《数字多用表校准规范》之新意

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                                     《数字多用表校准规范》之新意
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                                                                                                            史锦顺
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       推行不确定度体系23年之后，2016年版的JJF 1587-2016《数字多用表校准规范》，重误差理论，而贬不确定度体系，这是一种新思想、新意境。
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（一）兴“误差”，贬“不确定度”
【JJF 1587-2016正文摘抄】
3 术语和计量单位
3.1示值误差
5 计量特性
5.1 示值误差
5. 2 最大允许误差
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【史评】
       正文大量用“误差”；而极少用“不确定度”。一褒一贬，倾向明显。
       正文中“误差”一词出现36次。而“不确定度”一词出现2次，其中一次出现在括号中，意思是“不确定度与最大允许误差等效，只是名词不同而已”。因为体现二者作用的比例数字相等。实际是让不确定度体系的名称、术语、内容及方法，靠边站了。
      2004年版的VIM3，正文只讲“不确定度”，而把“误差”的术语一律放到附录中；过了12年之后，《JJF 1587-2016》竟反过来：提倡“误差”，而把“不确定度”放在附录中。兴衰成败，大势所趋！
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（二）正确给出计量误差、计量的资格条件
【JJF 1587-2016正文摘抄】
6 校准条件
6. 2. 2 校准装置对应功能的最大允许误差绝对值（或不确定度）应不大于被校数字表相应功能最大允许误差绝对值的1/3。
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【史评】
       国家计量规范《JJF1094-2002 测量仪器特性评定》之计量条件为：
       评定示值误差的不确定度U₉₅与被评定测量仪器的最大允许误差的绝对值MPEV之比，应小于或等于1:3，即
                   U₉₅ ≤ MPEV/3                                                                     （A）
       （A）式中的U₉₅，包括计量标准的MPEV，还额外包括被评定仪器的重复性与分辨力误差。
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       而《数字多用表校准规范》的6.2.2条款写成公式为：
                  MPEV_标准 ≤ MPEV/3                                                             （B）
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       （B）式是合理的、正确的，近代计量历史中用的就是这个公式。
       （A）式是不合理的、是错误的。把对象的部分性能混入判别标准中，混淆了手段与对象的关系。产生“能计量高档次仪器，却不能计量低档次仪器”的逻辑错误。新版《数字多用表校准规范》敢于恢复、启用正确的（B）式，好！
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（三）对“除以根号N”的纠正
       对仪器的计量，手段的性能远优于对象的性能。被检仪器的示值的随机变化，是客观存在，必须如实表达，而不能缩小。
       对被评定仪器的示值随机变化的测量，是统计测量，表征量必须是单值的σ，而不是平均值的σ_平。就是说，σ不能除以根号N。
       不确定度体系的A类标准不确定度，GUM的定义是σ除以根号N。因而大量的规范、规程、样板评定，A类评定都是σ除以根号N。这种一般地除以根号N的作法，对统计测量都是错误的。
       新版《数字多用表校准规范》在附录中给出的评定不确定度的方法，是用单值的σ，而不除以根号N。好，正确，赞一个！
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（四）质疑
       通常的校准，所评定的不确定度U₉₅，名称是“校准值的不确定度”，实质是测定系统误差时的误差范围，可用来判断该不该修正。并不是仪器修正后的误差范围。
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       新版《数字多用表校准规范》评定的不确定度，不是“测定系统误差时的误差范围”，而是系统误差修正后，仪器的误差范围。但通常（99%以上）仪器是不修正的。如是，给出的“不确定度”就没用了。
       实际有用的是不修正的仪器的误差范围。但它应是随机误差与系统误差以及标准的误差范围的合成结果。
       “校准给出不确定度”已成常规。但这个不确定度是什么，干什么用，似乎都不大明确，包括新版《数字多用表校准规范》在内。“以其昏昏使人昭昭”，不行啊！
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附言
        JJF 1587-2016《数字多用表校准规范》的起草人中有一人是网友熟悉的，他就是范巧成（山东电力研究院），就是本网的都成，又名巧成、qcdc.
       都成先生与我有几十场辩论。总的来说，他反对我的观点。但奇怪的是，他参与起草的规范，竟有些观点与我的主张相似。也许是国家计量院有钱钟泰的缘故。不管怎么样，反正我反对不确定度体系的信心是越来越强了。
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史锦顺 发表于 2017-12-1 13:05
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（一）截图中所载公式是错误的
       分析详见：《论不确定度体系的公式错误》之第五、第六两部分。  ...

