元器件檢測(cè)的測(cè)量不確定度評(píng)定方法與實(shí)例

摘要：介紹了元器件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室對(duì)測(cè)量不確定度評(píng)定的要求，測(cè)量不確定度評(píng)定的一般步驟和方法。對(duì)元器件檢測(cè)中的測(cè)量不確定度評(píng)定的若干問(wèn)題進(jìn)行了分析，用一個(gè)實(shí)例說(shuō)明了如何在元器件檢測(cè)中實(shí)施測(cè)量不確定度評(píng)定。
關(guān)鍵詞：不確定度；電子元器件檢測(cè)

0 引言
測(cè)量不確定度是與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)，表征合理地賦予被測(cè)量之值的分散性。是綜合考慮包括測(cè)量誤差等各種影響因素后，對(duì)測(cè)量結(jié)果不能肯定的程度的評(píng)定。
對(duì)于檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)展測(cè)量不確定度的評(píng)定工作是提高檢測(cè)結(jié)果質(zhì)量、衡量測(cè)試過(guò)程中各種因素帶來(lái)的影響的重要手段，也是適應(yīng)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室發(fā)展趨勢(shì)所必須具備的能力，本文介紹了測(cè)量不確定度的評(píng)定方法，分析了在元器件檢測(cè)中不確定度的來(lái)源以及據(jù)此進(jìn)行的不確定度評(píng)定的實(shí)例。

1 元器件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室對(duì)測(cè)量不確定度評(píng)定的要求
對(duì)于需要通過(guò)認(rèn)可機(jī)構(gòu)認(rèn)可的實(shí)驗(yàn)室，認(rèn)可依據(jù)都使用ISO／IEC17025：2005《檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力通用要求》或以此為基礎(chǔ)的準(zhǔn)則。其中規(guī)定了檢測(cè)性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室： “5．4．6．2檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)具有并應(yīng)用測(cè)量不確定度的程序。在某種情況下，檢測(cè)方法的性質(zhì)會(huì)妨礙對(duì)測(cè)量不確定度進(jìn)行嚴(yán)密的計(jì)量學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)上的有效計(jì)算。在這種情況下，實(shí)驗(yàn)室至少應(yīng)努力找出不確定度的所有分量且做出合理判定，并確保結(jié)果的報(bào)告方式不會(huì)對(duì)不確定度造成錯(cuò)覺(jué)。合理的評(píng)定應(yīng)依據(jù)對(duì)方法特性的理解和測(cè)量范圍，并利用諸如過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)和確認(rèn)的數(shù)據(jù)。”可以看出，由于檢測(cè)的類(lèi)型的不同，很多情況下準(zhǔn)確的不確定度評(píng)定是比較困難的，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)基于已有的包括經(jīng)驗(yàn)在內(nèi)的各種信息來(lái)源盡可能給出不確定度，以使該檢測(cè)結(jié)果在使用中的風(fēng)險(xiǎn)可以控制。所以以CNAS(中國(guó)合格評(píng)定認(rèn)可委員會(huì))的規(guī)則CNAS-CL07：2011《測(cè)量不確定度要求》中的規(guī)定為例：“8．2檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)有能力對(duì)每一項(xiàng)有數(shù)值要求的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行測(cè)量不確定度評(píng)定。當(dāng)不確定度與檢測(cè)結(jié)果的有效性或應(yīng)用有關(guān)、或在用戶有要求時(shí)、或當(dāng)不確定度影響到規(guī)范限度的符合性時(shí)、當(dāng)測(cè)試方法中有規(guī)定時(shí)和CNAS有要求時(shí)(如認(rèn)可準(zhǔn)則在特殊領(lǐng)域的應(yīng)用說(shuō)明中有規(guī)定)，檢測(cè)報(bào)告必須提供測(cè)量結(jié)果的不確定度。”對(duì)于檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室，不同于校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室必須提供不確定度的規(guī)定，只要求具備不確定度評(píng)定的能力，允許在特定需要時(shí)對(duì)結(jié)果進(jìn)行不確定度評(píng)定。
對(duì)于元器件檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室，由于檢測(cè)的目的是對(duì)被測(cè)件做定性的結(jié)論，面對(duì)的客戶一般沒(méi)有不確定度的要求，所以不確定度大多只是有原則性的方法，評(píng)定的實(shí)例比較少，但即使只判斷器件是否符合參數(shù)上下限，不確定度的評(píng)定對(duì)于提高檢測(cè)結(jié)果質(zhì)量，以及用于評(píng)價(jià)新的測(cè)試方法給出結(jié)果時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)，仍然是非常有價(jià)值、值得積極實(shí)踐的。
例如：如某元器件在檢測(cè)接收時(shí)，一項(xiàng)參數(shù)的合格范圍為[x,z]，如果己知測(cè)量的不確定度U，則選擇收緊的接收范圍為[x+U,z-U]，顯然會(huì)降低接收的風(fēng)險(xiǎn)，而該措施是有IEC政策支撐的。實(shí)際工作中常遇到的測(cè)試結(jié)果卡限的問(wèn)題也有了合理的解決。

