計(jì)量校準(zhǔn)的概念及目前存在的誤區(qū)
按照J(rèn)JF1001-2011《通用計(jì)量術(shù)語及定義》之4.10的表述，校準(zhǔn)是在規(guī)定條件下的一組操作，其第一步是確定由測量標(biāo)準(zhǔn)提供的量值與相應(yīng)示值之間的關(guān)系，第二步則是用此信息確定由示值獲得測量結(jié)果的關(guān)系，這里測量標(biāo)準(zhǔn)提供的量值與相應(yīng)示值都具有測量不確定度。
通常情況下校準(zhǔn)可以是上述操作的第一步，即將被測量的示值與標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較后，得到被測量值與標(biāo)準(zhǔn)量值的差異，一般采用示值誤差或其修正值與相應(yīng)的測量不確定度作為校準(zhǔn)結(jié)果，這與該規(guī)范9.17中對(duì)計(jì)量檢定的表述“查明和確認(rèn)測量儀器符合法定要求的活動(dòng)……”所定義的工作內(nèi)容有著本質(zhì)區(qū)別。
檢定需要對(duì)計(jì)量器具的符合性進(jìn)行判定，判定依據(jù)包含計(jì)量器具應(yīng)有的多項(xiàng)計(jì)量性能，其法定要求通過相應(yīng)計(jì)量器具的檢定規(guī)程體現(xiàn)；而校準(zhǔn)則主要以確定計(jì)量器具的量值為目的，通過具有相應(yīng)不確定度的不間斷的比較鏈，使計(jì)量器具的量值與測量標(biāo)準(zhǔn)直至相應(yīng)的計(jì)量單位相聯(lián)系(比較)，其結(jié)果不需要進(jìn)行符合性判定，但需給出所得校準(zhǔn)結(jié)果的測量不確定度。
但是在實(shí)際工作中，出于對(duì)計(jì)量檢定的長期思維定式以及對(duì)計(jì)量校準(zhǔn)認(rèn)識(shí)上的不足，許多從事計(jì)量工作的技術(shù)人員或參與者，在對(duì)待計(jì)量校準(zhǔn)這個(gè)概念時(shí)存在一些不同的想法，影響計(jì)量校準(zhǔn)概念的普及和應(yīng)用，歸納起來有以下幾個(gè)方面。
1、將校準(zhǔn)與調(diào)整混淆
一些計(jì)量器具的使用者認(rèn)為，儀器經(jīng)過校準(zhǔn)后就準(zhǔn)確了，當(dāng)校準(zhǔn)人員向他(她)說明儀器示值超差后，總是認(rèn)為計(jì)量校準(zhǔn)就是要把儀器“?！睖?zhǔn)了才算是校準(zhǔn)，如果儀器不準(zhǔn)就應(yīng)該“校”準(zhǔn)了，否則對(duì)所做的校準(zhǔn)工作不予認(rèn)可，在需要簽字的確認(rèn)單上不簽字，造成雙方對(duì)立。
實(shí)際上計(jì)量器具使用者是錯(cuò)誤地理解了校準(zhǔn)的含義，將對(duì)儀器的超差調(diào)整與校準(zhǔn)混淆在一起，因?yàn)镴JF1001-2011之4.10就有明確說明，即“校準(zhǔn)不應(yīng)與測量系統(tǒng)的調(diào)整(常被錯(cuò)誤稱為自校準(zhǔn))相混淆，也不應(yīng)與校準(zhǔn)的驗(yàn)證相混淆”。
2、校準(zhǔn)后，計(jì)量器具使用者要求對(duì)被校準(zhǔn)的計(jì)量器具給出符合性判定
實(shí)際上許多接受了校準(zhǔn)服務(wù)的組織，仍沿用計(jì)量檢定的思維觀念，要求對(duì)被校準(zhǔn)的計(jì)量器具符合性進(jìn)行判定。由于校準(zhǔn)是一種面向任務(wù)的量值溯源活動(dòng)，是在具有一定測量不確定度條件下得到的校準(zhǔn)結(jié)果，并且校準(zhǔn)所依據(jù)的技術(shù)文件上可能沒有相關(guān)性能指標(biāo)的說明，即使有也可能因?yàn)閷?shí)際校準(zhǔn)活動(dòng)中所產(chǎn)生的測量結(jié)果不確定度已經(jīng)不能支持對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果的符合性判定，因此，簡單地參考計(jì)量檢定方式要求計(jì)量校準(zhǔn)也提供符合性判定，所得出的判定結(jié)論可能是無效的。
