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人造板测量不确定度评定的几个问题及与抽样检验的关系
2012-09-12 16:40:49 阅读 2596次 分享 0次
   《测量不确定度表示指南》(Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement, 简称GUM),也译作《测量不确定度表述导则》,代表了当前国际上统一的约定方法和形式,能以充分完整的信息表述测量不确定度,提供测量结果,作为进行国际比对的基础,从而使不同国家和地区、不同学科和行业在表述测量结果及其不确定度时,便于相互理解和比较。我国国家计量技术规范JJF 1059—1999《测量不确定度评定与表示》原则上采用了GUM的基本内容,而且还增加了一些GUM中所没有的重要部分,但也略去了不少有实用价值和参考意义的内容。

    近年来,人造板行业和学科领域对《测量不确定度评定与表示》的关注程度在逐年加强。最早是质检机构,现在是高校和科研单位都有相应的论文在行业媒体上发表。由于GUM和JJF 1059—1999的内容确实太过抽象,如果没有经过统计学和计量学方面长期系统的专业学习,产生一些不同的理解和观点也是十分正常的。就是在一些专著中,往往也在介绍和回答一些不同观点的争论,甚至在GUM的附件中也有多处介绍不同的观点,这对读者全面和正确理解有关测量不确定度的知识十分有用,正是出于这样的目的,笔者在此略陈管见。

    在人造板的性能检测中,不可能对整张成品大板作为被测对象进行测量(外观和尺寸检测等除外),通常是在批量产品中随机抽取多张样品,每张样品还要切割成许多个试件;然后对试件进行测量。样品和试件是否需要进行预处理和在怎样的条件下处理?在某些项目的测量中可能是十分重要的,这在产品标准中应该会做出详细的规定。于是,在对人造板进行测量时,由于测量的目的不同,对测量结果的评定程序自然也就不一样。业内人士都非常清楚,与其他材料相比,人造板的板内各部位差异和样品间的差异,都明显大,即使是用当今最先进的制造技术,也只能减小这种差异,而不能消除这种差异。于是,在定义被测量的测量结果时,必须注明是对单个试件测量结果的评定,或是对一张样品的测量结果的评定,还是对一批成品板材的测量结果的评定。这样,也就把测量不确定度评定与表示和人造板的抽样检验结合起来了。以上意见大概不会有明显的分歧,但在不确定度分量评定时,可能存在一些分歧。

    为了表达笔者的观点,不得不引用几段权威性的表述和知名专家的意见。在GUM的附件F中,F 1.1.2:“如被测量是某种材料的特性(不是给定样品的特性),如观测结果来自同一样品,而取样又是测量程序的一部分,则这些观测值不具有独立性,必须把不同样品间可能存在的差异导致的方差分量与单个样品的重复性条件下的测量结果方差相加。”在李慎安先生编著的《测量不确定度表达百问》的3.11中:“重复性条件下或复现性条件下……如果被测量的变化是随机的,那么,这个变化造成的分散性与测量方法导致的分散性将构成一个总的分散性,通过贝塞尔公式的实验标准偏差给出。单独评定被测量之值随机变化导致的标准偏差是困难的,必须通过测量,而测量方法也有其标准偏差。如果我们对这一测量条件下的测量方法的标准偏差已较准确的评定出了(自由度较大),设为S1,那么用这一方法测量这个带有随机变化的被测量,通过多次重复观测,按贝塞尔公式计算出的实验标准偏差设为S1.2,S1.2肯定大于S1,而被测量之值的随机变化导致的标准偏差S2可按下式计算:S2=         。这就是表示样本不确定度的实验标准偏差。”以上两段引文的内容,其本质是一致的。

    以人造板静曲强度的测量为例,可以这样说:如对一张样品的12个试件测量静曲强度时,必须把12个试件之间存在的静曲强度之间的随机变化(也即差异)导致的方差与单个试件的重复性条件下静曲强度的测量结果的方差相加才行。但是,这12个试件测量的静曲强度的数据列的分散性实际上已经是二者之和的反映,如要将二者分离,就按上述的S2=              式计算。问题在于,单个试件在重复性条件下的静曲强度的测量结果的方差,其实是不可能得到的,因为是破坏性测量,所以无法实现再次和多次测量。因而只能用不确定度的B类评定来获得其信息,这也就是我们多次强调要求的:每个检测实验室在自己的质量手册中应该给出的测量方法导致的测量不确定度,而因试件或样品间的随机变化导致的测量不确定度,各实验室实际上是无法给出的。此外,通过大量的实践早就证实,以B类评定给出的人造板静曲强度因测量方法导致的不确定度分量,远远小于因试件的随机变化导致的不确定度分量。有一种观点认为,12个试件的静曲强度数据列的分散性主要是由测量方法导致的,那就完全误解了。
已经颁布的人造板产品的国际标准、欧洲标准EN 326和我国的行业标准《人造板抽样检验指导通则》,对人造板样品间及一张样品的诸多试件之间的被测量的随机变化,均与上述的标准不确定度的A类评定完全一致 :以贝赛尔公式计算出实验标准偏差S1.2,并按95%的置信概率和不同的自由度查得单侧t分布值,将测量结果的算术平均值加(或减)t·S1.2值,再与标准规定的限量值比对,以确定是否符合标准要求。可见,人造板的抽样检验及合格评定与GUM及JJF 1059—1999 《测量不确定度评定与表示》是完全一致的。


