測量儀器自我檢查的準確度研究

王安華 高晨陽 馮 會

(石油化工管理干部學院，北京100012)

項目評價

測量儀器自我檢查的準確度研究

王安華 高晨陽 馮 會

(石油化工管理干部學院，北京100012)

“準確”是檢測工作的核心。文章探討了對測量儀器的準確度進行自我檢查的方法，測量儀器的準確度包含了精密度和正確度，對精密度應用西格瑪法進行研究，對正確度則應用偏倚進行研究，為化工生產和化學分析的檢測工作提供參考。

測量結果 準確度 重復性 偏倚

“準確”是檢測工作的核心，為了保證檢測結果的準確性，首先應保證測量儀器的準確性。為了保證測量儀器的準確性，應定期對測量儀器進行外部檢定或校準，除此之外，還需對測量儀器進行期間核查。期間核查就是在測量儀器的兩次外部檢定或校準之間所做的自我檢查，自我檢查包括以下兩種情況：一是沒有外部檢定或校準，僅由測量儀器的使用者對其進行自我檢查；二是難以對測量儀器實現外部檢定或校準。文章給出了對測量儀器進行自我檢查的方法。

1 對測量儀器進行自我檢查的3種情況

對測量儀器進行自我檢查分為以下3種情況：第一種情況是期間核查，實驗室利用“核查標準”對“核查對象”在兩次校準/檢定期間進行的自我檢查；第二種情況是沒有外部檢定或校準，當測量儀器沒有外部檢定或校準時，完全靠自我檢查以維護儀器的測量準確性，如一些使用并不普遍的測量儀器就沒有外部檢定或校準，僅靠自我檢查來維持測量儀器的準確性；第三種情況是難以實現檢定或校準，在偏遠地區使用的測量儀器難以實現檢定或校準，完全靠自我檢查以維護儀器的測量準確性，如西藏墨脫疾控中心和墨脫環境監測中心使用的測量儀器。

2 對測量儀器進行自我檢查的方法

自我檢查的目的就是要檢查“核查對象”是否保持原校準/檢定的狀態，維持其最佳溯源/測量能力；及早發現“核查對象”的失準，縮短追溯質量事故的時間，盡量避免錯誤的蔓延。

“檢查對象”有以下4類：(1)對測量結果有重要影響的測量儀器；(2)頻繁使用的測量儀器；(3)經常在惡劣條件(現場)下使用的測量儀器；(4)含有易老化和易損壞元器件的測量儀器。

2.1 測量儀器自我檢查的步驟

根據測量儀器的分辨力將測量儀器分為精度不高和精度高的測量儀器。這里所說的精度不高的測量儀器是指儀器的分辨力差(數值大)，使用精度不高的測量儀器對同一被測量測n次，其結果完全相同。例如用分辨力為1 g的商用臺秤稱量1顆500 g的標準砝碼，稱量多次，其多個結果完全相同。精度高的測量儀器是指測量儀器的分辨力高(數值小)，使用精度高的測量儀器對同一被測量測n次，其n個結果不完全相同。如對同一被測量測6次，得到6個結果，如果這6個結果都相同，即為“精度不高的測量儀器”，如果這6個結果不完全相同，即為“精度高的測量儀器”。例如用分辨力為0.1 mg的天平稱對1顆1 000 mg的標準砝碼稱量多次，其多個結果不完全相同，那么這個萬分之一(分辨力為0.1 mg)的天平就是精度高的測量儀器[1]。

2.2 測量點的核查方法

首先是確定檢查(測量)點，根據測量儀器的使用(測量)范圍確定檢查點，特別指出，不應完全根據測量儀器的量程確定檢查點。如果某萬分之一的天平其量程為0～200 g，但對100 g以下基本不用，對100 g以下可不進行期間核查。

對“精度不高的測量儀器”的一個測量點的核查方法。使用該儀器對相應的接受參照值(Vr)測一次，如果測量結果等于該Vr，則可認為測量儀器正常；如果測量結果不等于該Vr，則可認為測量儀器不正常，應進行修正。