3、當(dāng)對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行符合性判定后，糾結(jié)于測量不確定度對(duì)判定可靠性的影響
有些計(jì)量器具的校準(zhǔn)結(jié)果處在判定條件的邊緣區(qū)域，當(dāng)作出合格或者不合格的判定后，計(jì)量器具使用者又提出如果考慮到測量不確定度的影響，所作的判定是無法預(yù)知的。雖然這在計(jì)量學(xué)研究中有明確說明，這一說法也有其合理性，但怎樣才是科學(xué)、準(zhǔn)確、合理的結(jié)果判定需要根據(jù)具體情況得出，而不能簡單下結(jié)論。
4、給出的校準(zhǔn)結(jié)果和測量不確定度不知如何使用
這是目前許多計(jì)量人員存在的普遍問題，這與前述的第2項(xiàng)有一定的共性，即計(jì)量器具的使用人員在面對(duì)相應(yīng)的校準(zhǔn)證書時(shí)，不能理解校準(zhǔn)證書中給出的數(shù)據(jù)信息所說明的具體含義。由于校準(zhǔn)是不對(duì)符合性作出判定的，因此校準(zhǔn)證書通常說明的是該計(jì)量器具在某年某月某日被校準(zhǔn)過，至于它的計(jì)量性能是否滿足使用要求，需要使用者作出判斷，而不能簡單地理解為經(jīng)過校準(zhǔn)就可以使用了。因?yàn)橛袝r(shí)其校準(zhǔn)結(jié)果可能已經(jīng)不滿足要求了，這與計(jì)量檢定結(jié)果是有區(qū)別的，計(jì)量檢定后所獲得的檢定證書證明該計(jì)量器具在一個(gè)規(guī)定的期限內(nèi)準(zhǔn)確度是有保證的。
5、校準(zhǔn)證書上必須有中國合格評(píng)定國家認(rèn)可委員會(huì)(CNAS)的認(rèn)可標(biāo)志
能否使用CNAS標(biāo)志在我國是一個(gè)校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室是否通過了ISO/IEC17025:2005標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)可的第三方證明，由CNAS組織給出，同時(shí)還是一個(gè)在亞太地區(qū)組織中得到互認(rèn)的說明，其優(yōu)點(diǎn)不言而喻。但是，由于認(rèn)可標(biāo)準(zhǔn)是通用的管理性和技術(shù)性要求，某一計(jì)量器具的校準(zhǔn)證書上可以使用CNAS認(rèn)可標(biāo)志是因?yàn)樵撚?jì)量器具的校準(zhǔn)能力獲得了審核通過(有一定的適用要求)，而通過審核的先決條件是有相應(yīng)的校準(zhǔn)依據(jù)和可提供量值溯源的標(biāo)準(zhǔn)器，而校準(zhǔn)依據(jù)通常是國家、行業(yè)、地方的校準(zhǔn)規(guī)范或檢定規(guī)程。當(dāng)涉及該計(jì)量器具沒有校準(zhǔn)依據(jù)時(shí)，就無法進(jìn)行認(rèn)可，只有編制了具有說服力的自編校準(zhǔn)方法后才可以通過，這就會(huì)造成部分計(jì)量器具暫時(shí)無法獲得CNAS的認(rèn)可，但并不代表校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室不具有校準(zhǔn)能力、不能出具校準(zhǔn)證書。
如何走出誤區(qū)，合理使用校準(zhǔn)結(jié)果
基于上述一些對(duì)計(jì)量校準(zhǔn)的認(rèn)識(shí)差異，有必要對(duì)這些造成差異的問題作進(jìn)一步說明，以使計(jì)量校準(zhǔn)工作能夠按照合理、正常的方式進(jìn)行下去，使計(jì)量從業(yè)人員有一個(gè)統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。