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   《测量不确定度表示指南》(Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement, 简称GUM),也译作《测量不确定度表述导则》,代表了当前国际上统一的约定方法和形式,能以充分完整的信息表述测量不确定度,提供测量结果,作为进行国际比对的基础,从而使不同国家和地区、不同学科和行业在表述测量结果及其不确定度时,便于相互理解和比较。我国国家计量技术规范JJF 1059—1999《测量不确定度评定与表示》原则上采用了GUM的基本内容,而且还增加了一些GUM中所没有的重要部分,但也略去了不少有实用价值和参考意义的内容。

    近年来,人造板行业和学科领域对《测量不确定度评定与表示》的关注程度在逐年加强。最早是质检机构,现在是高校和科研单位都有相应的论文在行业媒体上发表。由于GUM和JJF 1059—1999的内容确实太过抽象,如果没有经过统计学和计量学方面长期系统的专业学习,产生一些不同的理解和观点也是十分正常的。就是在一些专著中,往往也在介绍和回答一些不同观点的争论,甚至在GUM的附件中也有多处介绍不同的观点,这对读者全面和正确理解有关测量不确定度的知识十分有用,正是出于这样的目的,笔者在此略陈管见。

    在人造板的性能检测中,不可能对整张成品大板作为被测对象进行测量(外观和尺寸检测等除外),通常是在批量产品中随机抽取多张样品,每张样品还要切割成许多个试件;然后对试件进行测量。样品和试件是否需要进行预处理和在怎样的条件下处理?在某些项目的测量中可能是十分重要的,这在产品标准中应该会做出详细的规定。于是,在对人造板进行测量时,由于测量的目的不同,对测量结果的评定程序自然也就不一样。业内人士都非常清楚,与其他材料相比,人造板的板内各部位差异和样品间的差异,都明显大,即使是用当今最先进的制造技术,也只能减小这种差异,而不能消除这种差异。于是,在定义被测量的测量结果时,必须注明是对单个试件测量结果的评定,或是对一张样品的测量结果的评定,还是对一批成品板材的测量结果的评定。这样,也就把测量不确定度评定与表示和人造板的抽样检验结合起来了。以上意见大概不会有明显的分歧,但在不确定度分量评定时,可能存在一些分歧。

    为了表达笔者的观点,不得不引用几段权威性的表述和知名专家的意见。在GUM的附件F中,F 1.1.2:“如被测量是某种材料的特性(不是给定样品的特性),如观测结果来自同一样品,而取样又是测量程序的一部分,则这些观测值不具有独立性,必须把不同样品间可能存在的差异导致的方差分量与单个样品的重复性条件下的测量结果方差相加。”在李慎安先生编著的《测量不确定度表达百问》的3.11中:“重复性条件下或复现性条件下……如果被测量的变化是随机的,那么,这个变化造成的分散性与测量方法导致的分散性将构成一个总的分散性,通过贝塞尔公式的实验标准偏差给出。单独评定被测量之值随机变化导致的标准偏差是困难的,必须通过测量,而测量方法也有其标准偏差。如果我们对这一测量条件下的测量方法的标准偏差已较准确的评定出了(自由度较大),设为S1,那么用这一方法测量这个带有随机变化的被测量,通过多次重复观测,按贝塞尔公式计算出的实验标准偏差设为S1.2,S1.2肯定大于S1,而被测量之值的随机变化导致的标准偏差S2可按下式计算:S2=         。这就是表示样本不确定度的实验标准偏差。”以上两段引文的内容,其本质是一致的。

    以人造板静曲强度的测量为例,可以这样说:如对一张样品的12个试件测量静曲强度时,必须把12个试件之间存在的静曲强度之间的随机变化(也即差异)导致的方差与单个试件的重复性条件下静曲强度的测量结果的方差相加才行。但是,这12个试件测量的静曲强度的数据列的分散性实际上已经是二者之和的反映,如要将二者分离,就按上述的S2=              式计算。问题在于,单个试件在重复性条件下的静曲强度的测量结果的方差,其实是不可能得到的,因为是破坏性测量,所以无法实现再次和多次测量。因而只能用不确定度的B类评定来获得其信息,这也就是我们多次强调要求的:每个检测实验室在自己的质量手册中应该给出的测量方法导致的测量不确定度,而因试件或样品间的随机变化导致的测量不确定度,各实验室实际上是无法给出的。此外,通过大量的实践早就证实,以B类评定给出的人造板静曲强度因测量方法导致的不确定度分量,远远小于因试件的随机变化导致的不确定度分量。有一种观点认为,12个试件的静曲强度数据列的分散性主要是由测量方法导致的,那就完全误解了。
已经颁布的人造板产品的国际标准、欧洲标准EN 326和我国的行业标准《人造板抽样检验指导通则》,对人造板样品间及一张样品的诸多试件之间的被测量的随机变化,均与上述的标准不确定度的A类评定完全一致 :以贝赛尔公式计算出实验标准偏差S1.2,并按95%的置信概率和不同的自由度查得单侧t分布值,将测量结果的算术平均值加(或减)t·S1.2值,再与标准规定的限量值比对,以确定是否符合标准要求。可见,人造板的抽样检验及合格评定与GUM及JJF 1059—1999 《测量不确定度评定与表示》是完全一致的。


责任编辑:宋健
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