关于校准过程的不确定度和三分之一原则

      各位老师，我单位在用立式光学计和四等量块校准1级三针的过程中，评定不确定度为0.6μm（咨询上级计量机构为0.4μm）。那么问题来了，JJF1207—2008要求1级三针的允差为±0.5μm.根据三分之一原则，U≥1/3*T。但是立式光学计的允差为0.15μm左右，上级标准器的允差又满足要求。到底该怎么理解呢？各位老师实验室三针的不确定度是多少呢？
      我们的不确定度来源有：1.光学计的示值误差。2.光学计的分辨力。3.量块和三针的温差、线膨胀。4.测量重复性。5.量块的长度变动量。
请老师们帮忙评判一下。谢谢了！

　　1被测对象：以名义直径3mm的三针为例，计量要求允许尺寸偏差±0.5μm，控制限T=1μm。
　　2测量设备：
　　2.1四等量块：尺寸10mm以下，不确定度0.22μm；
　　2.2光学计：使用±60μm以内显示值，允差±0.2μm。
　　3测量模型：D=L＋Δ，式中D为三针直径测得值，L为量块长度，Δ为光学计读得的三针与量块尺寸差。
　　4灵敏系数：CL=CΔ=1
　　5不确定度分量分析：由测量模型知只有两个输入量，因此根据分量分析既不重复也不遗漏的原则，应分别分析来自L和Δ两个输入量的标准不确定度分量。
　　5.1来自量块长度L的标准不确定度分量：uL=0.22μm/2.7=0.08μm
　　5.2来自光学计读数Δ的标准不确定度分量：uΔ=0.2μm/1.73=0.116μm
　　5合成标准不确定度uc＝√(0.08^2+0.116^2)=0.14μm。
　　6扩展不确定度：取k=2，U=2×0.14=0.28μm
　　7结论：
　　扩展不确定度U=0.28μm，k=2。
　　因为被测参数控制限T=1μm，测量能力指数Mcp=T/(2U)=1/0.56=1.79，原国家计量局推荐的基本满足测量要求的能力指数应≥1.5，1.79>1.5，因此本测量方案基本满足1级三针计量校准的计量要求，可以开展1级三针的计量校准活动。

规矩湾锦苑 发表于 2015-9-10 01:05
　　1被测对象：以名义直径3mm的三针为例，计量要求允许尺寸偏差±0.5μm，控制限T=1μm。
　　2测量设备： ...

请问老师，测量重复性和立式光学计的分辨力引入的不确定度分量不用计算在内吗？

立式光学计的分辨力为1μm，按1/2=0.5μm来说，u=0.5/1.73==0.29μm，是很大的一个不确定度分量啊。

脾气妹 发表于 2015-9-10 20:34
请问老师，测量重复性和立式光学计的分辨力引入的不确定度分量不用计算在内吗？

立式光学计的分辨力为1 ...

　　不确定度分量的分析既不能重复也不能遗漏，是否重复和遗漏用什么判定？那就是“测量模型”。输出量的不确定度来自于输入量的不确定度，一个输入量必给测量结果引入一个不确定度分量，有多少输入量就有多少不确定度分量，不能多也不能少。
　　三针直径检定的测量模型是D=L＋Δ，因此必有且仅有来自L和Δ两个输入量的不确定度分量。来自光学计读数Δ的标准不确定度分量使用了示值允差0.2μm，uΔ=0.2μm/1.73=0.116μm，你所说的分辨力1μm不是分辨力而是分度值，分度值的影响应包含在示值允差之内，不可能大于允差，如果分辨力大于允差，这个仪器无论如何也没有办法检定合格了。事实上分度值1μm时的分辨力为0.1μm，引入的不确定度分量0.058μm。
　　当用不同的方法分析同一个输入量给输出量引入的不确定度大小不等时，为了测量工程的安全，应该舍小取大，在0.116μm和0.058μm中就应该选取0.116μm。当然你还可以不惜成本，不怕麻烦，花钱、花时间、花精力做重复性实验得到Δ引入的另一个标准不确定度分量，再比较三者大小取其中最大值，你一定会发现仍然是光学计允差引入的分量0.116μm最大，Δ引入的标准不确定度分量仍然应该是0.116μm。

规矩湾锦苑 发表于 2015-9-10 21:12
　　不确定度分量的分析既不能重复也不能遗漏，是否重复和遗漏用什么判定？那就是“测量模型”。输出量的 ...

谢谢老师指导，但是校准三针直径及其变动量时好像要使用三等量块。

规矩湾锦苑 发表于 2015-9-12 20:46
　　JJF1207的C.1指出1级三针直径的测量不确定度不大于0.20μm（规范在U/T≤1/3中选择了1/5），而尺寸10m ...

老师，根据您的测量模型D=L+△，要不要考虑重复性、温度差、线膨胀系数差引入不不确定度分量呢？

脾气妹 发表于 2015-9-12 23:54
老师，根据您的测量模型D=L+△，要不要考虑重复性、温度差、线膨胀系数差引入不不确定度分量呢？ ...

A类评定是在某个输入量的信息不掌握的情况下不得不为之的不确定度评定方法，L和△两个输入量的有关信息我们都知道，为什么还要进行A类评定呢？B类评定足矣。

　　温度差、线膨胀系数差都可能给L和△两个输入量引入不确定度分量（不确定度分量的子项），但温度差、线膨胀系数差引入不确定度分量子项与输入量的大小密切相关。温度差和线膨胀系数差很小，特别是线胀系数是10的(-6)次方，1000mm每差1℃才变化0.01mm，三针直径一般小于10mm，△的值更是小于1mm，温度差、线膨胀系数差给L和△引入不确定度分量子项微乎其微，还有必要考虑吗？

插个楼请教一下：
“JJF1207—2008要求1级三针的允差为±0.5μm.根据三分之一原则，U≥1/3*T”
这里面T是取0.5？还是1？依据或者出处在哪里呢？谢谢。

tplink 发表于 2015-9-14 14:17
插个楼请教一下：
“JJF1207—2008要求1级三针的允差为±0.5μm.根据三分之一原则，U≥1/3*T”
这里面T是取 ...