1、明確校準(zhǔn)的含義和概念
如前所述，對(duì)校準(zhǔn)的理解出現(xiàn)差異存在兩方面的問題:一是沒有正確理解校準(zhǔn)的概念和含義，又受到一些儀器制造商對(duì)儀器示值超差調(diào)整時(shí)用到的“自校準(zhǔn)”稱謂的影響，簡單地從字面上理解“校準(zhǔn)”時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤；二是計(jì)量人員對(duì)校準(zhǔn)的理解不充分，仍舊停留在計(jì)量檢定的概念里，認(rèn)為校準(zhǔn)是檢定的另一種形式，片面去強(qiáng)調(diào)校準(zhǔn)的法制性，造成校準(zhǔn)后的結(jié)果客戶只認(rèn)可合格，一旦被校準(zhǔn)儀器超差，不能正確地進(jìn)行解釋。
因此，目前應(yīng)使所有的計(jì)量人員對(duì)校準(zhǔn)概念有個(gè)客觀準(zhǔn)確的理解，都應(yīng)以計(jì)量技術(shù)規(guī)范中的“校準(zhǔn)”定義為準(zhǔn)，不要受到外界各類信息以及自身習(xí)慣性思維的引導(dǎo)，影響了對(duì)計(jì)量校準(zhǔn)的正確認(rèn)識(shí)，這樣才能在計(jì)量校準(zhǔn)和使用校準(zhǔn)結(jié)果中有正確的理解和評(píng)價(jià)。
2、校準(zhǔn)結(jié)果如何使用
計(jì)量校準(zhǔn)的目的在于量值溯源，溯源的校準(zhǔn)結(jié)果如何使用是擺在計(jì)量器具使用者面前的一個(gè)重要工作。從簡單性的思維出發(fā)，使用者愿意得到一個(gè)這臺(tái)儀器能否使用的結(jié)論，這是計(jì)量檢定要做的符合性判定工作，它具有簡單實(shí)用的優(yōu)點(diǎn)。但是在科技發(fā)展的今天，測量儀器的制造技術(shù)提高、更新速度加快，出現(xiàn)了大量集合多參數(shù)測量的儀器設(shè)備，從符合性判斷的前提考量，只有多參數(shù)儀器的每一個(gè)參數(shù)都滿足規(guī)定的計(jì)量性能要求后才能作出合格的判定結(jié)論。如果一個(gè)參數(shù)不合格，則整臺(tái)儀器的判定結(jié)論也是不合格，按照《計(jì)量法》的規(guī)定，不合格的計(jì)量器具是不能使用的，這在客觀上就會(huì)造成使用者的成本增加。因此簡單考慮計(jì)量器具的符合性判斷需求并不是最有效的技術(shù)手段(依法強(qiáng)制管理的計(jì)量器具除外)，此時(shí)計(jì)量校準(zhǔn)則可以有效地解決這一問題。
不過計(jì)量校準(zhǔn)的計(jì)量器具，得到的校準(zhǔn)結(jié)果中包含了相應(yīng)的測量不確定度，一般情況下該不確定度基本是計(jì)量器具示值最大允許誤差的1/3～1/10，最差時(shí)也能達(dá)到1/2，這就說明如果使用者在用校準(zhǔn)結(jié)果指導(dǎo)其測量工作時(shí)，其測量能力已經(jīng)高于所用計(jì)量器具計(jì)量性能的3～10倍，而此時(shí)并不用考慮其符合性問題。另外，對(duì)于多參數(shù)的計(jì)量器具，如果某一個(gè)不使用的參數(shù)不能滿足計(jì)量性能要求，校準(zhǔn)活動(dòng)同樣可以給出該計(jì)量器具的校準(zhǔn)結(jié)果，使用者只要確認(rèn)了校準(zhǔn)結(jié)果，就可使用該計(jì)量器具開展測量工作。
3、校準(zhǔn)結(jié)果的判斷
