不确定度评定的十条弊病(6) —合格性误判...

-


                     

                      不确定度评定的十条弊病(6)
                                                                      ——合格性误判
-      
                                                                                                                 史锦顺
-
9  合格性误判

（一）计量的误差
      计量中，以标准的标称值，作为标准值，来判别被检测量仪器的合格性。
      用被检仪器测量计量标准，设示值为M，标准的标称值为B，真值为Z，则视在误差元（以标准标称值为标准值）为：
               r(视) = M–B
      真误差元（以标准的真值为标准值）为
               r(真) = M–Z
      计量的目的是求得r(真)，而得到的是r(视)，故计量的误差元r(计)（求知误差时的误差）为
               r(计)=r(视) –r(真)
                      =M–B –(M–Z)
                      =Z–B
                      =r(标)
      计量的误差元r(计)等于标准的误差元r(标)。
      误差元的绝对值的一定概率意义下的最大可能值是误差范围，计量的误差范围为
             |r(计)|max= |r(标)|max
                R(计)=R(标)                                                                   （1）
      R(计)是计量的误差范围，R(标)是标准的误差范围。
      （1）式表明：计量的误差范围等于计量所用标准的误差范围。计量的误差与被检仪器的误差无关。
-
（二） 误差理论意义下的合格性判别
     1 标准选用
      设被检测量仪器的误差范围指标是R(仪，标称)，若：
                R(标) ≤ R(仪，标称)/4                                                     （2）
则检定标准符合要求。
-
      2 操作方法
      被检仪器的视在误差范围为：
              R(视) = |r(视)|max =|M–B|max
      计量中，是用视在误差范围来当做仪器的真误差范围。如上式，视在误差范围是视在误差元 r(视)的绝对值的最大可能值，因此必须找|M-B|max。这是计量工作中的重要操作（现在的检定规程常常忽略）。
      找|M-B|max的方法有几种。
      1 对量程的选定点，重复测量N次，得M(i)，求M(平)与σ。则该测量点有
              |M-B|max =|M(平) –B|+3σ
      在选定的各检测点，重复测量。逐点给出视在误差范围。或选其中的最大者为全量程的视在误差范围。
      2 简化方法1：σ只在一个检测点上进行，而平均值各点都测。
      3 简化方法2：不算平均值也不算σ，只取各测量点的视在误差元的最大值。
-
      3 合格性判别
  当
              |M―B|max ≤ R(仪，标称) ― R(标)                                    （3）
      则被检仪器合格。
      与（3）式等效的表达式又记为：
              |Δ|max ≤ MEPV ― R(标)                                                  （4）
      Δ是被检仪器的视在误差元r(示)；MEPV是最大允许误差，即被检仪器误差范围指标值R(仪，标称)；R(标) 是所用计量标准的误差范围。
-
（三）现行不确定度论的合格性误判
     计量规范《JJF1094-2002》规定
      “合格判据
      被评定测量仪器的示值误差Δ的绝对值小于或等于其最大允许误差的绝对值MPEV与示值误差的扩展不确定度U95之差时可判为合格，即：
               |Δ| ≤  MEPV ― U95                                                                                    （5）
为合格。”
-
     现行计量规范的合格性判据，包含有U95，显然属不确定度理论。
      不确定度理论的合格性判据（5）与误差理论的合格性判据（4），差别有两点。按误差理论，要找示值误差元的最大值，而不确定度理论忽略了这一点。更重要的一点是，误差理论的门限控制量（安全裕度）是标准的误差范围R(标)，而不确定度理论的门限控制量（安全裕度）是U95。
-
      U95是示值误差的扩展不确定度。按不确定度计量评定的模型
               EX= X―B                                                                          （6）
               ΔEX =ΔX(分辨)+ ΔX(重复)+ ΔX(其他) ―ΔB(标)                   （7）
      ΔEX 是要评定的不确定度（元），ΔX(分辨)表示被检仪器分辨力因素，ΔX(重复)表示“用测量仪器测量计量标准”时读数的重复性，ΔX(其他)是被检仪器其他因素的影响。
      由（7）式评得的U95，大致由两部分组成，一部分是标准的问题，而大部分是被检仪器的问题。约略地分为两部分为：
               U95 = [ΔX(分辨)+ ΔX(重复)+ ΔX(其他) ] + R(标)               （8）
      将（8）式代入（5）式，有
|Δ|≤MEPV―[ΔX(分辨)+ ΔX(重复)+ ΔX(其他) ]―R(标)                  （9）
|Δ|+[ΔX(分辨)+ ΔX(重复)+ ΔX(其他) ]≤MEPV―R(标)                  （10）
      将（10）式与误差理论的判别式（4）相比，左侧的示值误差（视在误差）多出ΔX(分辨)、ΔX(重复)、ΔX(其他)这些项；而这些项，都必定体现在示值误差Δ中，因此，是重复计算了。
       将（9）式与误差理论的（4）式相比，合格性门限通道宽度，本来是MPEV-R(标)，一下子减去那许多本不该有的项，合格通道就严重变窄了，于是，一些本来合格的仪器就不能判为合格了。
-
      合格性误判的第一个例子，是欧洲合格性组织的“卡尺校准的不确定度评定”。按此评定，全世界的卡尺都不能判为合格。这显然是错误的。
      按不确定度论的合格性判别，就没法检定数字式频率计。数字式频率计的低量程段，测量误差范围等于分辨力误差。U95必定大于分辨力误差，按判别式（5）右端为负值，频率计示值误差的绝对值小于一个负值，是不可能的，因此也就没法判断数字式频率计是合格的。这说明，不确定度理论的合格性判别，不合理。一部分可能是误判，有些则没法检定。
-

