所复现或保持的量值之间进行比较、分析和评价的过程”。比对考察的是同等级或规定的不确定度范围内的计量标准装置之间量值的关系。比对既考验实验室报出数据的准确性，也关心数据附带的不确定度评定的合理性。可以说在评价比对测量结果质量好坏上，不确定度有时比数据还要重要。

2020年市场监管总局专门发布的《关于加强计量比对工作的指导意见》中强调“强化计量比对结果使用，进一步提升计量比对供给质量和效益，推动完善量值溯源体系、计量监督体系”。近几年国家对计量比对的重视程度越来越高，可能将来量值溯源、计量标准考核、法定计量机构考核、CNAS认可考核中计量器具溯源证书仅作参考，计量比对反而成为量值溯源体系的重要一环。

3.3.5期间核查中不确定度

3.3.6不确定度表示与报告

实验室在完成测量不确定度的分析与评定后，肯定要以报告的形式将其表示出来。不确定度的表示有2种，分别是合成标准不确定度和扩展不确定度。在报告测量结果时，被测量的结果务必与扩展不确定度末位对齐，不确定度一般只能为1～2位有效数字，第1位有效数字是1或2时，需保留2位有效数字，保留的末位有效数字后面一位非零数字的舍入，比较保险的做法是只入不舍。

举例说明：保留2位有效数字，不确定度值为U=0.121 kg，保留2位则U=0.12 kg；保留1位有效数字，不确定度值为U=0.18 kg，保留1位则U=0.2 kg；末位对齐，测量结果为36.577 kg，不确定度为0.2 kg，末位对齐则测量结果应表示为36.6 kg。

4不确定度与质量控制

实验室质量控制就是对检定、校准过程进行监测控制，确保出具的测量结果真实、准确、可靠，而不确定度就是对测量结果的科学表述。市级计量技术机构想通过质量控制提升产品质量管理水平需要做到以下几点：第一，树立不确定度与质量的理念，明确不确定度是质量的重要技术指标；第二，加大对技术人员不确定度知识理论的培训力度，通过学习掌握了解不确定度；第三，加强不确定度应用的管理，确保在业务工作中使用无误。

5总结

测量不确定度是建立在现代误差理论基础的一个新的概念，现代误差理论研究是重要内容，测量不确定度是经过人们的分析和依步骤评定获得，可以对测量结果做出定量判定。相比于测量误差，测量不确定度的可操作性更强，对测量的影响因素分析更全面，对测量结果的表述更科学合理。在市级计量技术机构中，测量不确定度对实验室评价测量结果的准确性和可靠性，实验室质量控制以及实验室风控等方面都有至关重要的作用。为提升人员素质、控制数据质量、降低实验室风险，市级计量技术机构应着实加强对测量不确定度评定与应用的专业知识的学习、理解、掌握与应用。

【参考文献】

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[4]左兆迎，臧海燕，刘娓娓.检测实验室不确定度评定的关键点及控制措施[J].质量与认证，2021（4）：46-48.

【作者簡介】

王伟，男，1986年出生，工程师，研究方向为计量技术管理与标准化。

（编辑：李加鹏）