检测实验室应用测量不确定度问题的讨论

误差理论是测量不确定度表达的基础,而测量不确定度表达是误差理论的一项重要的应用。早在20世纪50年代,就有人指出,实验误差实际上是估计的实验不确定度,70年代初又有人提出,讨论准确度(Accuracy)时,宜用不确定度。1978年,国际计量大会作出决议,要求制定一个表达测量不确定度的指导性文件。1980年,国际计量局(BIPM)不确定度工作组提交了实验不确定度建议书INC-1 (1980)。1993年国际标准化组织(ISO)等七个国际组织制定了与其一致的更加详尽的《测量不确定度表达指南》(简称GUM),后来GRM得到了广泛的应用,ISO/IEC已采用GUM作为制定国际标准时必须遵循的基本文件。我国也于1996年制定了《中国计量科学研究院不确定度规范》,1999年发布了基本等同采用GUM的国家计量技术规范JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》。

很显然,国内外已经形成了较为统一的测量不确定度表达方式,并且已经在其适用的范围内逐步得到应用和推广。

1要求

实验室,通常被定义为校准(Calibration)实验室和检测(Testing)实验室两种,在ISO/IEC有关指南中已经对它们采用测量不确定度提出了要求。

ISO/IEC指南25 (1990)和相应国际“校准和检测实验室能力的通用要求”指明,实验室的每份证书或者报告只要适用,则必须包含有关估算校准或检测结果不确定度的说明。经修改后发布的ISO/IEC 1705 (1999)和相应国际“检测和校准实验室能力的通用要求”中,对校准证书和检测报告提出了不同的要求:校准证书必须包含测量不确定度和(或)符合确定的计量规范或条款的声明;而检测报告适用时必须包含估算测量不确定度的声明,当不确定度与检测结果的有效性或应用有关,或客户的指令中有要求,或当不确定度影响到对规范限值的符合性时,检测报告中还需包括有关不确定度的信息。

可见,尽管对校准和检测实验室应用不确定度的要求有所不同,但要求采用是一致的,因为凡测量就有不确定度,测量不确定度对于测量数据的表达及结果的判定都极其重要。

2应用

无论国内外,校准实验室应用测量不确定度的步伐已经远远超过检测实验室,如果说校准实验室已经到了推广应用阶段,那么检测实验室还仅仅处在起步阶段。

笔者曾于1994年10月参加了ILAC (国际实验室认可大会,1998年改为国际实验室认可合作组织)在香港举行的会议,参加会议的还有ISO,IEC,BIPM,OICM等国际组织的代表,会上专门讨论过测量不确定度的议题,而且还转发了一些应用文章,但数量很少且局限于计量领域,总体上还处于摸索时期。ILAC目前共有4个委员会,几乎每个委员会的工作内容都关注到不确定度问题。例如,第一委员会研究测量不确定度要求,第二委员会研究测量中的不确定度,第三委员会研究测量结果不确定度的判定。可以看出,ILAC和国际实验室行业都非常关注测量不确定度的应用。检测实验室方面,IECEE关于电工产品测试证书相应认可的体系(CB体系),已经接受了全世界115个著名的电气产品安全检测实验室为CB检测实验室(也称CBTL,我国现有11个CBTL,笔者所在的广州电气安全检验所便是其中之一),是一个极具代表性权威组织。IECEE-CTL (IECEE检测实验室委员会)对测量不确定度的应用也十分重视,其WGI(第一工作组)一直在专门研究。1996年3月,IECEE-CTL(WGI)给所有CTL成员发出关于“CB报告中仪器准确度”(Instrument accuracy in CBreports)的建议,建议采用下列步骤在CB体系中实施测量不确定度的应用:

1·自1996年7月1日起,在CB测试报告中加上“检测设备明细表”作为附录。1997年7月1日起须发的CB测试报告,如果没有上述附录或者填写不适当、不完整,认可NCB(国家认证机构)可以不接受。

2·CB测试报告中声明所使用的测量仪器,其准确度应达到IECEE-CTL将颁布的“仪器准确度限值”的规定。

3·对于接近限制临界值的测量值,应采用IECEE/CTL(Sec)056/94规定的原则:测量值落在限制临界值的被视为符合要求,而测量值那怕轻微地落于限制临界值的不适当一面,则被视为不符合要求。

4·为表达IECEE-CTL关于测量不确定度的观点,IECEE管理委员会应给IEC有关部门去信,请求他们将测量不确定度的实施贯穿到IEC标准中去。应当尽快研究一个象CTL所采用的准确度限值那样的通用标准,以便在缺少测量不确定度或仪器准确度的产品标准中使用。

5·在IECEE对CBTL评审/复评审时,将评估CBTL对测量不确定度/仪器准确度的执行和应用情况。

根据CTL(WGI)的建议,1996年5月召开的IECEE-CTL第33届会议上,作出了一个题为“测量准确度和误差”的决议,决定CB测试报告规定的测量值必须使用准确度在下列规定限值范围内的仪器进行测量:

注:1·不包括热电偶。推荐使用优质K型热电偶;

2·不适用于涉及相对湿度的测量。

然而,值得注意的是,IECEE-CTL(WGI)的建议,第1·4条尚未有实行的迹象,CB测试报告格式中未见增加有关附录,IEC通用标准未见制定,具体标准也未见有不确定度的规定。虽然IECEE-CTL在1996年作出的上述决议到目前为止仍然有效,但并没有引起普遍、足够的重视和有效的执行,IECEE对CBTL的复评审中虽然有对应用不确定度情况的评估要求,但却没有具体的评估标准。

看来,测量不确定度在检测实验室的应用,很可能取决于标准、通用的或者是具体的产品标准。如果没有相应的标准对被测参数和测试结果的最大允许测量不确定度或者所使用的仪器准确度加以规定,检测实验室虽然可以评定和报告测试的引起的测量不确定度,甚至可以判定检测结果是否符合要求,但却难于达到各实验室的测试结果的一致性以及对产品质量判定的准确性。

3结语

1·IECEE-CTL的决议,对所有CBTL来说是强制性的,因而,CB体系内的一百多个CBTL,当然也包括我国11个CBTL的仪器准确度都必须符合CTL规定的准确度要求。我国的标准体系采用的是IEC标准体系,我国电气、电子和信息技术设备等的安全标准很多已经等同采用IEC标准。所以,对我国从事电气安全检验的所有检测实验室来说,CTL关于仪器准确度限值的规定有着很重要的参考价值。

2·国内的标准化部门,实验室认可机构,产品认证机构和检测实验室,不但要密切关注国际同行关于测量不确定度在检测实验室中应用的情况和动向,还应协调一致组织力量加以研究,积极参与国际同行的活动,积极而稳妥地起动和推进测量不确定度在检测实验室中的应用。

3·校准实验室由于其本身的优势和特点,测量不确定度的应用已先行一步,为检测实验室的应用创造了条件和提供了经验,检测实验室不应过分强制自身的特殊情况,应及早注意技术人员的不确定度知识培训,积极研究和摸索适于检测实验室应用的方法和措施,这对于保证检测工作质量和提高自身在检验市场中的信誉和竞争力都是极为重要的。