游标卡尺不确定度评定置疑——计量中不确定度评定的弊病(2)

游标卡尺不确定度评定置疑
——计量中不确定度评定的弊病(2)
史锦顺
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说明:本文所引材料,《不能实用的实用评定》一文已引过,也评论过。这里再次提出,是因为笔者近些日子看到一本书:《校准领域测量不确定度评估指南》,提出者是中国合格性评定国家认可委员会。如果说上次谈论的是一般书籍的学术问题的话,这里再谈,规格就升级了,尽管仍然是学术问题,却是“指南”,那就有规定的色彩。鉴于提出者(实际是引用者)中国合格性国家认可委员会的崇高地位,就有必要再重复一次,有些话说得更重些。一是表明学术观点,同时也是向国家权威部门的提意见与申述,也可以叫“告状”,国家如此庄然、权威的机构,必须对自己的文件的正误负责、对在全国的实际计量工作的作用负责。
(一)不确定度评定实例 游标卡尺
中国合格性评定国家认可委员会 编译《校准领域测量不确定度评估指南》(CNAS-GL09:2008)p42;倪育才:《实用不确定度评定》p150)实例 游标卡尺的校准(根据欧洲认可合作组织提供的实例改写)

CNAS-GL09:2008)p42(倪书《实用不确定度评定》p150)摘抄
一、测量原理
用一级钢量块作为工作标准校准游标卡尺。主尺的测量范围为150mm,主尺的分度间隔为1mm,游标的分度间隔为1/20mm,故读数分辨力是0.005mm.
用标称长度在(0.5--150)内不同长度的量块作为参考标准来校准卡尺的不同测量点,例如0mm,50mm,和150mm.但所选量块长度应使它们分别对应于不同的游标刻度,例如0.0mm,0.3mm,0.6mm和0.9mm。
本实例对用于外径测量的游标卡尺校准进行测量不确定度评定。校准点位150mm。-
二、数学模型
卡尺的示值误差Ex可表示为:
Ex=Lix-Ls+δLix+δLM+温度项
式中:
Lix——卡尺的示值
Ls——量块的长度
δLis——卡尺有限分辨力对测量结果的影响
δLM——机械效应,如测量力、阿贝误差、量爪测量面的平面度和平行度误差等对测量结果的影响
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三、输入量标准不确定度的评定和不确定度分量
(1)测量Lix
进行了若干次重复测量,未发现测量结果有任何发散,故读数并不引入任何有意义的不确定度分量。对于150mm量块的测量结果为150.10mm.于是其示值误差Ex以及读数引入的标准不确定度为
Ex=150.10mm-150mm=0.10mm
u(Lix)=0
对应的不确定度分量-
u1(Ex)=0
(2)工作标准Ls
作为工作的量块长度及其扩展不确定度由校准证书给出。由于在计算中使用量块的标称长度而不是实际长度,并且量块的校准证书符合一级量块的要求,故其中心长度的偏差应在±0.8μm范围内,并假定其满足矩形分布。于是其标准不确定度为:
u(Ls)=0.8μm / (√3)=0.462μm
灵敏度系数为1,故对应的不确定度分量为
u2(Ex)=0.642μm
(3)温度差(分析略)
u3(Ex)=1.99μm
(4)卡尺分辨力δLix
卡尺刻度间隔为50μm,故可以假设分辨力对测量结果的影响应满足误差限为±25μm的矩形分布,灵敏度系数为1,于是对应的不确定度分量为
u4(Ex)=25μm / (√3) = 14.4μm
(5)机械效应δLM
机械效应包括:测力的影响、阿贝误差 以及动尺与尺身的相互作用等,此外还有量爪测量面的平面度、平行度以及测量面相对于尺身的垂直度等。估计这些影响合计最大为±50μm并假定满足矩形分布。由于灵敏系数为1,于是对应的不确定度分量为
u5(Ex)=50μm / (√3) = 28.9μm
