電測計量標(biāo)準(zhǔn)實驗室建標(biāo)流程與不確定度評定研究

Research on the Standard Construction Process and Uncertainty Assessment of the Electrical Measurement Standard Laboratory

PENG Hui1JIANG Kun2LIUYang3PAN Zhong-chang4LIYing-jie5 （1.Dong'eCountyMetrologyandTestingInstitute;2.Chiping DistrictStandardMetrologyInstitute;3.ShandongInstitute ofMetrology;4.Liaocheng Inspectionand Testing Center; 5.Ordos Inspection and Testing Center）

Abstract：The electricalmeasurement standard laboratory is theimportantfundamentalinfrastructureof ensuring the accuracyand reliability of measurement data.This paper discusses the standard construction process and uncertainty assessment methods ofthelaboratories.In terms of theconstructionprocess，fromthe threekeystages of preparation， construction，and qualitysystem establishment，thecore elements suchas environmentalconditions，measurement instrumentconfiguration，andpersonnelcapacityareelaborated.Intermsofuncertaintyassessment，thepaperis based on the GUMrule，and discusses the implementation steps and mathematical models oftheAand Bassessment methods respectively.The study demonstrates that astandardized standard construction process and scientific uncertainty assessment methodscan efectively ensure the measurement accuracyand traceability of the laboratories，providing reliable technical support for industry development.

Keywords： electrical measurement standards，laboratory，standard construction proces，inconclusive rating

0 引言

在全球科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)變革加速推進(jìn)的新時代背景下，計量作為質(zhì)量技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施的核心要素，其戰(zhàn)略地位愈發(fā)凸顯。電測計量標(biāo)準(zhǔn)實驗室不僅是量值傳遞的關(guān)鍵節(jié)點，更是支撐國家質(zhì)量基礎(chǔ)設(shè)施體系的重要支柱。從微觀層面看，其為工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究提供可靠的測量溯源；從宏觀層面看，其直接影響國家計量能力和產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈的穩(wěn)定性，是實現(xiàn)質(zhì)量強國戰(zhàn)略的基礎(chǔ)保障。

當(dāng)前，隨著新一代信息技術(shù)與先進(jìn)制造業(yè)的深度融合，測量對象呈現(xiàn)出多元化、復(fù)雜化的特征，測量精度要求不斷提升，這對電測計量標(biāo)準(zhǔn)實驗室的建設(shè)與運行提出了更高要求。特別是在智能制造、新能源、航空航天等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的推動下，亟需建立更高水平的計量標(biāo)準(zhǔn)體系，以滿足產(chǎn)業(yè)升級對高精度、寬范圍、多參數(shù)測量的迫切需求。

本文立足于JJF1033—2023《計量標(biāo)準(zhǔn)器具核準(zhǔn)管理辦法》和ISO/IEC17025—2023等權(quán)威規(guī)范，系統(tǒng)探討電測計量標(biāo)準(zhǔn)實驗室的建標(biāo)流程，深入研究基于GUM法則的不確定度評定方法。研究旨在通過建立科學(xué)完備的實驗室質(zhì)量體系，提升計量溯源能力，加強測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可靠性，為我國計量技術(shù)基礎(chǔ)能力的整體提升提供理論指導(dǎo)和實踐參考。

1電測計量標(biāo)準(zhǔn)實驗室建標(biāo)流程

1.1建標(biāo)準(zhǔn)備階段

電測計量標(biāo)準(zhǔn)實驗室建標(biāo)準(zhǔn)備階段需遵循JJF1033—2023《計量標(biāo)準(zhǔn)器具核準(zhǔn)管理辦法》要求，系統(tǒng)評估實驗室技術(shù)能力與基礎(chǔ)條件。主要包括以下核心要素：環(huán)境條件建設(shè)須對溫濕度、振動、電磁干擾等參數(shù)實施量化控制，建立實時監(jiān)測系統(tǒng)；計量標(biāo)準(zhǔn)器具配置需建立完整溯源鏈，選用具備良好穩(wěn)定性、準(zhǔn)確度的標(biāo)準(zhǔn)器具；人員能力建設(shè)應(yīng)培養(yǎng)專業(yè)計量技術(shù)團(tuán)隊，使其掌握校準(zhǔn)方法與不確定度評定；質(zhì)量體系文件須建立完整的管理體系文檔，規(guī)范技術(shù)要求與工作流程；技術(shù)方法研究需對測量原理、校準(zhǔn)方法進(jìn)行驗證，建立數(shù)據(jù)處理體系，確保結(jié)果的準(zhǔn)確性與溯源性。

1.2實驗室建設(shè)階段

電測計量標(biāo)準(zhǔn)實驗室建設(shè)階段是建標(biāo)流程的重要環(huán)節(jié)，需要系統(tǒng)化實施各項基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與技術(shù)能力構(gòu)建。

