關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)砝碼檢定中幾個(gè)問(wèn)題的探討

   標(biāo)準(zhǔn)砝碼檢定和校準(zhǔn)工作都是為了解決計(jì)量量值的溯源問(wèn)題，除了強(qiáng)檢目錄中的計(jì)量器具必須通過(guò)計(jì)量部門(mén)強(qiáng)制檢定外，校準(zhǔn)工作越來(lái)越普遍。我們?cè)谌粘９ぷ髦薪?jīng)常會(huì)遇到以下三方面問(wèn)題，現(xiàn)加以討論以期引起大家注意。

一、標(biāo)準(zhǔn)砝碼校準(zhǔn)中的測(cè)量不確定度

按照現(xiàn)行有效的技術(shù)文件定義，校準(zhǔn)是在規(guī)定條件下的一組操作，確定由測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)提供帶有測(cè)量不確定度的量值與相應(yīng)帶有測(cè)量不確定度的示值之間的關(guān)系。

由測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)提供的量值及其測(cè)量不確定度，不僅與實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)量值的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)儀器或系統(tǒng)有關(guān)，同時(shí)與測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的運(yùn)行條件、測(cè)量程序甚至與標(biāo)準(zhǔn)量值的定義相關(guān)，對(duì)其相應(yīng)需確定關(guān)系的示值及測(cè)量不確定度也是一樣。這就是校準(zhǔn)關(guān)注的是量值而不是測(cè)量?jī)x器的原因。

一般情況下，校準(zhǔn)確定關(guān)系是由兩個(gè)測(cè)量過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)，分別由測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量系統(tǒng)對(duì)相同的一個(gè)或多個(gè)典型量進(jìn)行測(cè)量，相應(yīng)的測(cè)量結(jié)果表征帶有測(cè)量不確定度的標(biāo)準(zhǔn)量值和相應(yīng)帶有測(cè)量不確定度的示值。因此，校準(zhǔn)中的測(cè)量不確定度應(yīng)當(dāng)是標(biāo)準(zhǔn)量值和對(duì)應(yīng)示值的測(cè)量結(jié)果的測(cè)量不確定度。

標(biāo)準(zhǔn)量值的測(cè)量不確定度的一個(gè)合成分量為測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的儀器測(cè)量不確定度，這在測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)定義中已說(shuō)明，也是量值及測(cè)量不確定度必須在測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)使用的當(dāng)時(shí)確定的理由。在一些特殊條件下，比如測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)物量具（砝碼、量塊等）或標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)量值的測(cè)量不確定度與測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的儀器測(cè)量不確定度可以是統(tǒng)一的。

校準(zhǔn)中標(biāo)準(zhǔn)量值和相應(yīng)示值的關(guān)系一般用對(duì)應(yīng)表格形式給出，尤其是同類量校準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)量值與相應(yīng)示值是相等關(guān)系。順便指出，校準(zhǔn)圖、校準(zhǔn)曲線是定義示值和測(cè)量結(jié)果或測(cè)得值間的關(guān)系，對(duì)應(yīng)校準(zhǔn)定義中第二步的操作。

二、 標(biāo)準(zhǔn)砝碼校準(zhǔn)中的示值誤差

在JJF1001-2011《通用計(jì)量術(shù)語(yǔ)及定義》中，概念術(shù)語(yǔ)示值誤差屬于測(cè)量?jī)x器特性的范疇，定義為“測(cè)量?jī)x器的示值與對(duì)應(yīng)輸入量參考量值之差”，與之相關(guān)的[測(cè)量?jī)x器的]最大允許測(cè)量誤差概念術(shù)語(yǔ)修訂為最大允許測(cè)量誤差。在ISO/IEC GUIDE 99：2007《國(guó)際計(jì)量學(xué)詞匯—基礎(chǔ)和通用概念及相關(guān)術(shù)語(yǔ)》中，沒(méi)有示值誤差的概念術(shù)語(yǔ)，但在現(xiàn)行的各種計(jì)量規(guī)程規(guī)范的應(yīng)用中，示值誤差與儀器偏移概念術(shù)語(yǔ)的結(jié)果是重合的。

示值誤差或儀器偏移是計(jì)量?jī)x器測(cè)量系統(tǒng)的重要特性，在規(guī)定的范圍內(nèi)對(duì)測(cè)量的影響貢獻(xiàn)給測(cè)量結(jié)果的測(cè)量不確定度，但超出規(guī)定的范圍應(yīng)當(dāng)依據(jù)示值誤差或儀器偏移對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的示值進(jìn)行調(diào)整或者修正。

校準(zhǔn)的基礎(chǔ)是不確定度法，校準(zhǔn)的目的是測(cè)量結(jié)果的計(jì)量溯源。但校準(zhǔn)也可以用來(lái)評(píng)定計(jì)量?jī)x器的特性。就一般校準(zhǔn)而言，由測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量系統(tǒng)對(duì)典型量進(jìn)行測(cè)量，兩個(gè)測(cè)量結(jié)果的測(cè)得值之差等效為示值誤差；這在多種計(jì)量規(guī)程規(guī)范中得到應(yīng)用，顯然在校準(zhǔn)中要求評(píng)定示值誤差或儀器偏移是有必要性的。

