測量?jì)x器準確度、*大允許誤差和不確定度辨析
日期：2025-07-04 02:53
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摘要：
國家計量技術(shù)規范JJF1033—2001《計量標準考核規范》對所采用的計量標準器具、配套設備以及所開(kāi)展的檢定/校準項目的準確度指標，要求填寫(xiě)“不確定度或準確度等級或*大允許誤差”；JJF1069—2000《法定計量檢定機構考核規范》要求填寫(xiě)檢定/校準“準確度等級或測量擴展不確定度”；實(shí)驗室國家認可的校準項目則是填寫(xiě)“不確定度/準確度等級”。以上幾種表述方式，表面看來(lái)僅僅在文字上有所區別，而實(shí)際，在對不確定度如何表達的問(wèn)題上，存在不同的理解和誤區。例如，JJF1033—2001對計量標準器具、配套設備不確定度的解釋是“已知測量?jì)x器或量具的示值誤差，并且需要對測量結果進(jìn)行修正時(shí)，填寫(xiě)示值誤差的測量不確定度”；另JJF1033—2001對所開(kāi)展的檢定及校準項目不確定度的解釋是“指用該計量標準檢定或校準被測對象所給出的測量結果不確定度，其中不應包括由被測對象所引入的不確定度分量”（見(jiàn)JJF1033—2001國家統一宣貫教材《計量標準考核規范實(shí)施指南》，中國計量出版社）。對儀器的不確定度，在同一規范中，已有不同的理解，在其它規范中的含義也各有區別，還有不少專(zhuān)家提出用不確定度表示測量?jì)x器的特性，根本就是不合適。為了對表述測量?jì)x器的準確度指標有統一和清晰的理解，對儀器準確度等級、*大允許誤差和不確定度的意義和內在聯(lián)系進(jìn)行分析和探討，是十分必要的。
一、準確度等級是用符號表示的準確度檔次
測量?jì)x器準確度是定性概念。這個(gè)問(wèn)題在JJF1001—1998《通用計量術(shù)語(yǔ)及定義》，JJF1059—1999《測量不確定度的評定與表示》，BIPM、ISO等7個(gè)國際計量組織1993年頒布的《國際基本和通用計量名詞術(shù)語(yǔ)》（VIM）、ISO等7個(gè)國際組織于1993年正式頒布《測量不確定度表示指南》（GUM）已有明確的解釋。JJF1033—2001《計量標準考核規范》也已將JJF1033—1992中對計量標準準確度賦予一個(gè)定量計算公式的規定作出修訂，以測量結果不確定度取代。明確測量?jì)x器準確度是定性概念，以和國際接軌以及和上面規范保持一致是十分必要的。由于VIM和GUM是以多個(gè)國際組織的名義聯(lián)合頒布，國際上各個(gè)組織也在逐漸消除這種不規范的表述。對于一些不合適的表達，如“二等活塞壓力計的準確度為±0.05%”，只能是對標準、規范等文件的修訂逐步改正。
測量?jì)x器的準確度等級的表達必須依據計量檢定規程、檢定系統表、OIML國際建議、標準或其它技術(shù)文件。通常按***大允許誤差表示的測量?jì)x器，其級別用大寫(xiě)拉丁數字、羅馬數字或阿拉伯數字表示，必要時(shí)還可以用字母附以阿拉伯數字。例如：砝碼分為E1，E2，F1，F2，M1，M2，M11，M22級。按引用*大允許誤差或相對*大允許誤差表示的測量?jì)x器，用阿拉伯數字表示，而且常用百分數表示而略去百分符號。例如：彈簧式精密壓力表，分為0.05級，0.1級，0.16級，0.25級，0.4級，0.6級。按等劃分的測量?jì)x器，用中文數字或阿拉伯數字表示，例如，二等活塞壓力計，3等量塊。
但遺憾的是，受習慣的影響，目前還是有一些人認為準確度等級既然包含數量，作為定量表示未嘗不可。誠然，對于某些以引用*大允許誤差或相對*大允許誤差表示的測量?jì)x器，準確度等級與儀器的*大允許誤差有比較直接的對應關(guān)系，如0.25級、0.4級彈簧式精密壓力表的*大允許誤差分別為測量上限的±0.25%和±0.4%，1級材料試驗機在測量范圍內（量程20%～100%）的*大允許誤差為±1.0%。所以有人以偏概全，以為都是這種情況，以此出現了諸如“上級標準的準確度為被檢儀器準確度1/3”的錯誤表達。這種觀(guān)點(diǎn)顯然不具有普遍的意義，比如對于F1級砝碼，說(shuō)其準確度的1/3，會(huì )令人不知所云。以數字表達的準確度等級和儀器的*大允許誤差也不一定直接對應，如**照度計的*大允許誤差±4%，二級照度計的*大允許誤差為±8%。等同國際標準ISO376：1999的國家標準GB/T13634：2000《試驗機檢測用測力儀的校準》，把適合于檢定1級材料試驗機的標準測力儀定義為1級測力儀，這種測力儀的各項技術(shù)指標略高于現行的JJG144—1992標準測力儀檢定規程中0.3級測力儀。由此看出，準確度等級只是一個(gè)檔次的符號，不能作為一個(gè)量。
順便說(shuō)明，不能用精度或精密度代替準確度，精度只表示隨機效應的影響，與之對應的另一個(gè)名詞是正確度，表示系統效應的影響，只有準確度才包含了隨機效應和系統效應。
二、不確定度或*大允許誤差是準確度的量化