（1）應(yīng)依據(jù)GB/T27025—2023《檢測和校準(zhǔn)實驗室能力的通用要求》，打造符合計量標(biāo)準(zhǔn)的專用環(huán)境。這包括配置精度為 ±0.1 （204號 °C 的恒溫恒濕系統(tǒng)，將溫度控制在 （23±2）^qC， 相對濕度控制在（45±5）%RH ，以確保環(huán)境條件的穩(wěn)定性。同時，為了滿足電測計量的特殊需求，實驗室需安裝防靜電地板，表面電阻應(yīng)在106＼～109 Ω 之間；建立接地系統(tǒng)，接地電阻要求小于等于4 Ω ；并配備電磁屏蔽設(shè)施，屏蔽衰減能力需達(dá)到或超過 40dB@1GHz 以確保測量環(huán)境的電磁兼容性。

（2）實驗室應(yīng)建立完整的計量溯源體系，配置8.5位高精度數(shù)字多用表（精度優(yōu)于 0.0008% ）、標(biāo)準(zhǔn)電阻器（穩(wěn)定性優(yōu)于 2ppm/ 年）、交直流電壓源（穩(wěn)定性優(yōu)于 5ppm/ 年）等計量標(biāo)準(zhǔn)器具，確保其準(zhǔn)確度等級滿足4：1測量比例關(guān)系。通過建立計量比對體系，實現(xiàn)與上級計量標(biāo)準(zhǔn)的有效溯源，保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性。配置標(biāo)準(zhǔn)電壓源量程為 0～1000V ，分辨率 0.1μV ；標(biāo)準(zhǔn)電流源量程為 0～100A ，分辨率 0.1μA ；同時配置自動化測試系統(tǒng)，測量周期可控制在 100ms 以內(nèi)，提升計量過程的效率與重復(fù)性[2]

（3）為了保障實驗室運行的規(guī)范性和可持續(xù)性，應(yīng)制定涵蓋47個測量項目的標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程（SOP）。該規(guī)程需明確儀器設(shè)備的管理、使用和維護(hù)流程，并建立計量標(biāo)準(zhǔn)器具的檔案管理系統(tǒng)，實現(xiàn)設(shè)備全生命周期的信息化管理。系統(tǒng)應(yīng)能夠監(jiān)控關(guān)鍵參數(shù)，如校準(zhǔn)周期（通常為12個月）和期間核查周期（通常為3個月），以確保實驗室的持續(xù)合規(guī)和高效運行。

1.3質(zhì)量體系建立

電測計量標(biāo)準(zhǔn)實驗室質(zhì)量體系建設(shè)需遵循ISO/IEC17025：2023與CNAS-CL01-2024標(biāo)準(zhǔn)要求，構(gòu)建“過程方法”導(dǎo)向的質(zhì)量管理體系。質(zhì)量體系采用三層文件架構(gòu)，具體如表1所示。

在質(zhì)量體系運行過程中，實驗室通過MetrologicalConfirmation軟件平臺實現(xiàn)計量特性分析，對關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實時監(jiān)控。同時建立計量比對機(jī)制，每半年開展能力驗證， En 值嚴(yán)格控制在0.3以內(nèi)。通過設(shè)備臺賬和使用記錄的建立，實現(xiàn)計量標(biāo)準(zhǔn)器具全生命周期的有效管理，確保實驗室質(zhì)量體系的持續(xù)改進(jìn)和有效運行[3]

2計量標(biāo)準(zhǔn)實驗室測量不確定度評定方法

2.1A類評定方法

在實驗室測量中，A類測量不確定度的評定需要符合GUM法則與JJF1059—2023.1《測量不確定度評定與表示》的要求。此方法基于統(tǒng)計學(xué)原理，通過對重復(fù)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，評估實驗室測量數(shù)據(jù)的隨機(jī)性和正態(tài)分布特性。具體評定步驟如下：

（1）應(yīng)對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行獨立性檢驗，確保觀測數(shù)據(jù)之間不存在顯著相關(guān)性。采用游程檢驗（RunTest），在顯著性水平 α=0.05 下對數(shù)據(jù)的獨立性進(jìn)行分析。如果數(shù)據(jù)通過游程檢驗，則可以認(rèn)為數(shù)據(jù)具有獨立性，可以繼續(xù)進(jìn)行下一步分析。

（2）對數(shù)據(jù)的正態(tài)性進(jìn)行檢驗，以確保其符合正態(tài)分布特性。常用的正態(tài)性檢驗方法為Shapiro-Wilk檢驗，該方法在小樣本條件下具有較高的準(zhǔn)確性。同時，還需結(jié)合偏度系數(shù) ?_g1 和峰度系數(shù) ?_g2 來判斷數(shù)據(jù)是否符合正態(tài)分布。一般情況下，偏度 應(yīng)控制在[-0.2，0.2]的范圍內(nèi)，而峰度 應(yīng)控制在[-1.0，1.0]的范圍內(nèi)。如果數(shù)據(jù)通過正態(tài)性檢驗，則可以進(jìn)入最終的標(biāo)準(zhǔn)差計算環(huán)節(jié)