例如，用一臺分辨力為1 g的商用臺秤稱得一個Vr=500 g的標準砝碼，若稱量結果為500 g，此商用臺秤正常；若稱量結果為501 g，此商用臺秤失準，需修正，修正值為-1 g；若稱量結果為498 g，此商用臺秤失準，需修正，修正值為+2 g。測量結果與接受參照值之差稱為偏倚，修正值與偏倚的絕對值相等，符號相反。

對“精度高的測量儀器”的一個測量點的核查方法，基本要求有兩點：第一，要求測量結果的一致性(重復性)好；第二，要求測量結果的均值與Vr之差不能大。

2.3 重復性

重復性的定義：在重復性條件下，n(n>1)個測量結果間的一致性。

使用測量儀器對一個測量標準Vr在重復性條件下測量多次，剔除可查明原因的離群值后得到n(n>2)個結果：x1，x2,…,xn，排序如下：x(1)，x(2),…,x(n)若極差小說明測量結果的一致性好。

根據上述結果，可以認為該天平在1 000.0mg這點的重復性滿足要求(沒發現該天平在1 000.0mg這點在重復性條件下的一致性不滿足要求)。

2.4 偏倚

對精度高的測量儀器的某一測量點，僅僅檢查其重復性是不夠的，還應檢查其正確度，對正確度的檢查有如下兩種情形。

2.4.1 測量儀器的使用說明書或檢定規程中給出最大允許誤差時的情形

當測量儀器的使用說明書或檢定規程中給出了最大允許誤差(Maximumpermissibleerror，MPE)時，使用以下判定原則：

同時滿足以上兩個不等式，判定測量儀器的期間核查合格，否則判定測量儀器的期間核查不合格。

若沒有規定測試次數，一律測6次。此時應將該均值修約，修約間隔為該儀器分辨力。參數MPE可從測量儀器的使用說明或測量儀器的檢定規程中得到。以千分尺為例來說明，表1是說明書提供的千分尺的技術參數。

表1顯示：當測量點為50mm時，其MPE為4μm。表1沒明確其MPE的用法，可考慮以下2種用法：

(1)測6次，計算出6個結果的均值和方差，分別考慮方差和偏倚應滿足要求，此時應建立標準方差；

(2)測6次，每次測量結果與Vr的絕對差都不得超過MPE。

表1 千分尺技術參數

2.4.2 當測量儀器沒有給出MPE時的情形

當儀器沒給出MPE時，使用以下判定原則：

使用待核查的儀器(設備)對標物Vr測試多次，剔除離群值后還有n個結果如下：x1，x2，…,xn，算得其結果的均值和方差：

2.4.3 西格瑪的獲得

測量儀器的使用說明書中給出相對標準差(RSD)時的情形。當測量儀器的使用說明書中給出RSD時，根據RSD的定義，有RSD=SD÷Vr，SD=RSD×Vr。

需要注意的是，建標時其測量結果必須剔除(統計)離群值后才能計算均值和方差;對儀器進行核查時，對其測量結果不剔除(統計)離群值，僅剔除可查明原因的離群值，其余結果都用來計算均值和方差。

2.5 接受參照值Vr

2.5.1Vr的概念

Vr是accepted reference Value的縮寫，全稱為接受參照值，簡稱參照值，此名詞在我國有多種稱謂如：參照值、參考值、標準值、標稱值、約定真值、校準值、實際值。雖然在很多法規性文件中使用“參考值”這個詞，在此不建議使用“參考值”這個名詞。“參照”與“參考”含義差別很大，例如，“請參照執行”與“僅供參考”的含義有很大區別。在核查測量儀器時，是將此值作為參照，不是僅為參考，另外在參照值前，還要加上“可接受”三個字，這是由于對不同準確度要求的測量儀器進行校準時，選擇的參照值的級別是不一樣的。例如當校準家用鐘表時，選用中央(省市)電視臺(廣播電臺)報時作為參照值，這個參照值是可以接受；然而當校準某宇航研究機構的計時器時，選用中央(省市)電視臺(廣播電臺)報時作為參照值就不能接受，這是因為該宇航研究機構的計時器要求比電視臺的計時器更準確。