首先感谢您的回复。
  U95的内容，包含被检仪器的部分性能。这部分内容是对象的性能，已体现在 |Δ|max 中。用U95取代R标是错误的。U95部分堵塞合格性通道（有时甚至堵死合格性通道），是不确定度体系的一项严重错误。
这个U95，您提到的卡尺评定我不清楚，不过我在评定电源输出电压不确定度时，就遇到了类似的问题，即被检电源输出电压的分辨力引入的问题，我之前也在论坛中的请教过，最终也没有得出满意的结果，很多量友对这个当时我认为非常简单的问题都模棱两可（当时我认为，只要评定过不确定度，就应该知道这个问题）。当时我按照不确定度评定规程中的要求，将重复性和被检电源的分辨力比较，取其中较大值，但这个分辨力太大，不仅比重复性大很多，也比我们的高精度标准电压表MPEV高很多，我评定出的不确定度很大，最终在和美方交流下，直接舍弃了分辨力这个分量（这个评定，我方是卖方，美方是买家，如果不是对方工程师认为不确定度内不该包含分辨力，是不可能建议这样评定的。）
之后我经常思考问题的原因，并推敲不确定度评定（规程中的）的各个分量的含义，还有最终合成出来的到底应该是什么。不过限于能力，最终还是感觉自己看的书不够多。

先生先说：“我认为不确定度一直如它的定义那样，它可以反映测量结果的可靠性”，同一段中又说：“不确定度U就是一个评定的测量误差范围”，“随意看看国外仪器的说明书，说明书的不确定度实际上就是误差范围”。先生的说法，是相互矛盾的。
我感觉并不矛盾，我举个例子。假设我现在测量一个物理量，测量结果是10.1，不确定度是0.5.就表示真值可能在10.1的正负0.5范围内。然后我又测量了一个结果为10.2，不确定度为0.1，那么表示真值在10.2的正负0.1范围内。由于不确定度0.1比0.5小，或者说可能的误差范围0.1比0.5小，那么我认为测量结果10.2更可靠。即对同一物理量的测量，不确定度越小，测量结果可能的误差范围越小，这个结果也越可靠。
（三）“已知”“未知”是陷阱
这个我是这么理解的。误差的定义说到误差定义为测得值减真值，但实际操作中，我们减的都是约定真值。修正值=-误差=-（测得值-约定真值），已一个电压表校准被测电源输出电压为例，那么电源输出电压真值为U，而被测电源的显示值即测得值A，标准电压表表显为约定真值B。电源输出电压的误差按照定义为A-U，而实际中误差为A-B。而A-U和A-B之间的差距，其实就是约定真值和真值之间的差距。所以，我说的已知误差，就是测得值-约定真值，而未知误差就是约定真值和真值的差，这个我认为就是不确定度。

后面您提到的历史问题，由于不了解也就不评论了。不过我是个实用主义者，我认为不确定度能够昌盛，必有其原因。而时间会说明一切。

补充内容 (2017-12-4 12:07):
计算标准不确定度时除以根号n，原则上是允许的，但必须确保今后在同类测量中所给的测量结果必须是n次测量的平均值。

补充内容 (2017-12-4 12:09):
而由于常规测量中很少有重复测量10次或更多的情况，除以根号n将使评定的测量不确定度偏小。——《实用测量不确定度评定（第三版）》倪育才