在計(jì)量校準(zhǔn)過程中仍舊會(huì)有客戶提出要對(duì)被校準(zhǔn)的計(jì)量器具進(jìn)行符合性判定，并且提出了應(yīng)考慮測量結(jié)果不確定度的影響，就此出現(xiàn)了當(dāng)測量結(jié)果在邊緣區(qū)域時(shí)對(duì)判斷產(chǎn)生疑問。實(shí)際上再精確的測量也會(huì)存在不確定度，一旦出現(xiàn)這種情況后不能簡單地拿測量不確定度說事，堅(jiān)持要將測量不確定度加到結(jié)果判定中，造成很多計(jì)量校準(zhǔn)工作無法進(jìn)行下去，究其原因是片面地考慮測量不確定度的影響，而忽略了對(duì)整個(gè)測量活動(dòng)的綜合考慮和評(píng)價(jià)。
當(dāng)要求符合性判定時(shí)，在考慮測量不確定度的影響時(shí)通常有以兩種方式:
①將測量不確定度的影響考慮到判定條件中，即縮小用于符合性判斷的區(qū)間，以達(dá)到消除不確定度影響的目的，但該方法實(shí)際上是加嚴(yán)了判定條件，容易增加合格計(jì)量器具的誤判概率，其具體做法可由式(1)說明。
MPE+U(y)≤E≤MPE-U(y) (1)
式中:U(y)為具有一定包含概率的測量結(jié)果的不確定度；E為示值誤差；MPE為示值最大允許誤差。
②按判定條件的1/3～1/10的比例選擇測量標(biāo)準(zhǔn)，或者說測量標(biāo)準(zhǔn)的擴(kuò)展不確定度或最大允許誤差為被檢計(jì)量器具最大允許誤差的1/3～1/10，這時(shí)測量標(biāo)準(zhǔn)的不確定度對(duì)測量結(jié)果不確定度的影響就可忽略，即測量結(jié)果受測量標(biāo)準(zhǔn)的影響可不再考慮，其具體原因可通過測量標(biāo)準(zhǔn)的不確定度和被校準(zhǔn)計(jì)量器具的不確定度的相互關(guān)系說明。
通常，測量結(jié)果的測量不確定度Ut至少包含測量標(biāo)準(zhǔn)的不確定度Us和被校準(zhǔn)計(jì)量器具的不確定度Ux兩項(xiàng)，即：對(duì)測量結(jié)果的影響<0.06；當(dāng)Us/Ux=1/10時(shí)，1.005Ux， Us對(duì)測量結(jié)果的影響<0.005。
同時(shí)JJF1094-2002《測量儀器特性評(píng)定》之5.3.1.4明確規(guī)定:示值誤差的測量不確定度U95與被評(píng)定測量儀器的最大允許誤差的絕對(duì)值MPEV之比小于或等于1/3時(shí)，進(jìn)行符合性判定時(shí)，則不考慮示值誤差的測量不確定度的影響，當(dāng)這種評(píng)定是用于型式評(píng)價(jià)和仲裁鑒定時(shí)，必要時(shí)U95與MPEV之比也可取小于或等于1/5。對(duì)于U95的確定，也可以用包含因子k=2的擴(kuò)展不確定度U代替。
由此看來，當(dāng)測量結(jié)果的不確定度小于或等于被校準(zhǔn)計(jì)量器具的1/3時(shí)，進(jìn)行符合性判定的過程中不需要再考慮測量不確定度的影響，即使測量結(jié)果處于邊緣區(qū)域，造成誤判的概率也不會(huì)超過6%(1/3時(shí))或0.5%(1/10時(shí))，此時(shí)不要再糾結(jié)于測量不確定度的影響。
4、校準(zhǔn)證書的確認(rèn)和使用
經(jīng)校準(zhǔn)的儀器都會(huì)有一份對(duì)應(yīng)的校準(zhǔn)證書，與檢定證書不同，校準(zhǔn)證書上缺少了對(duì)符合性的判定，多出來校準(zhǔn)結(jié)果的測量不確定度(主要是示值誤差的)，所以拿到校準(zhǔn)證書應(yīng)核對(duì)具體內(nèi)容和數(shù)據(jù)，確認(rèn)校準(zhǔn)證書對(duì)應(yīng)的計(jì)量器具是否能夠滿足使用要求。
①對(duì)證書上的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)逐個(gè)進(jìn)行辨識(shí)，特別是要對(duì)誤差量與儀器說明書中提供的計(jì)量特性要求進(jìn)行對(duì)照，看是否滿足要求，如果不滿足要求則需要確認(rèn)實(shí)際的計(jì)量特性是否滿足使用要求。比較簡單的方法就是看看該誤差量是否還能達(dá)到被測對(duì)象允許誤差的1/3，如果達(dá)不到就需要考慮對(duì)測量結(jié)果進(jìn)行修正使用或者對(duì)計(jì)量器具進(jìn)行維修，當(dāng)然維修后還需要重新進(jìn)行校準(zhǔn)。