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合成标准不确定度
uc(Ex)=√(0.462^2+1.99^2+14.4^2+28.9^2)=32.4μm
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扩展不确定度
由于最后的合成分布不是正态分布,而是上、下底之比为β=0.33的梯形分布,而梯形分布的包含因子k95=1.83,于是
U95(Ex)=1.83 × 32.4μm = 0.06mm
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CNAS(原文):结果报告
在150mm测量点,卡尺的示值误差是 Ex=(0.10±0.06)mm

(二)史锦顺对此评定的评论
这个评定样板,是欧洲合格性合作组织给出的,又经中国国家合格性认可委员会的推荐为“指南”,因此,权威性很高。倪育才的书也全文引用。吹得很高,实际是个全盘错误、根本错误。方法本身就不对;实际的评定更错。
1 胡乱估计
测量、计量是实验技术。测量靠仪器,计量靠标准。一切凭实测数据说话。计量是保证测量准确的社会行为,计量权威的基础,是实验事实、是测量结果。计量是社会公证:第一符合实际,第二符合法律,第三对用户负责,不把不合格的仪器误判成合格,第四对生产厂家负责,不把合格仪器误判为不合格。
中国合格性评定国家认可委员会所引用的欧洲合格性合作组织的样板评定,即倪书所引的不确定度评定的上述过程,主要部分δLM,纯属胡乱估计,是瞎编。
2 离奇的结果
本评定的最后结果是被检游标卡尺的示值误差为(0.10±0.06)mm,就是说,此游标卡尺的示值误差的可能值是0.04mm到0.16mm。也就是说,此卡尺示值误差的最大可能值为0.16mm。而我国的国家标准规定,此类卡尺的允许误差是±0.05mm。
卡尺国标与卡尺检定规程,都规定量程150毫米、分辨力0.05毫米的卡尺,最大允许误差是0.05毫米。而此例的评定结果却是示值误差最大可能为0.16毫米。竟相差3倍多。是产品真的不好,还是评定方法不对?我看是:1 瞎编数据;2 不确定度评定方法错误。根本就不能进行此种评定;照此评定法,就不会有任何一把卡尺合格。计量本身的不确定度已是0.06mm,而其误差最大允许值是0.05,二者之差已是负值,已没有合格的通道。
3 要害问题是抛开实测
此不确定度评定中,影响最大的项是第5项即机械效应项。
为什么估计量是±50μm?为什么不估计为10μm?又为什么不估计为100μm?大了小了,都是没有根据的废话。计量工作,居然编造数据,不仅无理,而且荒唐。如此荒唐的编造,竟成为中国国家合格性认可委员会的标准文件的样板,真让人没法说话……。
4 不合理的重复
测量的示值离散性、有限的分辨力、卡尺制造中的机械结构的不完善,这些产生测量的因素的作用,必定表现在测量结果的偏离性与分散性上。也就是说被检仪器的各种误差因素的影响必将体现于它们引入的系统误差上与随机误差上。如果不体现在测量结果上,那就是没有这些因素的作用。虑及误差因素在某些点上可能相互抵消,那就要恰当选点、多选点,使其暴露(更精密的测量仪器要进行重复测量)。总之要靠实测,实测的随机误差与系统误差,就是各种误差因素的最终效果。不能另行评定,第一,不实测而评定是瞎评;第二,另评定是重计。
抛开实测而讲究评估,是不确定度评定弊病的根源,是根本性的错误。误差理论讲究实测,一切凭数据说话;不确定度评定是评估,是脱离实际、否定个性的作法,能实际动手测量而空口搞估计,是思想路线的错误,是计量历史的一次大倒退。
这个评定错误不是中国人的错,评定是欧洲人做的,查不到作者。这是不确定度论本身的错。国家合格性认可委员会不该把它当成好东西向读者推荐,更不该当做“指南”。
5 归属问题