（3）計算重復(fù)觀測數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差作為不確定度評定的基礎(chǔ)。標(biāo)準(zhǔn)差的計算公式為：

式中： x_i 表示第i個觀測值； 為數(shù)據(jù)的平均值； Ω_n 為觀測數(shù)據(jù)的數(shù)量。該公式用于評估數(shù)據(jù)的離散程度，從而為不確定度的量化提供依據(jù)。

2.2B類評定方法

B類測量不確定度的評定方法以非統(tǒng)計學(xué)手段為基礎(chǔ)，綜合考慮實驗室的技術(shù)條件、計量標(biāo)準(zhǔn)器具的特性、環(huán)境影響因素及其他系統(tǒng)性誤差源，進(jìn)行理論分析與數(shù)據(jù)推導(dǎo)。此方法遵循JJF1059—2023.1中的相關(guān)要求，主要通過技術(shù)規(guī)范、校準(zhǔn)證書及設(shè)備技術(shù)指標(biāo)等文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來量化不確定度分量5。具體評定步驟如下：

需分析計量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特性與誤差傳播模型，明確關(guān)鍵參數(shù)及其對測量結(jié)果的影響程度。根據(jù)測量原理及技術(shù)條件，建立不確定度分量的數(shù)學(xué)模型。例如，對于電壓測量而言，系統(tǒng)的不確定度可分解為基準(zhǔn)電壓源的不確定度、數(shù)字多用表的線性誤差、溫度漂移及其他環(huán)境因素的疊加。利用誤差傳播公式：

式中： u（x_i） 為輸入量的不確定度; 為靈敏度系數(shù)。

關(guān)鍵分量包括基準(zhǔn)設(shè)備的不確定度（如基準(zhǔn)電壓源的 2×10^-6 至 5×10^-6 ）、儀器誤差（如數(shù)字多用表的 0.0005% ）及環(huán)境影響（如溫度漂移的0.1×10^-6/^°C ）。難以直接量化的系統(tǒng)性誤差通過類比法或經(jīng)驗評估。

最終，通過合成公式計算標(biāo)準(zhǔn)不確定度 ，并結(jié)合覆蓋因子 k=2 得出擴(kuò)展不確定度：

U=k?u_c

例如，基準(zhǔn)電阻的綜合不確定度計算為U=0.0046Ω 。B類評定注重理論分析與數(shù)據(jù)推導(dǎo)，確保測量結(jié)果的量化準(zhǔn)確性與可靠性。

3結(jié)語

本文系統(tǒng)探討了電測計量標(biāo)準(zhǔn)實驗室的建標(biāo)流程與不確定度評定方法。在建標(biāo)流程方面，從準(zhǔn)備階段、建設(shè)階段到質(zhì)量體系建立3個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，詳細(xì)闡述了環(huán)境條件建設(shè)、計量標(biāo)準(zhǔn)器具配置與人員能力建設(shè)等核心要素。研究強調(diào)了恒溫恒濕系統(tǒng)的精確控制、防靜電與電磁屏蔽設(shè)施的規(guī)范要求，以及計量標(biāo)準(zhǔn)器具的溯源體系建設(shè)。在不確定度評定方面，基于GUM法則，深人探討了A類和B類評定方法的具體實施步驟與數(shù)學(xué)模型，建立了科學(xué)的數(shù)據(jù)分析體系。研究表明，通過建立‘ ?1+23+47 ”三層質(zhì)量體系文件架構(gòu)，規(guī)范化實施建標(biāo)流程，科學(xué)開展不確定度評定，可以有效保障計量標(biāo)準(zhǔn)實驗室的技術(shù)能力和測量質(zhì)量。隨著工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展，建議進(jìn)一步加強計量過程的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化建設(shè)，推進(jìn)人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)在計量領(lǐng)域的深度應(yīng)用，建立智能計量平臺，實現(xiàn)測量數(shù)據(jù)的自動采集與分析，持續(xù)提升計量服務(wù)水平，為產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供更可靠的計量技術(shù)支撐。回

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作者簡介

彭慧，本科，高級工程師，研究方向為工程技術(shù)、質(zhì)量管理、計量管理，產(chǎn)品質(zhì)量檢驗檢測、計量器具檢定校準(zhǔn)、標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)研究，實驗室認(rèn)證，產(chǎn)品工藝配方技術(shù)研發(fā)等。

（責(zé)任編輯：袁文靜）