②如果在平時(shí)的測量工作中需要使用校準(zhǔn)證書中測量結(jié)果的修正值，則應(yīng)對(duì)證書中給出的測量不確定度進(jìn)行確認(rèn)，一方面測量不確定度是否全面，是否涵蓋了相應(yīng)的測量點(diǎn)，如果不能涵蓋，則使用修正值要謹(jǐn)慎；另一方面其評(píng)定結(jié)果是否能夠滿足使用要求，即測量不確定度能否達(dá)到被測對(duì)象允許誤差的1/3，是后續(xù)能否有效使用測量結(jié)果修正值的前提，如果達(dá)不到則在結(jié)果判定上就相對(duì)復(fù)雜。
③確認(rèn)計(jì)量器具校準(zhǔn)前提出的特殊要求是否在校準(zhǔn)證書中體現(xiàn)，這是計(jì)量校準(zhǔn)有別于計(jì)量檢定的一個(gè)主要特點(diǎn)。由于校準(zhǔn)是一種簡單實(shí)用的量值溯源方法，其具體校準(zhǔn)內(nèi)容應(yīng)該與計(jì)量器具的實(shí)際使用要求一致或近似，這樣所提供的校準(zhǔn)結(jié)果才可以為使用者進(jìn)行實(shí)際測量工作提供便利，即校準(zhǔn)結(jié)果應(yīng)覆蓋實(shí)際測量工作中的測量參數(shù)和量值范圍。因此，使用者可以將計(jì)量器具的實(shí)際使用要求轉(zhuǎn)化成計(jì)量校準(zhǔn)需要解決的具體任務(wù)，以特殊要求的形式提出并經(jīng)雙方確認(rèn)(不排除特殊要求中的部分或全部內(nèi)容與正常校準(zhǔn)一致)，這些特殊要求可以是計(jì)量器具的相應(yīng)測量參數(shù)、量程、測量點(diǎn)等具體內(nèi)容，如果這些要求在計(jì)量校準(zhǔn)時(shí)能夠得到滿足，則會(huì)給實(shí)際測量工作帶來便利。
④對(duì)于現(xiàn)場校準(zhǔn)的計(jì)量器具，校準(zhǔn)條件的控制應(yīng)盡可能與實(shí)際使用條件保持基本一致，這是面向任務(wù)校準(zhǔn)的要求。正常情況下計(jì)量器具的校準(zhǔn)規(guī)范中會(huì)有對(duì)校準(zhǔn)條件(環(huán)境條件)的具體規(guī)定，校準(zhǔn)工作應(yīng)在滿足這一條件下進(jìn)行，此時(shí)的測量不確定度可以按照預(yù)期的要求給出，但是很多計(jì)量器具(特別是工作用計(jì)量器具)的使用條件與要求的校準(zhǔn)條件存在差異，造成校準(zhǔn)條件下獲得的校準(zhǔn)結(jié)果在實(shí)際使用條件下使用時(shí)，需要使用者對(duì)這一條件差異帶來的量值變化進(jìn)行評(píng)估或修正，如溫度誤差的評(píng)估或修正等。這些技術(shù)性的評(píng)價(jià)活動(dòng)往往對(duì)計(jì)量器具使用者來說是有一定困難的，如果這一評(píng)估不理想，在使用校準(zhǔn)證書中的數(shù)據(jù)時(shí)，就有可能帶來系統(tǒng)誤差的影響。
對(duì)此，在實(shí)際使用條件下的計(jì)量校準(zhǔn)所得到的校準(zhǔn)結(jié)果，可以基本確認(rèn)是與具體測量狀態(tài)保持一致的，雖然得到校準(zhǔn)結(jié)果的測量不確定度需要重新進(jìn)行評(píng)定，并且有可能大于預(yù)期的要求，但此時(shí)獲得的校準(zhǔn)結(jié)果對(duì)于指導(dǎo)實(shí)際測量工作卻是直接的，所得校準(zhǔn)結(jié)果很大程度上是可以等效使用的，不再需要使用者就條件差異的影響進(jìn)行評(píng)價(jià)，而只要對(duì)測量結(jié)果的不確定度進(jìn)行確認(rèn)和使用即可。