我們回頭再看看準確度等別和級別的概念。等是指計量器具、特別是標準計量器具的實(shí)際值的擴展不確定度檔次，以等劃分的儀器使用實(shí)際值或依據檢定/校準結果對示值修正使用；級則是指計量器具示值允許誤差大小的檔次，以級劃分的儀器直接使用示值，不需要修正。
當測量?jì)x器沒(méi)有劃分準確度等別，或者考慮給準確度等別予以量化時(shí)，直接給出實(shí)際值的擴展不確定度，即上級對其檢定/校準的測量結果不確定度；當測量?jì)x器沒(méi)有劃分準確度級別，或者考慮給準確度級別予以量化時(shí)，直接給出其示值*大允許誤差。這才是所謂的“準確度等級或不確定度或*大允許誤差”。
有些測量?jì)x器只能按等劃分，例如活塞式壓力計、標準硬度塊；有些測量?jì)x器只能按級劃分，例如經(jīng)緯儀、百分表；有些計量器具既按等劃分，又按級劃分，例如量塊、標準電池。對應到不確定度或*大允許誤差的意義為，以等使用的測量?jì)x器可以用準確度等別表示，也可以用實(shí)際值或修正值的不確定度表示；以級使用的測量?jì)x器可以用準確度級別表示，也可以用*大允許誤差表示，還可以給出評定示值誤差的測量不確定度，這時(shí)，測量不確定度對儀器的使用者并沒(méi)有直接的意義，只是用于表示對檢定/校準儀器實(shí)驗室的能力和對被檢定/校準儀器符合*大允許誤差要求進(jìn)行判定的合理性。
所以填寫(xiě)測量?jì)x器“準確度等級或不確定度或*大允許誤差”，存在不同的選擇，可填寫(xiě)其中的一項、兩項或三項。
1.在存在準確度等級的前提下，只填寫(xiě)準確度等級是*簡(jiǎn)單明了。對于多參數和分部檢定的測量?jì)x器，如經(jīng)緯儀、聲級計，填寫(xiě)準確度等級是*合適的。這類(lèi)儀器使用時(shí)，必須從計量檢定規程等技術(shù)文件中找出該準確度等級所對應的不確定度或*大允許誤差。
2.用*大允許誤差表示時(shí)，對于用相對誤差或引用誤差表示的儀器，其整個(gè)量程*大允許誤差一般是相同的；而對于用**誤差表示的儀器，其整個(gè)量程*大允許誤差是不同的，這樣，只能給出儀器測量上下限對應的允許誤差。這類(lèi)儀器使用時(shí)，由于不進(jìn)行修正，儀器帶來(lái)的不確定度主要是儀器的示值誤差引起的。所以*大允許誤差對應于儀器的使用的準確度，通?？梢约僭O儀器的示值誤差在*大允許誤差范圍內均勻分布對儀器帶來(lái)的不確定度進(jìn)行計算。
3.對于使用實(shí)際值或者依據示值誤差對指示值進(jìn)行修正的儀器，必須填寫(xiě)實(shí)際值不確定度。這類(lèi)儀器由于修正使用，儀器帶來(lái)的不確定度主要是對該儀器進(jìn)行檢定/校準的測量不確定度。所以不確定度這個(gè)參數對儀器使用的準確度影響是*直接的。
對于校準實(shí)驗室所開(kāi)展的項目，因為校準不一定作出符合性判斷，這時(shí)測量不確定度成為衡量和比較實(shí)驗室能力的惟一指標。填寫(xiě)測量不確定度表示的校準測量能力，是有必要的，但校準測量能力并不是簡(jiǎn)單的不包括由被測對象所引入的不確定度分量的測量不確定度。測量不確定度是針對測量結果進(jìn)行評定，對其簡(jiǎn)單粗暴的肢解，無(wú)論在理論還是實(shí)際都是行不通的。如GUM中關(guān)于比較法校準量塊的*典型例子，其中一個(gè)分量是以量塊長(cháng)度乘以被校量塊與參考溫度偏差值為靈敏系數，再乘以被校量塊與標準量塊間熱膨脹系數差的標準不確定度；另一個(gè)分量是以量塊長(cháng)度乘以標準量塊的熱膨脹系數為靈敏系數，乘以被校量塊與標準量塊間溫度差的標準不確定度。被檢定/校準對象和各個(gè)不確定度分量之間的關(guān)系是剪不斷的，被檢定/校準對象對于不確定度的計算不能排除在外，只是可以計算被測對象處于一個(gè)正常而影響*小的狀態(tài)，這時(shí)就是校準測量能力。
對于檢定工作，由于依據檢定規程開(kāi)展工作時(shí)，測量不確定度必然不超出一個(gè)合理的控制范圍，填寫(xiě)的測量不確定度是表示可以符合檢定系統的要求。
另外，對于比較簡(jiǎn)單的檢定系統，除了基準、標準器具可能只有一個(gè)等級，工作器具也可能只存在一個(gè)等級，如金屬布氏硬度計，是用國家基準（包括國家基準、副基準、工作基準）檢定標準硬度塊，再用標準硬度塊檢定工作硬度計，標準塊和工作硬度計分別只有一個(gè)等別和級別，由于標準硬度塊的測量不確定度和工作硬度計*大允許誤差和壓頭、試驗力等有關(guān)，只能給出一個(gè)范圍，表述起來(lái)相當復雜和不方便，對這種情況，只要在不會(huì )引起混淆，硬度塊的準確度等級可用“標準級”表示，硬度計的準確度等級可用“工作級”表示，而不一定要填寫(xiě)硬度塊的不確定度以及硬度計的*大允許誤差。
由此可以看出，測量?jì)x器不確定度指標在法定計量技術(shù)機構進(jìn)行計量標準考核、機構考核，實(shí)驗室認可中的涵義應該是統一的，雖然有不同的側重點(diǎn)。