支持纯学术研讨辩论

我认为不确定度一直如它的定义那样，它可以反映测量结果的可靠性。图片（来源JJF1094-2002测量仪器特性评定中）个人认为是最能反应不确定度用途的。我公司是生产电源等仪器的，在和国外客户沟通时，对方要求每台合格仪器的合格判据就是图片内容，这其中的不确定度U就是一个评定的测量误差范围。就各个看来，误差分为已知误差（可以我们的标准器评测出的一部分）和未知误差，其中已知误差就是可以用修正值替代的部分，而未知误差就在不确定度评定的范围内的部分。我感觉不确定度体系和误差并无冲突啊，如果不确定度这个名称被翻译成XX误差范围应该就不会有这么大分歧了吧=。=随意看看国外仪器的说明书，说明书的不确定度实际上就是误差范围。。。

二。  评定示值误差的不确定度U95与被评定测量仪器的最大允许误差的绝对值MPEV之比，应小于或等于1:3，即
                   U95 ≤ MPEV/3                                                                     （A）
史老摘取的这个并不是合格判定的内容，这只是规程给出的一个特殊情况的先决条件。即满足U95 ≤ MPEV/3 的时候，我们可以怎么怎么判定。而且规程也没有要求，满足U95 ≤ MPEV/3 的时候必须怎么怎么判定。怎么说呢，这个特殊情况的判定我也不是很理解（个人观点，规程后面的判定方案，即图片中的方案，难道不更好些嘛？不确定度都评定出来了，为啥不用后面的来判定呢？反正U95 ≤ MPEV/3 是否满足这个条件，我都选择图片的判定方案的）

三。根号n的问题，因而大量的规范、规程、样板评定，A类评定都是σ除以根号N。不问缘由而除以除以根号N肯定是有问题的，这不仅史老认为，基本大家都认可的事情，不确定度评定中也有详细指出。在对于量块长度等定值的物理量，测量多次取平均值，然后评定不确定度时除以根号n，给出这个多次平均值的不确定度，我认为是合适的，也是有价值的。而对于电源输出电压等非定值的物理量则不同，则必须参考不确定度评定中的详细要求，除以根号n，不除根号n，除以根号n后乘以m 意义不同。

不光JJF 1587-2016，90%以上的JJG、JJF都是这样的，表征测量设备特性的参量用误差，表征测量结果（包括误差）可疑程度的参量用不确定度，同褒、贬没有什么关系吧

JJF 1587附录还有测量不确定度评定示例呢，这又怎么说

误差 跟 不确定度 本来就是 相辅相成的 ，谁也离不开谁。
专家 你可以说 不确定度评定的体系目前不完美，可是有必要否定 不确定度 思想吗？
就像 黑洞 理论一样， 很多问题无法解释，但谁会去否定 黑洞不存在的可能呢？

专家 你与其花毕生的精力来否定 不确定度 ，还不如尽你的绵力来完善 不确定 体系

吴下阿蒙 发表于 2017-11-30 16:58
我认为不确定度一直如它的定义那样，它可以反映测量结果的可靠性。图片（来源JJF1094-2002测量仪器特性评定 ...

