如何评判测量结果的品质——误差与不确定度辨析之7

  昨日之星 ·  2012-05-08 17:11  ·  54498 次点击
如何评判测量结果的品质——误差与不确定度辨析之7
1测量结果是测量过程的产品
ISO9000给术语“产品”的定义非常简单,产品是“过程的结果”。并以注的形式说明了产品的四个类型:服务、软件、硬件、流程性材料。
测量过程是“过程”的一种,通过测量过程的实施,产生的结果是“测量结果”,简言之,测量结果是测量过程的结果,因此,测量结果是测量过程的“产品”。工艺监视、质量检验、产品试验、科学实验、物资称量、能源抄表、安全检测、环境监测、计量检定、计量校准、精密测试,……,可以举出许许多多的测量过程,这些过程产生的结果,统称为“测量结果”,质量检验报告和检定/校准报告都是测量结果的表现形式之一,都是测量过程的“产品”。
2产品的品质好坏用“质量”高低来评判
ISO9000说,产品质量是产品的“一组固有特性满足要求的程度”。这里的“要求”是顾客对产品的要求,产品的要求是预先约定的,是顾客或者产品设计者根据产品的功能要求主观设定的,这个要求一般均限定在一个允许的范围内。评价产品质量的合格与否,就是看产品的“固有特性”是不是在这个限定的允许范围内。同样的,“误差范围”属于“要求”,“误差”属于“特性”。
3测量结果的质量用什么来评定
测量结果作为一种产品,同样有自己的“一组固有特性”。这“一组”固有特性最重要的是由“准确性”和“可信性”两大特性组成。
测量结果的准确性是指测量结果偏离被测量的真值到底有多远,这就是我们常说的“误差”概念。误差是测量结果与被测量真值的差,它定量的描述了测量结果的准确性高低。
测量结果的可信性反过来说称为“可疑度”,反映了测量结果在多大程度上值得我们怀疑,这就是测量结果的“不确定度”。其定义是“表征合理地赋予被测量之值的分散性,与测量结果相联系的参数”。后半部“与测量结果相联系的参数”是说不确定度是评价测量结果好坏的参数。前半部“表征……被测量之值的分散性”是说不确定度描述一个分散性范围或者区间,,这个区间宽度是“被测量”之“真值”所可能存在的宽度。合起来就是说,不确定度是用被测量真值可能存在的区间宽度来定量描述被测量测量结果的可疑度。至于“合理地赋予”则是一方面提醒测量者在评估测量结果的可疑度时要慎重,要有依据,要合理。另一方面也提醒测量结果的使用者在使用测量结果时,不要超范围使用,超范围使用测量结果将是不可靠的,是危险的。再一方面就是告诉测量方案的设计者,设计的测量方案应该合理,应该确保在满足顾客测量要求的前提下尽量兼顾测量成本。
4判定测量结果的质量是否合格的依据是什么
前面了解了测量结果有准确性——误差和可信性——不确定度两个固有特性,那么这两个特性达到什么程度才能判定测量结果合格呢?请注意是判定测量结果的合格性,不要与判定被测参数的合格性混淆。测量结果合格才能用于被测参数合格性的判定,测量结果不合格就可能引起被测参数合格性的误判,造成不堪忍受的风险。
日常测量工作中,判定测量结果合格与否只要判定其是否“可信”就行,是“不确定度”的大小,而不用准确性或“误差”的大小。人们通过测量不确定度的评估结果与被测参数控制限(或允差、公差)的比值来了解该测量结果的可信性是否达标。判定标准是测量结果的不确定度应该小于被测参数控制限的1/3至1/10,这就是著名的三分之一原则。
因为一般情况下,使用的测量设备的“误差范围”(示值误差允许值)给测量结果引入的不确定度分量占据了测量结果不确定度的绝大部分,约占90%,因此在测量现场,人们最简捷的判定标准就简化为:测量设备的“误差范围”必须小于被测量控制限的1/3。此处的测量设备“误差范围”实际上是代替了测量结果的“不确定度”在使用,是因为它们在数量级上近似相等,概念上必须加以区分。我认为这才是造成计量界许多朋友把“误差”、“误差范围”、“不确定度”相混淆的根源所在。
5“误差”在计量纠纷仲裁中具有不可替代的作用
测量结果的准确性,即测量结果的“误差”,测量者并不知晓,如果知晓,只有傻子才不把被测量的“真值”作为测量结果交付“顾客”。对于测量结果的使用者,也没有必要知道“误差”,他只要把测量者给出的测量结果当成“真值”使用,去与被测量的控制限比较决定被测参数是否合格就行了,前提条件是测量结果“可信性”合格即可。
那么日常测量工作中“误差”就一点都不需要了吗?否!
在日常测量活动中,出于经济利益和其他原因,“计量纠纷”是时常发生的,仲裁两个或者两个以上测量结果的准确性就是必不可少的一项任务了。这个时候必须找到被测量的“真值”,而根据“误差理论”,任何测量结果均有误差,找到真值是不可能的,于是才提出了“约定真值”的概念,大家约定一个用比被仲裁的测量结果更准确的测量结果作为真值,通常是找具有更高测量准确度的法定计量技术机构对被测参数测量,以其测量结果为约定真值。然后,每一个被仲裁的测量结果和这个约定真值相减,从而判定哪一个测量结果更准确,以“误差”最小的那个测量结果“胜诉”,败诉方应该按“误差”大小给胜诉方以补偿或者赔偿。如果败诉方不服进行上诉,那么这个所谓的约定“真值”就不再是真值了,就下降为被复审的“测量结果”,上级执法机构必须另外再找一个比该“约定真值”准确度更高的测量结果作为复审使用的新的“约定真值”,分别计算出各测量结果的“误差”。
因此“误差”在处理计量纠纷案件的仲裁活动中举足轻重,具有不可替代的作用。
日常使用“误差”的场合还有一个情况是它的反号“修正值”。使用了修正值并不等于找到了“真值”,带有修正值的测量结果仍然脱离不了“测量结果”的本性,这个测量结果仍然存在“误差”。使用了修正值的测量结果离被测量真值的距离更近了,更接近于被测量真值,测量结果的“准确性”大大提高了,准确性变好了。可是正因为使用了修正值,修正值的获得是另一个测量过程,这个测量过程可疑度给测量结果带来了又一部分可疑度,测量结果的可疑度增加了,可信性降低了,测量不确定度变差了。

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