回复 10# njlyx


    最后那个式字编号应为（5）

回复 4# 史锦顺


    对于   【    Δ|max ≤ MEPV ― R(标)                                                  （4）
                      |Δ| ≤  MEPV ― U95                                                                                    （5） 】
     
       如果其中U95 的“含义”及“评估”正确——它是检定所得误差Δ的‘测量不确定度’、常规情况下就应是检定所用标准（器）的‘不确定度’，那么，（4）、（5）式的思路是一致的，但（5）式取U95 是与MEPV不协调的，应取U99才合适。

     若如此（U99取代U95 ，且U99 的“含义”及“评估”如前述那样正确），则相应的（4）、（5）式要求是一致的，都是“强势”（或者说“霸道”）的严格‘合格要求’——将检定手段的不如意‘完全’怪罪于被检定对象了——对被检定对象而言，是显失公平的；不过能‘最大程度的’避免将实际超差的东西误判为‘合格’。

回复 9# 史锦顺


    那个U95好像是有点扯淡............“检定”时，被检仪器的示值X应该是“确定量”【只要"检定"时的状态与实际测量"工作"时的状态一致】，不确定的通常只有提供“真值”的标准（器）！

记 B--“检定”所用标准（器）标称值；Z--“检定”所用标准（器）的真值；X--被“检定”仪器的示值X；
       △X=X-Z....（1）....被“检定”仪器的示值误差（真值）----不确定量，其中X是“确定”的已知量，Z是“不确定”的未知量；
       △B=B-Z.... （2）....“检定”所用标准（器）的量值误差----不确定量，其中B是“确定”的已知量，Z是“不确定”的未知量；
       △=X-B..... （3）... 被“检定”仪器示值误差的测得值（‘检定’所得）---- “确定”的已知量！！！     
由（2）得Z=B-△B代入（1）可得
      △X=X-B+△B....(4)
将（3）代入（4）可得
                                △X=△+△B....(4)
-----“检定”时，被检仪器的示值误差△X中的“不确定量”通常只有△B！

                        致网友


      合格性判别，对计量工作来说，是一件大事。
      现实的情况是：一些按判别式（4）可以判为合格的仪器，而按判别式（5），就不能判为合格。到底是（4）式对，还是（5）式对？
      我认为：
      1 判别式（4）能推导，物理意义清晰，是正确的。搞计量必备够格的计量标准，这个要求是必要的、合理的。
      2 判别式（5）不能推导。重复计入被检仪器性能参数，公式本身就不对，不能当合格性判别式。
      3 国家规范把（5）式当合格性判别式是错误的。造成有些误判，有些无法判别。应该改正。
-
      合格性判别公式是实际计量工作的依据，不是一般的学术争论。请网友关注并发表自己的意见。
-

           更正

     最大允许误差(绝对值)的符号应为MPEV,我在1#文中写错，特声明更正。

回复 4# 史锦顺

　　符合性（史老师所说的合格性）判别，正如史老师所说是测量（包含检定/校准）工作的大事，也是测量的目的。因此，使用什么样的测量结果来判别被测参数是否合格就是计量工作者最为关心的问题之一，这也就是研究不确定度和不确定度之所以诞生的原因。
　　只有在测量结果的可疑度可被忽略不计的条件下，才可用该测量结果判别被测参数合格与否。而当测量结果的可疑度较大而不可以被忽略的时候，要么废除该测量结果，要么压缩被测参数的符合性判定指标（控制限T），当测量结果严重不可信时就必须废除该测量结果重新测量。
　　在测量结果的可疑度可以被忽略不计的条件下，可直接用该测量结果判别被测参数的符合性，判定的公式就是  |Δ|max ≤ MEPV。对于检定过程，|Δ|max ＝测量结果（仪器显示值）绝对值最大值|a|max－计量标准值R(标)，则被检仪器符合性判别式为|a|max≤MPEV＋R(标)，而非|Δ|max ≤ MEPV－R(标)。因为MPEV是允差绝对值，远远小于R(标)， MEPV－R(标)永为负值，|Δ|max 永为正值，正值≤负值永远不可能发生。
　　判别式(5)则是测量结果的可信性不合格但还没有达到极端不可信的程度时，为了节约测量成本，仍然想使用这个不合格测量结果来判别被测参数的符合性，而不得不采取的措施，这个措施就是压缩被测参数的控制限T，相对名义值的允差正负相等时T＝2MPEV，其实|Δ|max≤MEPV―U就是|Δ|max≤T/2－U。T/2－U就是压缩后的MPEV′，MPEV′＝T/2－U＝MPEV－U。此时，被测参数符合性的判定式变为|Δ|max≤MPEV′，或|Δ|max≤MEPV―U，或|Δ|max≤T/2－U。给出这个判别式(5)并非JJF1094的职责，但国家规范JJF1094无意之中把(5)式当合格性判别式给出是完全正确的，只有这样才能避免使用测量结果造成的误判，才能避免测量风险的发生。