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（一）截图中所载公式是错误的
       分析详见：《论不确定度体系的公式错误》之第五、第六两部分。     
             （http://www.gfjl.org/forum.php?   mod=viewthread&tid=207128&extra=page%3D2）
       仅摘其中一段如下。
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6.4 不确定度体系中合格性判别公式错误
       合格性判别公式的正确式为（6.4）；而不确定度体系中，合格性判别公式（例如JJF1094-2002）为
                      |Δ|_max  ≤ MPEV –U₉₅                                                   （6）
       U95的内容，包含被检仪器的部分性能。这部分内容是对象的性能，已体现在 |Δ|_max 中。用U₉₅取代R_标是错误的。U₉₅部分堵塞合格性通道（有时甚至堵死合格性通道），是不确定度体系的一项严重错误。
       欧洲合格性组织对游标卡尺的不确定度评定（我国CNAS引为标准之实例），结果竟是：误差范围0.05mm的卡尺，用一等量块校准，校准之不确定度是0.06mm，如是，合格性通道被堵死，则全世界的此类卡尺都不合格。多么荒唐！
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（二）不确定度是“可靠性”吗？
       先生先说：“我认为不确定度一直如它的定义那样，它可以反映测量结果的可靠性”，同一段中又说：“不确定度U就是一个评定的测量误差范围”，“随意看看国外仪器的说明书，说明书的不确定度实际上就是误差范围”。先生的说法，是相互矛盾的。
       逻辑学的三大规律第一条就是“同一律”，就是说，一个概念不能既表示这个意思，又表示与这个意思不同一的另一个意思。其实，不确定度根本就没有明确的、统一的定义（一会儿说是“分散性”；一会儿说是包含真值的区间，即准确性）。不确定度是“集合”的概念，却没有构成此集合的“元素”。不确定度是“空集”。诸多歧义，大多由此引起。
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（三）“已知”“未知”是陷阱
       把误差分成“已知的”“未知的”，是一种错误的说法、作法，是现代误差理论与不确定度体系的败笔之一。
       对待“未知”的，要知道后再说话。而不确定度体系的做法是：由于是“未知的”，于是就“估计”。这是误导。由此而形成多种原则性错误，也可说这是“陷阱”。
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       误差是泛指的概念，包括“误差元”与“误差范围”两个概念。误差元定义为测得值减真值（近来把真值改为“参考值”，必然出现很多混淆）；误差范围定义为误差元的绝对值的一定概率（大于99%）意义上的最大可能值。
      误差范围的定义，概括了误差量的两大特点：绝对性和上限性。误差元是误差范围的元素。误差范围贯通于研制、计量、测量三大场合。
      从误差元的定义出发，沿误差范围之路线，就可以推导误差理论的多种公式：测得值函数公式、误差分析公式、随机误差公式、误差合成公式、计量误差公式、合格性判别公式、测得值区间公式、测量结果表达公式、测定系统误差的误差范围公式，修正前的仪器误差范围公式、修正后仪器误差范围公式、溯源公式等。于是，便可实现测量计量学的公式化。
       误差是可知的。随机误差，通过多次重复测量，可用贝塞尔公式计算；而测定系统误差，必须有计量标准。通常测量者没有计量标准，不能认知系统误差，但“可知、不可知”，“已知”、“未知”的问题，不能按部分人来判定，而要按社会整体来判定。测量者“不可知或未知”的误差，在国家计量院，就肯定是“可知的或已知的”。经过计量合格的仪器，误差范围都是已知的。仪器误差范围不知，则该仪器不能用。计量标准的误差范围不知，则该计量标准不能用。
       测量者必须知道所用仪器的误差范围；计量者必须知道所用计量标准的误差范围。由此，测量者给出的测量结果，计量者给出的被检仪器的计量结果，才是有根据的、可溯源的，才是正确的。
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       反之，在“未知”的基础上，靠估计（没有严格的数学推导）得来的什么方法，什么公式，都得打个大大的问号。A类不确定度评定，在不明确是“常量测量”还是“统计测量”的条件下，除以根号N，是错误的（先生在电源性能表达中，不除以根号N是正确的；但应知，因有GUM定义，测量计量界的绝大多数人是除以根号N的）。B类评定，MPEV除以根号3，估计是均匀分布，实际是错误的。都成用600台仪器的实验，证明是标准正态分布，这就说明20多年来按“均匀分布”的估算，都是错误的。
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（四）不确定度体系是否定误差理论的
       先生说：“我感觉不确定度体系和误差并无冲突啊，如果不确定度这个名称被翻译成XX误差范围应该就不会有这么大分歧了吧”。
       这种说法，不符合历史。
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       不确定度体系的出世理由是“真值不可知”、“误差不可求”“准确度是定性的”。这三条是杀向误差理论的三把刀，本欲置误差理论于死地而后快；可惜，误差理论的根底太深了，而不确定度体系又太无能了，错误太多了。不确定度炮制者的企图不但没达到，反而每况愈下，从2004之VIM把不确定度体系放在正文、把误差理论放在附录中，到2016年，即推行不确定度体系23年之后，《数字多用表校准规范》把误差理论放在正文、倒把不确定度体系放在附录中了。
       新旧理论的对立与斗争，褒贬、荣辱，都是客观存在。
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       语云：“一山难容二虎”。误差理论与不确定度体系，二者只能选其一。因为，说到底，“不确定度”不过是“误差范围”，而“可信性”“可靠性”只是搪塞，因为不确定度问世时，必须回避“准确性”这个说法。如果不确定度体系表明不确定度就是准确度（误差范围），那它就没有出世的可能了。
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       不确定度者，何也？
       出世靠骗，行事靠骗。
       “不知道”不去想法知道，而是“估计”。
       不知MPEV的分布，估计为“均匀分布”。被都成之实验否定了。
       相关不相关，靠假设。假设而不证明，是伪科学。崔伟群证明，二系统误差间相关系数之绝对值是1，否定了“系统误差间相关系数为零的假设”。
       所用公式，一个也不推导，致使七个常用的基本公式全错。（本人证明那七个公式是错误的，却无人出面证明那七个公式是正确的。）
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       先生已知“随意看看国外仪器的说明书，说明书的不确定度实际上就是误差范围”。
       这是外国人反对不确定度概念的一种手法：用其名而舍其实。把不确定度实际上变成“误差范围”、“准确度”，于是就用误差理论“同化”了不确定度，其本质就是消灭了不确定度。不确定度概念一旦回归为误差的概念，那不确定度体系就白白出世一场了。因为还是误差理论那一套。不确定度，本来就是多余的！
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补充内容 (2017-12-1 21:13):
“论不确定度体系的公式错误”网址为 /www.gfjl.org/forum.php?mod=viewthread&tid=207128&extra=page%3D2