检定或校准中,对误差的测量结果,由被检测量仪器与计量标准共同构成。计量者必须分割这二者,才能做出正确的判断。分割的方法就是预先设计方案,使计量标准的影响很小,可以忽略。要求计量中必须满足条件:标准的误差范围与被检测量仪器的误差范围的标称值之比小于等于q,q是计量中的等级比,是计量的必备条件。一般q取1/4,时频界取q为1/10。(有些行业取q为1/3,随着技术的发展,该减小此值。)
测量仪器与计量标准两项共同构成测量结果,其中标准项的影响可略,这就有效的分离了二者,可以认定误差的测量结果是属于被检测量仪器的。更严格的表达是把标准的影响视为误差测量时误差,而表达在合格性判别的公式中,参见上文判别式(4)。
│Δ│max≤MEPV-R(N) 上文(4)
本例不确定度的评定,把本属于被检仪器性能的分辨力、机械不良效应,进行另外的计量不确定度中,在判别式中列入右边的项目中,即上文判别式(3)的U95中,这就完全放错了位置。
│Δ│max≤MEPV-U95 上文(3)
测量仪器的分辨力、机械效应,客观上已实际体现于左边的│Δ│max中,有多大,是实测时必当表现出来的(操作者选用方法,包括多点测量、重复测量、标准的量值细度设置等)。所评U95中的极小一部分,标准与辅助仪器的误差是该有的、正确的;而其中的主要部分,被检仪器的重复性、分辨力、机械效应项以及温度效应项,评定时放在U95中,又必然在合格性判别中放在右边,那就成了合格性判别的标准项。这里很容易看出,这些项作为对仪器的性能要求已体现在MEPV中(这是规格的要求),检定就是实测性能是否符合规格要求,左边是实测的性能。左边小于右边则合格。本例游标卡尺的计量,把本应包含在左端的性能,另列出,加在U95中,这就必然减小卡尺的合格性的通道,使大量本来合格的卡尺不能判为合格。造成计量工作的失误。更有甚者,本样板胡乱评估机械效应项,使此种卡尺全部不能判为合格。对计量来说,就是严重的失职,是不可容忍的错误。
上次,规矩湾先生承认对机械效应项估计过大,是错误的;但他认为估计小些就可以了。我认为此处本不该包括此项,估计大还是小,都是不当的。况且作为规范,可以容忍人们随意去估计大小,这本身就已失去规范的意义。
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(三)误差理论下的卡尺检定
1 明确卡尺的技术性能指标。查看国标《GB/T 21389-2008》、《通用卡尺检定规程 JJG 30-2012》此类卡尺的示值误差允许范围是0.05毫米,即MEPV=0.05mm。
2 选用标准。检定卡尺的标准就是量块。卡尺检定时的计量误差,就是量块的误差范围指标值。各等各级量块的规格,都远远满足卡尺检定的要求。设量块的误差范围是R(N),要求R(N) ≤MEPV/4.
3 按卡尺检定规程《JJG 30-2012》执行。
用卡尺测量量块,在六个点上,测得的卡尺示值与量块的标称值的最大示值差为 │Δ│max,只要:
│Δ│max≤MEPV-R(N)
判卡尺合格;否则不合格。
2012年的这个规程《JJG 30-2012》,注意这是在推行不确定度论19年之后,竟没受不确定度论的影响,还是按误差理论的惯例办事,好得很!
老史写文章置疑不确定度评定;检定规程《JJG 30-2012》用行动抵制不确定度评定。好!异曲同工;编者们比老史的贡献大的多。谢谢敢于实事求是、坚持真理的编者们,也顺便向批准此项检定规程的国家质检总局致敬。
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CNAS所推荐的权威不确定度评定的“游标卡尺的校准”是个错误的评定,名曰“实例”,实则虚构。要害是评定方法错误,不可实际应用。谁用谁上当。
这个评定样板说明:计量中的不确定度评定,是画蛇添足,毫无意义。本来简单、规范、明确的计量检定工作,被弄得很复杂、错误。排除不确定度评定的干扰!
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