當(dāng)相關(guān)校準(zhǔn)證書內(nèi)容得到確認(rèn)后，應(yīng)填寫并留有相關(guān)的書面說明材料，以備審查使用；對(duì)于提出了特殊要求的校準(zhǔn)工作，應(yīng)保留對(duì)特殊要求的評(píng)價(jià)和確認(rèn)證據(jù)，以補(bǔ)充和說明校準(zhǔn)證書。
5、正確認(rèn)識(shí)校準(zhǔn)證書上的CNAS標(biāo)志
計(jì)量器具的校準(zhǔn)能力需要在硬件和軟件兩方面進(jìn)行保證，其硬件包含滿足量值溯源要求的測量標(biāo)準(zhǔn)器具(合格并在有效期內(nèi))、相應(yīng)的輔助設(shè)備(涉及量值時(shí)應(yīng)溯源)、符合要求的技術(shù)人員以及開展校準(zhǔn)工作所必備的環(huán)境條件和控制措施；軟件則包含必要的管理制度和程序文件規(guī)定，當(dāng)滿足了這些要求時(shí)該實(shí)驗(yàn)室即具有了相應(yīng)的校準(zhǔn)能力。
如果實(shí)驗(yàn)室在軟硬件的準(zhǔn)備和配置上嚴(yán)格依據(jù)ISO/IEC17025:2005標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，并經(jīng)過CNAS審核認(rèn)可，遵守CNAS的相應(yīng)要求，則校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室所出具的校準(zhǔn)證書就可以使用CNAS的認(rèn)可標(biāo)志，它是獨(dú)立的第三方能力評(píng)價(jià)說明，有助于計(jì)量校準(zhǔn)的需求方尋找合格的校準(zhǔn)服務(wù)機(jī)構(gòu)，但并不是說沒有通過CNAS認(rèn)可的校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室就不具有相應(yīng)的校準(zhǔn)能力，因?yàn)槭欠窬哂行?zhǔn)能力與實(shí)驗(yàn)室自身的能力建設(shè)關(guān)聯(lián)，與CNAS認(rèn)可沒有直接關(guān)系。
在校準(zhǔn)服務(wù)中，如果校準(zhǔn)的需求方有評(píng)審校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的方案，也可直接對(duì)提供校準(zhǔn)服務(wù)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行第二方審核，以確認(rèn)實(shí)驗(yàn)室是否具有提供校準(zhǔn)服務(wù)的能力，這是很多國外大型跨國公司在選擇校準(zhǔn)服務(wù)機(jī)構(gòu)之前所做的一項(xiàng)主要工作。國內(nèi)許多校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室在為這些跨國公司提供校準(zhǔn)服務(wù)時(shí)，都會(huì)受到這樣的第二方審核，并且這種第二方審核可能隨時(shí)會(huì)進(jìn)行。一般情況下，第二方審核更關(guān)注對(duì)校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室軟、硬件方面的具體要求，其審核的嚴(yán)苛程度會(huì)高于第三方的審核。雖然該校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室不一定通過了CNAS的審核認(rèn)可，但當(dāng)獲得第二方認(rèn)可后同樣可以為其提供校準(zhǔn)服務(wù)，而不再拘泥于CNAS的審核說明。
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