补充内容 (2017-12-1 21:18):
《论不确定度体系的公式错误》在基础知识栏目第2页。

这个规程的原始记录的被测仪器显示值本身就是记录的单次的，所以不除以根号N是对的。

285166790 发表于 2017-12-1 15:11
这个规程的原始记录的被测仪器显示值本身就是记录的单次的，所以不除以根号N是对的。 ...

       先生说因为原始记录是单次测量，所以不除以根号N。这不符合规程原意。
       数字多用表，有低档次的（如四位半），但最有代表性的是高档次的，有六位半，有七位半。校准规范的主要关注对象必定是精密测量用的高档次的数字多用表（能解决高档次的，必定可以解决低档次的；反之则不行）。
       分辨力达到1E-6/1E-7的数字表，测量时只读一个数，行吗？尾数在变化（多数如此，不变是特例），必须进行重复测量。截图中的实例是10次测量。测量10次，得10个数，用此10个数按贝塞尔公式计算标准偏差σ，得到的σ是6.8×10^-6V。即A类标准不确定度是6.8×10^-6V。这里是测量10次，用此10个数计算得到σ，不除以根号10 ，而就认定这个σ就是A类标准不确定度。
       校准的手段（标准）误差范围远小于被校准仪器的误差范围，这是统计测量，故不除以根号N。这和校准及以后测量读取几次示值没有关系。实际上，精密测量仪器的校准与应用测量，都应该有重复测量，即都是多次测量。
       下面是该规范的不确定度评定示例。就是说，所有校准业务，必须照此多次测量，照此计算A类不确定度。至于表中的填写一个数，那应该填写平均值。
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史锦顺 发表于 2017-12-1 16:42
先生说因为原始记录是单次测量，所以不除以根号N。这不符合规程原意。
       数字多用表，有低 ...

数字测量仪器默认都是单次测量，不需要反复读几个数据求平均值；测10次只是为了得到不确定度的重复性，并不是说每次校准都是要测10次。

当然，也可以用平均值作为测量结果，但应该给出说明，同时重复性计算时要除以根号N。

谢谢分享。