测量不确定度在合格评定中的应用

时间：2020-12-13 08:06:26　来源：柠檬阅读网本文已影响人

                                             (莆田市计量所，福建莆田 351100)
摘要：利用测量结果是否处于其标称值允许误差范围以内来判定产品是否合格，必须考虑测量不确定度的影响，否则会造成产品的误收或误废。验收部门必须评定单侧检验中的扩展不确定度。
关键词：测量不确定度；
合格评定；
单侧检验;双侧检验
中图分类号：TG801 文献标识码：A 文章编号：1007—6921(2007)07—0113—02
1 问题的提出
      在产品生产过程中，为判定一个产品是否合格，即是否满足其技术指标要求，人们通常对其技术指标进行测量，赋予被测量(技术指标)一个值，即测量结果。当测量结果处于被测量标准值的允许误差(技术指标)范围以内，便判定该技术指标符合要求，即合格，否则为不合格，这就是传统的极限判定原则。然而，由于测量条件的不完善及人们的认识不足，使得被测量的值不能被确切地知道，测量值以一定的概率分布在某个区域内。这个区域就是测量不确定度，测量不确定度是对测量结果的不可信程度或对测量结果有效性的怀疑程度。因此，我们不能简单地利用测量结果是否处于其标准值允许误差范围以内来判定产品是否合格，而必须考虑测量不确定度的影响，这就是引入测量不确定度的重大意义之所在，故要求赋予被测量值的同时应报告出测量结果的不确定度。
2 测量不确定度对传统极限判定原则的影响分析
            
      传统的合格评定，是以产品的极限值作为验收极限，由于测量不确定度的存在，使在极限值附近的产品产生了误收和误废两种情况。超出极限值而被接受为合格者称为误收，在极限值内而不能被接受者称为误废。
      考虑到测量不确定度的影响，从下图可以看出测量结果的可能情况：
      从下图可以看出：①当测量平均值[AKx－]处于情况A和E，可以肯定产品的技术指标合格。②当测量平均值[AKx－]处于情况B和F，此时，合格的可能性大于不合格的可能性，按照传统合格判定原则，判定产品的技术指标合格，但有可能把不合格的产品误判为合格，这当然有利于生产者而不利于客户。③当测量平均值[AKx－]处于情况C和G，此时，合格的可能性小于不合格的可能性，按照传统合格判定原则，判定产品的技术指标不合格，但有可能把合格的产品误判为不合格。这当然不利于生产者而有利于客户。④当测量平均值处于情况D和H，可以肯定产品的技术指标不合格。

3 如何正确进行合格评定
      从以上分析可看出，当测量值处于②和③的情况下，无论如何，都在不同程度上加大了生产者和客户的成本和风险，由于测量结果的不能够确定，这种成本和风险是不可避免的，是客观存在的。如何减少生产者和客户的这种成本和风险，使生产者和客户实现共同满意，这便是测量者需要解决的问题，当然也是生产者以及客户都必须了解的知识。测量者应尽可能考虑合适的测量不确定度，减少这种成本和风险。
      很明显，当测量值刚好处于极限值上时，见图中M和N的情形，可以得到如下三个区域：
3.1 合格区域


3.2 不合格区域
当测量结果小于等于技术指标的下限值与测量不确定度之差或大于等于技术指标上限值与测量不确定度之和，即

3.3 待定区域
当测量结果大于等于技术指标极限值(下限值或上限值)与测量不确定度之差且小于等于技术指标极限值(下限值或上限值)与测量不确定度之和，

a.在可能的情况下，选择测量不确定度尽可能小的测量方法重新进行测量，以满足测量不确定度


      b.在无法满足上述要求的情况下，当测量值处于待定区域时，此时测量不确定度永远不利于测量一方，应把待定区域让给对方。
4 单侧检验中测量不确定度的运用
      以上测量给出的是：测量结果的误差限，即给出的是真值所处的范围。也就是说，测量结果给出了上限和下限,即上、下两侧的极限值，这就是双侧检验。还有一种单侧检验是指产品的某些定量技术指标只规定了一个上限值(USL)或下限值(LSL)。这种上限值或下限值是指有关技术规范(例如ISO、GB或行业标准)所规定的或供需双方供货合同上所约定的值。供方应以相当大的概率(例如95%或99%)保证产品的参数不超出USL或LSL，如果是验收方或质量监督部门，则是要求以相当大的概率确认是否已超出USL或LSL，如已超出，则可确认为不合格。因此，对于供方认为合格的标准，分别对应于USL和LSL是：y+U≤USL;y-U≥LSL;对于验收
方或质量监督部门认为不合格的标准则分别为：y-U≥USL;y+U ≤LSL。
      例如在标准或供货协议中规定某产品的抗拉要求不应低于100N。这个指标明显是LSL。设以P=95%的置信概率给出的单侧扩展不确定度U₉₅=2.0N，则生产厂(供应部门)为保证其所提供的产品充分可靠，则抗拉力F必须满足：F≥100N。如果测量出的抗拉力f≥100N就认为合格，显然是没有把握的，而应是：F≥100N=f-U₉₅=f-2.0N也就是只能按：f=100N+2.0N=102N作为合格条件才能保证F≥100N，这就是所谓“内控标准”，在制定这一标准时，必须明确U₉₅或U₉₉之值。
      在产品验收时，当测出的抗拉力f低于多少时才可以确认为不合格而要求赔偿，按f+U₉₅=f+2.0N≤LSL=100N应是：f≤100N-2.0N=98N。
      严格地说,这里的U₉₅应是验收方检测中的值，但如果双方都是采用规范的标准检测方法，则双方的U₉₅会是接近的。
      对于供方来说，100N≤f≤102N的这个测量结果f所处的区间，虽然我们不能肯定是不合格的，但也不能肯定是合格的，ISO称之为不确定区，即前面所讲的待定区域。
      同样，对于接受方来说, 98N≤f≤100N的这个f所处区间,也是既不能肯定不合格，也不能说合格的一个不确定区。这两个待定区域的合格评定必须采用前面所说的两种方式。
      又例如，在公务员录取体检中，某专业国家规定身高不应低于158cm,这个指标明显是LSL。设某次测量置信概率P=95%，单侧扩展不确定度U₉₅=0.5cm。则某考生为证明自己身高符合国家要求，体检中测量值必须为168cm+0.5cm=168.5cm。而人事部门要证明考生身高不符合要求，则体检测量值必须为：168cm-0.5cm=167.5cm。当然，这里扩展不确定度的计算中K的取值不能按JJF1059规定来进行，而应依据ISO2602给出的单侧检验的t值表取值(在很多情况下，可直接取K=1.6或2.3，即对应于95%或99%的置信概率)。
      如果规范文件上给出的是某指标的上限值USL,例如某产品中的杂质含量的质量分数w不得超过0.020,设对w检测结果的U₉₅为0.005，那么，供方就应规定其内控上限为：w≤USL-U₉₅=0.02－0.005=0.015验收方的拒收下限则为w≥USL+U₉₅=0.020+0.005=0.025。这就是为什么验收部门必须评定单侧检验中的扩展不确定度的原因。

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