谈实验室仪器设备不确定度确认

测量准确度是实验室安身立命的根本所在，是确保卫生健康、公共安全、公平交易、科技创新、工业发展的基础，影响实验室测量准确度的因素涉及到测试仪器、测试方法、测量人员、测试环境等。选择测量不确定适宜的仪器设备是确保实验室测量准确度的前提和必要条件，但如何选择仪器设备的不确定度确保满足测量准确度是一个长期困惑大家的问题，现与大家共同探讨。

01

准确度是法规标准的要求    

由于人们对世界的认知是有限的，测得值只是被测量值的近似或估计，与真值之间存在一个误差。被测量的测得值与其真值间的一致程度是测量准确度，简称准确度，用以表示误差的大小。为确保实验结果的准确度，国家法规、标准做出相关要求，有些特殊客户也会做出相应要求。

TOPIC

➤《中华人民共和国计量法》第十六条规定“使用计量器具不得破坏其准确度，损害国家和消费者的利益。”

➤《检验检测机构资质认定管理办法》（总局令第163号）第九条规定“申请资质认定的检验检测机构应当符合以下条件：（四）具备从事检验检测活动所必需的检验检测设备设施。”

➤《检验检测机构资质认定能力评价检验检测机构通用要求》（RB/T214-2017）第4.4.3规定“检验检测机构应对检验检测结果、抽样结果的准确性有效性有影响或计量溯源性有要求的设备。包括用于测量环境条件等辅助测量设备有计划地实施检定或校准设备在投入使用前，应采用核查、检定或校准等方式，以确认其是否满足检验检测的要求。” 第4.4.4规定“若设备脱离了检验检测机构的直接控制，应确保该设备返回后，在使用前对其功能和检定、校准状态进行核查，并得到满意结果”。

➤CNAS-CL01《检验和校准实验室能力认可准则》（完全采用GB/T 27025-2019《检测和校准实验室能力的通用要求》，等同ISO/IEC 17025:2017）第6.4.6规定“用于测量的设备应能达到所需的测量准确度和（或）测量不确定度，以提供有效结果。”

➤CNAS-CI01《检验机构能力认可准则》（采用GB/T 27020-2016 《合格评定 各类检验机构的运作要求》，等同ISO/IEC 17020:2012）第6.2.1规定“检验机构应具有可获得的、适宜的、充足的设施和设备，以胜任与安全的方式，而许可开展检验活动相关的一切活动”。第6.2.3款规定“检验机构应确保6.2.1中提到的设施和设备用于预期用途时的持续适应性”。

02

仪器不确定度是影响测量准确度的重要因素

测量准确度由偶然误差和系统误差造成，随机误差用测量精密度（简称精密度）表征，表示在规定条件下，对同一或类似被测对象重复测量所得示值或测得值间的一致程度，理论上可以通过无限次测量取平均值来消除随机误差。系统误差的大小用测量正确度（简称正确度）表征，表示无穷多次重复测量所得量值的平均值与一个参考量值间的一致程度。

测量结果用测量结果平均值与测量不确定度表示，其中影响不确定度的因素很多，主要为：被测量的定义不完整、取样代表性不足、对测量受环境条件的影响认识不足、仪器的不确定度不适宜、从外部得到并在数据简约算法中使用的常数和其他参数值不准确、测量方法和程序中的近似和假设不完善等。其中仪器的不确定度是影响测量准确度的重要因素。

测量准确度与仪器不确定的关系见图1。

03

仪器设备不确定度确认

每一次实验，应该进行不确定度确认。不确定确认的程序见图2。确认仪器不确定度的方法是根据测量原理，建立测量函数表达式，求出不确定度传递关系，根据测试结果获得统计数据及仪器设备现有参数确定仪器设备的不确定度，然后计算出合成不确定度。如果合成不确定度在目标不确定度范围内，表示仪器设备不确定度满足要求；否则应当选择不定度确要求更高的仪器设备，并进行上述过程，再次确认。

3-1

明确目标不确定度

实验室检测结果准确度的要求依据是国家法律、法规、标准要求，客户要求或社会潜在公共要求，即预期不确定度。

3-2

建立测量模型

测量分为直接测量和间接测量，不论直接测量还是间接测量都应明确函数表达式。

将与被测量Y有关的测量输入量X梳理清晰，建立被测量Y与相关测量输入量间的关系，并用数学表达式表示，即Y=f（X1,X2,…Xn）函数f应当包含每一个对测量结果的不确定度有显著影响的分量，包括所有的修正值和修正因子；输出量Y的输入量X1，X2，…，Xn本身可看作被测量，其本身也可能取决于其他量，包括修正系统影响的修正值和修正因子，从而导致一个复杂的函数关系式，以至函数f不能明确地表示出来；有时f可以用实验方法确定或者只用数值方程给出。

3-3

系统不确定度估算

（1）计算每个分量的A类不确定度

将测量的一组数据求出被测量的相应一组数据，将计算出的被测量的这组数据的标准方差作为A类标准不确定度。

（2）根据给定的校准证书、检定证书、生产厂的说明书、检测依据的标准、引用手册的参考数据、以前测量的数据、相关材料特性的知识等方法计算B类不确定度。

（3）将每个分量的A类不确定度与B类不确定度的平方和的平方根作为分量的标准不确定度。

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3.3.3.

求被测量的不确定度

根据测量模型Y=f（X1,X2,…Xn），求出不确定度传递表达式（见公式1），确定各测量不确定度的灵敏系数，计算灵敏系数时考虑简单期间，一般用xi的平均值。根据不确定灵敏系数乘以每个量的不确定度的平方和然后求算数平均值。

各分量的合成不确定度与该分量灵敏系数的积的平方和的算数平方根即为被测量的标准不确定度。

3.3.4.

仪器不确定度确认

估算的不确定度与目标不确定度比较。如果估算的系统不确定度上限小于目标不确定度，则所选仪器不确定度满足实验要求，否则不满足要求。

3-4

未给出不确定度仪器不确定度的确定

经过校准的仪器设备在校准证书中会明确仪器的不确定度。对于检定仪器，一般只给出多大误差或精度，没有给出不确定度，必须根据仪器设备的最大误差或精度换算成不确定度。

（1）如果没有给出仪器误差的分布规律，一般按照正态分布处理，即选择给出的最大误差范围除以3即为仪器标准不确定度。

（2）如果是三角形分布，则仪器误差的范围的一半除以6的平方根为仪器标准不确定度。

（3）如果为矩形分布，则仪器误差范围的半宽度除以3的算数平方根为仪器的标准不确定度。

（4）如果知道数字显示位器的分辨力，则数字仪器的标准不确定度为0.29ẟ（注：ẟ为数字显示装置的分辨力）。

（5）给出扩展不确定度的仪器设备，可以根据用扩展不确定度除以扩展系数，求出标准不确定度。

结语

仪器设备不确定度确认是一项繁琐而又非常重要的工作，检验检测人员或因为繁琐而放弃该项工作，或者认为仪器设备只要进行检定校准就满足实验要求。其实，对于同一台仪器设备来说，对于不同的测试对象，其不确定度适合于其中一个对象而可能不适合于另外一个测试对象。作为第三方检测实验室或者安全性检验实验室，如果不进行不确定度确认，就难以制定判定准则，难以给出科学的结论或给出错误的结论。建议上述实验室重视不确定确认工作，确保结论科学正确，降低风险。

文章来源未来实验室学苑