检测系统中测量不确定度评定及合格判定方法

自动化检测系统中测量不确定度评定及合格判定方法

摘要：自动化检测系统以自动检测软件为中心，自动检测软件完成仪器设置，数据读取，各种计算，进行合格判定等多种工作。讨论自动检测软件中测量不确定度的计算方法及其在合格判定中的应用。

关键词：自动化检测不确定度合格判定

引言

随着传感器技术以及微电子技术的迅速发展和广泛使用，国内外厂家不断推出带有IEEE488和RS232通讯接口可自动控制的仪器，广泛应用于科研、生产及计量测试领域。自动化检测系统具有始终如一的高准确度，减少人为干预、在短时间内进行更多的测量、大量工作的能力、保持检测基本观点一致性、大量的数据管理能力、工作人员的高效率使用等优点，在各计量单位得到越来越广泛的应用。

自动化检测系统以自动检测软件为中心，自动检测软件完成仪器设置，数据读取，各种计算，进行合格判定等多种工作。讨论自动检测软件中测量不确定度的计算方法及其在合格判定中的应用。

1．测量不确定度的评定

1.1测量不确定度的评定

自动检测软件中的测量不确定度评定应按照《JJF1059-1999 测量不确定度的表示及评定》进行。步骤如下图所示。各步骤在设计自动检测软件时固化在自动检测软件中。在执行自动检测软件时对采集到的数据进行计算。得到测量不确定度。

自动检测系统一般工作在实验室中，环境条件较好，电磁干扰较弱。被测量定义完整、可复现。不确定度来源一般考虑被测量观测值的随机变化，标准

设备（稳定性、分辨力、检测证书）、传递标准（分辨力、短期稳定性）等因素的影响，尽量做到不遗漏、不重复。

1.2 不确定度的A类评定

按照《JJF1059-1999 测量不确定度的表示及评定》要求，应根据有关准则（如格拉步斯准则）判断并剔除测量数据中可能存在的异常值。在自动检测系统中，对某一测量值进行多次测试一般不进行换线等人工操作。而且实验室环境条件较好，温度相对较稳定，电磁干扰较少，在此条件下，测量值变化一般为被校仪器本身的影响。因此在自动检测软件中不应该包含异常值剔除。可包含通断判断模块，判断测试线连接是否正常。

根据实际选择合适的实验标准偏差计算方法，一般采用贝塞尔法进行计算。

在自动检测系统中，对某一测量值进行多次测试，以平均值作为测试结果，以算术平均值的实验标准标准偏差作为测量不确定度的A类评定结果。

1.3 不确定度的B评定

在自动检测系统中，进行测量不确定度的B类评定可分为固定分量和可变分量分别进行处理。

对于制造厂的技术说明书、技术手册给出的参考数据等固定分量，可在自动检测软件中直接嵌入，判断参数大小（功能、量程、数值）计算出区间半宽度。

对于检定证书、检测报告或其他证书提供的数据等可变分量，由于每年有所变化，因此需要设计出数据修正及不确定度修改界面。根据变量计算出区间半宽度。

1.4 评定扩展不确定度

按照《JJF1059-1999 测量不确定度的表示及评定》中关于测量不确定度使用的规定，在自动检测系统中报告检测结果时应使用扩展不确定度。

由数学模型得出合成标准不确定度的计算公式，将各标准不确定度分量合成，得出合成标准不确定度u c。扩展不确定度U＝ku c。在计算过程中为减少舍入误差，不进行化整处理。

在u c的自由度较小时，在自动检测系统中，应包含有效自由度计算和t分布表，根据置信水平，通过查程序中的t分布表，得出k ，当u c的自由度较大时，在自动检测系统中，不包含有效自由度计算，一般k值在2～3内选取。要求区间具有置信水平为0.95时，取k＝2；要求区间具有置信水平为0.99，取k ＝3。

1.5 报告测量结果

报告测量结果中应包含仪器状态、标准值、测量值、扩展不确定度U（或者U p，k(或者V eff)、结论（检测证书中不包含结论）。

在自动检测系统中，标准值、测量值采集过程中为文本，计算过程中转换为浮点数，最终报告时重新转换为文本。扩展不确定度计算过程中为浮点数，最终报告时转换为文本。测量扩展不确定度的末位应与测量结果的末位保持一致。扩展不确定度的数字取舍一般采用通用的修约原则。必要时，也可将后面的数字舍去，末位进1.

2 合格判断

在自动检测系统中需要对测试结果进行是否符合技术指标的判断。为正确反映测量仪器的工作状态，可将测量结果进行合理的划分为优秀、良好、合格、正边界、负边界、超差、严重超差共六级（各部分判断条件可修改）。可按下面的标准对测量结果进行划分。依次进行判断，得出结论。

计算出G H X

+

=

X

U-

G L X

-

=

U-

X

X为理论真值（或标准值），U为扩展不确定度，X为测试结果，依次进行判断，得出结论：

①当G H＜0.2Δ，测量结果为：优秀；

②当G H＜0.6Δ，测量结果为：良好；

③当G H＜Δ，测量结果为：合格；

④当X

X-＞U+Δ并且G L＞2Δ时，测量结果为：严重超差；

⑤当X

X-＞U+Δ并且G L＞Δ时，测量结果为：超差；

⑥当G L＞Δ时并且2Δ＞U,或者G L＜Δ时，并且X

X-＜Δ,合格可能性大于不合格的可能性。测量结果：正边界；

⑦其他情况下合格可能性小于不合格的可能性。测量结果：负边界；

当进行一系列的测试后，根据各等级测试点的数量，可直观的判断出一起的工作状态，并且据此对仪器作出处理。

当④⑤⑥⑦出现时，必须对被检仪器进行调整。连续两年，仪器降级使用，并且调离关键工作岗位。当③出现点数大于总测试点一半时，必须进行调整。其他情况下，不必进行调整。

3 举例说明

以数字多用表自动检测系统为例，说明在自动检测系统中如何进行不确定度评定及合格判定。数字多用表自动检测系统以多功能校准源Fluke5520作为标准。

3.1建立数学模型

采用直接测量法，Fluke5520输出标准信号，被检表测试该信号。确定被测量P X与输入量P N的关系ΔP＝P X-P N。

3.2不确定度来源分析

影响数字多用表检测结果的不确定度来源主要有三方面。

①多功能校准源Fluke5520输出值准确性。主要来自Fluke5520的稳定性，用B类方法评定。

②测量结果化整的影响，用B类方法评定。

③由各种随机因素影响，测量结果不重复，不相关，用A类方法评定。

3.3设计不确定度计算方案

3.3.1由各种随机因素影响引入的不确定度分量计算方法

在数字多用表自动检测系统中，对某一测量值进行多次测试（n≥6）。以平均值作为测试结果，采用贝塞尔法进行计算，以算术平均值的实验标准偏差作