回复 5# njlyx


      先生注意到U95与U99同MPEV的搭配问题，是重要的。
      但更重要的是U95(U99更甚)与计量标准的误差范围R(标)的差距十分大，当前评定的U95，包含被检仪器的分辨力、重复性、温度影响，等等，U95要比R(标)大得多。
      理想的计量条件是R(标)为零，这不可能；于是要求R(标)尽可能小。要求R(标)/MPEV≤q,时频界取q为1/10，国际上大多数取q为1/4（我国过去一度取q为1/3，偏大）。计量标准的误差范围，就是计量的误差，为减小计量误差，就要选用误差范围小的计量标准。以上这些，是正常的、正确的。
      当前的计量规范，即规定了合格性判别的标准项是“MPEV-U95”，又规定了U95的评定方法，因此，误差理论的判别式与不确定度理论的判别式就大不相同了。
      误差理论的判别式是严格的，把计量的误差算在被检仪器上，是为了保险。
      不确定度理论的判别式，不仅“把计量的误差（标准的误差）算在被检仪器上”而且额外加入被捡仪器的分辨力、重复性、温度影响等等；就是重复计算了被检仪器的误差因素，因此是不合理的、是错误的。注意，重计的部分，一般都远远大于标准的误差。这就使计量误差严重加大，以致有些计量不能进行（如数字式频率计）。因此，含U95的合格性判别式，必须取缔。
-

回复 8# 规矩湾锦苑


    你我对“不确定度”的认识天壤之别，不便就此对话。

回复 7# 规矩湾锦苑


      先生说：    　　
      “在测量结果的可疑度可以被忽略不计的条件下，可直接用该测量结果判别被测参数的符合性，判定的公式就是  |Δ|max ≤ MEPV。对于检定过程，|Δ|max ＝测量结果（仪器显示值）绝对值最大值|a|max－计量标准值R(标)，则被检仪器符合性判别式为|a|max≤MPEV＋R(标)，而非|Δ|max ≤ MEPV－R(标)。因为MPEV是允差绝对值，远远小于R(标)， MEPV－R(标)永为负值，|Δ|max 永为正值，正值≤负值永远不可能发生”。
      -
      先生这段话，红字部分，都错了。你要用1#的符号，就该用1#符号的含义，才能得出正确的判断。不喜欢1#的符号，可以另定义一套符号。你现在的写法，让人难看出你到底是把符号用乱了，还是思维逻辑乱了。
     第一，你否定|Δ|max ≤ MEPV－R(标)的正确性，即说（4）式不对，你的这个基本判断是错误的。这个（4）式，乃是计量工作的最基本的公式，你否定这个公式的正确性，乃是否定计量的历史，否定检验的历史。
     第二，MPEV是被检仪器的指标，即最大允许误差的绝对值，而R(标)是计量中所用计量标准的误差范围，谁都知道，计量能工作的起码资格是R(标)比被检仪器的MPEV小得多，你怎能胡说“MEPV－R(标)永为负值”？
     第三，误差理论的合格性判别式（4）式的“合格性门宽”是MPEV-R(标)，此“门宽”必为正。实际测得的|Δ|max小于“门宽”则合格，这是合理的、必要的、保险的，因而判别式（4）是正确的。计量界二百年的实践就是如此。
     第四，不确定度理论的合格性判别式（5）式的“合格性门宽”是MPEV-U95，其中的U95，既包含计量标准的误差，也包含被检测量仪器的分辨力、重复性、温度影响等等误差，U95必然远大于标准的误差范围R(标)，因此“合格性门宽”必然严重缩小，使本来一些合格仪器，过不了关。更严重的情况，例如游标卡尺的校准评定，U95大于MPEV,合格性“门宽”为负值，没法判定游标卡尺合格。这说明判别式（5）不成立。对数字式频率计，MPEV就是分辨力，而U95等于分辨力加其他（标准等），U95必定大于MPEV,也就是说，对数字式频率计，“合格性门宽”为负值，不能有任何合格品。这是逻辑谬误。说明不确定度的合格性判别式（5）式是错误的。
-
-
      寄语：请先生认真想一想，认真把公式推导一番。凭想象说话，就难免出“洋相”。
-
-