然而，用校準(zhǔn)評(píng)定測(cè)量?jī)x器特性，并將這些特性作為被測(cè)量去測(cè)量，同時(shí)評(píng)定測(cè)量不確定度，這種方式并不適宜。因?yàn)閷?duì)測(cè)量?jī)x器特性評(píng)定的重要目的之一是評(píng)定測(cè)量?jī)x器的測(cè)量不確定度，測(cè)量?jī)x器特性對(duì)測(cè)量的影響量作為分量均應(yīng)貢獻(xiàn)給測(cè)量?jī)x器的測(cè)量不確定度。這些分量如果有不確定度的話，對(duì)于測(cè)量?jī)x器的測(cè)量不確定度也是高階不確定度，而且有些特性表述本身就是測(cè)量分散性，如儀器的重復(fù)性、穩(wěn)定性等。

現(xiàn)在流行的，從計(jì)量器具檢定過(guò)程中衍生過(guò)來(lái)的，將儀器示值誤差的評(píng)定作為校準(zhǔn)中的測(cè)量模型，其結(jié)果尤其是不完整的測(cè)量不確定度評(píng)定在測(cè)量中得不到應(yīng)用。用術(shù)語(yǔ)儀器偏移代替示值誤差而對(duì)儀器偏移進(jìn)行評(píng)定，依據(jù)評(píng)定結(jié)果對(duì)儀器示值進(jìn)行調(diào)整或修正，可能是校準(zhǔn)在測(cè)量?jī)x器評(píng)定中滿足客戶要求的一種方式。

三、標(biāo)準(zhǔn)砝碼校準(zhǔn)中的測(cè)量模型

同類量校準(zhǔn)通常包含一個(gè)或多個(gè)測(cè)量過(guò)程，建立相應(yīng)的測(cè)量模型必須有明晰的測(cè)量方法和測(cè)量程序。當(dāng)被校準(zhǔn)示值由實(shí)物量具提供，此示值是上一校準(zhǔn)周期對(duì)量具帶測(cè)量不確定度的賦值，此時(shí)校準(zhǔn)操作應(yīng)是確定由測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)提供帶有測(cè)量不確定度的量值，其測(cè)量過(guò)程就是用測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)實(shí)物量具進(jìn)行直接測(cè)量，測(cè)量結(jié)果作為約定量值與實(shí)物量具原賦值比較建立關(guān)系。這一校準(zhǔn)的測(cè)量模型實(shí)例是量塊校準(zhǔn)，可以參見(jiàn)JJF1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》和其他不確定度文獻(xiàn)。

當(dāng)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)帶有測(cè)量不確定度的量值由實(shí)物量具或者有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)提供，用校準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器提供的示值時(shí)，通常已經(jīng)完成賦值于標(biāo)準(zhǔn)量值及其測(cè)量不確定度的測(cè)量，此時(shí)校準(zhǔn)的測(cè)量模型是測(cè)量?jī)x器對(duì)實(shí)物量具或標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的約定量值進(jìn)行直接測(cè)量，其測(cè)量結(jié)果作為被校準(zhǔn)示值與約定量值建立關(guān)系。在示值的測(cè)量不確定度評(píng)定中，約定量值的測(cè)量不確定度可視為被測(cè)量的定義不確定度，作為示值測(cè)量不確定度的分量參與合成，這就是計(jì)量溯源性中校準(zhǔn)鏈每項(xiàng)校準(zhǔn)引入測(cè)量不確定度的根據(jù)。

當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)量值和測(cè)量?jī)x器示值及各自測(cè)量不確定度必須在測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量?jī)x器使用的當(dāng)時(shí)確定，這類校準(zhǔn)有兩個(gè)測(cè)量模型，分別由標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量?jī)x器對(duì)典型參量實(shí)施測(cè)量，典型參量由測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)或測(cè)量?jī)x器或獨(dú)立的傳遞測(cè)量裝置提供。兩個(gè)測(cè)量結(jié)果分別確定帶測(cè)量不確定度的標(biāo)準(zhǔn)量值和相應(yīng)儀器示值，進(jìn)而建立相互之間的關(guān)系。

在測(cè)量結(jié)果的計(jì)量兼容性中得到儀器示值和相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)量值之差，差值的絕對(duì)值除以該差值的擴(kuò)展合成不確定度，類似于計(jì)量比對(duì)中En值，其結(jié)果可能是儀器示值調(diào)整的依據(jù)。

四、標(biāo)準(zhǔn)砝碼結(jié)語(yǔ)

校準(zhǔn)的本義是獲得測(cè)量?jī)x器示值及其測(cè)量不確定度，同時(shí)獲得對(duì)應(yīng)的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)量值及其測(cè)量不確定度，再確定相互之間的關(guān)系，進(jìn)而建立應(yīng)用測(cè)量?jī)x器獲得測(cè)量結(jié)果包括評(píng)定測(cè)量不確定度的測(cè)量程序。校準(zhǔn)也可以被應(yīng)用來(lái)進(jìn)行測(cè)量?jī)x器特性評(píng)定，評(píng)定的結(jié)果作為測(cè)量?jī)x器調(diào)整的依據(jù)，當(dāng)然測(cè)量?jī)x器調(diào)整后必須再校準(zhǔn)。