2.5.2Vr的選取

獲取Vr的順序如下：

(1)外買。有專門的經政府批準的機構制作實物測量標準。

(2)用其他測試方法(例如配方法)獲取Vr。例如為了檢查鋼筋混凝土中水泥質量分數的測量系統是否準確，制得一個Vr為30%的鋼筋混凝土樣塊，其方法如下：用分辨力為10 mg的天平稱得，水泥x1=3 000.00 g，砂子x2=4 000.00 g，石子x3=2 000.00 g，鋼筋x4=1 000.00 g。用鋼筋制得一鋼筋籠，置入木框中央，將水泥砂子石子加水混合均勻后填入木框，置放10 d后鋼筋混凝土樣塊中的水分質量分數為0，此時水泥質量分數為30%。用鋼筋混凝土中水泥質量分數的測量系統測水泥質量分數(對于檢測人來說應是盲樣)，若測出結果與30%很接近，就說明該鋼筋混凝土中水泥質量分數的測量系統測量準確；若測出結果與30%差得很遠，就說明該鋼筋混凝土中水泥含量的測量系統測量不準確，此時就是用配方法測得的結果作為校準鋼筋混凝土中水泥質量分數測量系統的Vr。

(3)由高級別的儀器(剛檢定過)的檢測某一對象的結果(也可是多次測量結果的平均值)。

例如，千分尺(分辨力為0.001 mm)對某物的測量結果用來作為校準(檢查)卡尺(分辨力為0.01 mm)的Vr。

(4)由一個剛檢定過的同級別儀器(另外一個儀器)檢測某一對象的結果(多次測量結果的平均值，修約間隔為該同級別的儀器的分辨力)。

例如，甲地磅稱量某汽車質量的結果用來作為校準乙地磅的Vr(甲地磅與乙地磅同級別)。

(5)由剛檢定過的某儀器檢測某一對象的結果(多次測量結果的平均值，修約間隔為該的儀器的分辨力)，作為以后核查本儀器的Vr。

例如，1臺新體重秤稱量了一塊石頭的質量，體重秤使用了1年后，用該體重秤再稱量這塊石頭(石頭的質量沒變)，如果稱出的結果有差異，就說明體重秤失準了。

3 結語

測量儀器進行期間核查目的就是為了保持原校準/檢定的狀態，維持其最佳溯源/測量能力，使用文中介紹的方法對測量儀器進行期間核查，可以保證測量儀器的準確性，并且有如下3個優點：第一是科學性好，文中闡述的對“精度高的測量儀器”的一個測量點的核查方法，是建立在嚴謹的數學理論基礎上方差檢驗的一種方法；第二個優點是法制性，文中闡述的對“精度高的測量儀器”一個測量點的核查方法，是國際標準ISO 5725-6《測量方法與結果的準確度》規定的方法；第三是適用性強，文中闡述的對“精度高的測量儀器”一個測量點的核查方法，可用于任何一種精度高的測量儀器的核查，在化工生產中大量使用測量儀器監測生產過程，檢測產品的質量，都可用此方法對儀器進行核查。

[1] 張帆,丁文興,王安華，等.六西格瑪管理與統計技術[M].北京： 中國質檢出版社，2013.

Study on the Accuracy of Self-inspection of Measuring Instruments

Wang Anhua,Gao Chenyang,Feng Hui

(SINOPECManagementInstitute,Beijing100012)

“Accuracy” is the core of measurement.The methods for self-checking of the accuracy of the measuring instruments were discussed.The accuracy of the measuring instrument includes precision and accuracy.The Sigma method is applied for the precision application,and the bias is applied to the accuracy,which provided reference for the detection work of chemical production and chemistry analysis.

measurement result,accuracy,repetition,bias

2017-01-08。

王安華，男，1975年出生，畢業于北京科技大學計算機應用專業，博士，高級工程師，現從事石油化工專業技術培訓工作。

1674-1099 (2017)01-0006-04

TH71

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