　　U/T≤1/3是三分之一原则的基本表达式，≤1/3是不大于1/3，不是等于1/3，一般情况下取1/3～1/10。被测对象风险越大越趋向1/10，风险越小越趋向1/3。因为检定/校准活动风险大于一般测量过程，因此JJF1094取了适当趋向1/10的1/6。根据MPEV=T/2，推导出了U/MPEV≤1/3的判别式。
　　其实U/MPEV≤1/3就是三分之一原则“U/T≤1/3，一般情况下取1/3～1/10”在检定/校准领域实际应用的案例，也是1/3原则在实际应用中的一个“原则”，适用于绝大多数检定/校准，但也并非绝对如此。例如压力表检定风险更大，取了1/8，换算成MPEV就是1/4，量块检定风险较小，就取了1/4，换算成MPEV好不确定度就是1/2。
　　三针的检定也是风险较小的测量过程，与量块检定一样取了1/4或1/5，因此还是要用三分之一原则的基本表达式来判定，即在U/T≤1/3的基础上取1/4或1/5，判别式变为U/T≤1/4或U/T≤1/5。对于三针直径的允差±0.5μm，T＝1μm，T/5=0.20μm，所以校准规范JJF1207的C.1条规定三针直径校准方法的测量不确定度不得大于0.20μm。

规矩湾锦苑 发表于 2015-9-14 15:18
　　U/T≤1/3是三分之一原则的基本表达式，≤1/3是不大于1/3，不是等于1/3，一般情况下取1/3～1/10。被测 ...

学习了，感谢！

这位版主兼老师真是大拿啊，膜拜

暴风霜 发表于 2015-9-15 14:02
这位版主兼老师真是大拿啊，膜拜

七年前我就膜拜上他了

规矩湾锦苑 发表于 2015-9-12 20:46
　　JJF1207的C.1指出1级三针直径的测量不确定度不大于0.20μm（规范在U/T≤1/3中选择了1/5），而尺寸10m ...

刚入门，发表点个人看法，不对请老师指正：
   JJF1207  附录D的测量模型 是否应为  D=L？因为开头已经说明使用测长机直接测量，所以后面展开都没有讨论δ的分量。
只是规范后面说到测长机的最大允许误差0.12μm，什么型号、品牌的测长机能达到这个准确度呢？
  另外，上述老师讨论的不确定度评定中使用的测量标准器为立式光学计、量块，是比对法测量。我个人的疑问是在实际测量一些被测直径为0.118mm、0.142mm、、等小尺寸的三针时，有对应尺寸的标准量块做比对吗？是否有专门用来校准三针的专用量块？
谢谢！

岸岩 发表于 2015-10-24 11:29
刚入门，发表点个人看法，不对请老师指正：
   JJF1207  附录D的测量模型 是否应为  D=L？因为开头已经说 ...

　　你说的非常对，这也是JJF1207不确定度评定报告的不足之一。前面给了测量模型D=L＋δ，包含有两个输入量，后面却置给出的测量模型于不顾，对输入量δ引入的不确定度分量只字不提，这是典型违背不确定度分量分析要做到“既不重复也不遗漏”原则的案例。
　　既然δ是测量Ｌ时的误差，就应该确定误差δ的大小，进一步评估δ引入的不确定度分量。其实δ无非是检定过程中的“人机料法环”造成，因为三针尺寸小，环境得到控制，三针与量块温差及线胀系数差也很小，引起的误差δ就很小可忽略不计。但因测量模型有输入量δ，不确定度评定就必须有这段文字。若不想写这段话，测量模型就应该如你所说写为：D=L。
　　校准规范的不确定度评定示例第二个不足就是没给出“已知条件”。不确定度评定是用信息估计被测量真值所在区间的半宽，“有用信息”至关重要。不确定度评定报告第一条就该用“概述”为标题给出所有有关被测量、所用测量设备（检定/校准为计量标准）、环境条件、测量原理等“有用信息”。正如你所说，测长机的型号、品牌、测量范围和允差都没给出，在评定中说测长机最大允许误差0.12μm就成了无根之水。
　　还有个问题不知你发现没有，附录C.1规定三针直径测得值不确定度0级为≤0.12μm，1级为≤0.2μm，评定结果U=0.21μm>0.2μm，这种检定方法还能值得我们采信吗？问题在哪？问题仍在不确定度评定报告。测量模型D=L＋δ，L是什么？L是在计量标准（仪器）上读得的值，不是在三针上读得的量值，凭什么重复性实验进行A类评定？有关计量标准的有用信息我们完全可以通过有关仪器、量块的检定规程查到，一个B类评定可解决的问题，为什么花钱、换时间、花精力去干重复试验的傻事？这个A类评定与后面的B类评定是同一个输入量L引入，这也是典型的分量分析“重复”，两者之中我们只能取其一。
　　最后是关于有没有0.118mm、0.142mm等小尺寸量块的问题，可以说没有。怎么办呢？JJF1207的6.3.2.3条第二自然段以下内容做了详细回答：将三针直径“与适当的量块组合”，“再用与组合尺寸接近的量块进行比较”，该条款还给出了实例，应该是说得很清楚，我就不重复说了。

新手，真是个好贴，顶顶顶

谢谢分享，认真学习一下。

先收藏了，谢谢楼主