2 測(cè)量不確定度評(píng)定方法
測(cè)量不確定度的評(píng)定方法主要依據(jù)是JJF1059～1999《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》。認(rèn)可機(jī)構(gòu)發(fā)布的要求和指南也都指向和引用該標(biāo)準(zhǔn)。評(píng)定測(cè)量不確定度的步驟主要有：
2．1 識(shí)別不確定度來(lái)源
測(cè)量不確定度的分量可能來(lái)源于：對(duì)被測(cè)量的定義不完善；實(shí)現(xiàn)被測(cè)量定義的方法不理想；取樣的代表性不夠；對(duì)測(cè)量受環(huán)境影響的認(rèn)識(shí)不周全或?qū)Νh(huán)境條件的測(cè)量和控制不完善；對(duì)模擬儀器的讀數(shù)存在認(rèn)為的偏差；測(cè)量?jī)x器的分辨力或鑒別力不夠；賦予計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的值或標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的值不準(zhǔn)；引用于數(shù)據(jù)計(jì)算的常量和其它參量不準(zhǔn)；測(cè)量方法和測(cè)量程序的相似性和假定性；在表面看來(lái)完全相同的條件下，被測(cè)量重復(fù)觀測(cè)值的變化。
2．2 建立數(shù)學(xué)模型
(1)確定被測(cè)量Y與輸入量X1…Xn的函數(shù)關(guān)系。
(2)輸入量X1…Xn包括估計(jì)值(測(cè)得讀數(shù))，外部引入的值(如計(jì)量獲得的修正因子及證書(shū)提供的不確定度)。
(3)因難以量化不能明顯呈現(xiàn)在函數(shù)關(guān)系中的分量，在該函數(shù)中忽略作為不確定度處理。根據(jù)測(cè)量的具體特點(diǎn)，一些輸入值可以是修正因子(最佳值為0)或修正系數(shù)(最佳值為1)。
2．3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)估和計(jì)算
(1)A類(lèi)不確定度分量的評(píng)估一對(duì)觀測(cè)列進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析所做的評(píng)估。(A類(lèi)和B類(lèi)的分類(lèi)是在指出評(píng)定方法的不同，A類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的分量是由一系列重復(fù)觀測(cè)計(jì)算得到的，B類(lèi)則是根據(jù)有關(guān)信息來(lái)評(píng)定的，即通過(guò)一個(gè)假定的概率密度函數(shù)得到的)
1)對(duì)輸入量Xi進(jìn)行n次獨(dú)立的等精度的測(cè)量，得到的測(cè)量結(jié)果為X1，X2…Xn為其平均值，即：

2)A類(lèi)測(cè)量不確定度的評(píng)估一般是采取對(duì)用于日常開(kāi)展檢測(cè)和校準(zhǔn)的測(cè)試系統(tǒng)和具有代表性的樣品預(yù)先評(píng)估的。
3)進(jìn)行A類(lèi)不確定度評(píng)估時(shí)，充分測(cè)量次數(shù)應(yīng)足夠多，一般測(cè)量次數(shù)不少于6次。
(2)B類(lèi)不確定度分量的評(píng)估一當(dāng)輸入量的估計(jì)量Xi不是由重復(fù)觀測(cè)得到時(shí)，其標(biāo)準(zhǔn)偏差可用對(duì)Xi有關(guān)信息或資料來(lái)評(píng)估。信息來(lái)源可來(lái)自：校準(zhǔn)證書(shū)、生產(chǎn)廠說(shuō)明書(shū)、檢測(cè)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)、引用手冊(cè)的參考數(shù)據(jù)、以前測(cè)量的數(shù)據(jù)、相關(guān)的材料特性等。
1)若資料給出了Xi的擴(kuò)展不確定度u(Xi)和包含因子K，則Xi的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

其中K為包含因子，在不能確定Xi的分布形式時(shí)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，K選擇2，相當(dāng)于約95％的包含概率；一般給出擴(kuò)展不確定度時(shí)，同時(shí)也會(huì)給出包含因子。若給出的擴(kuò)展不確定度為up(Xi)時(shí)(p為包含概率)，則其Kp與Xi的分布相關(guān)，按照正態(tài)分布考慮時(shí)，如p=0．95，可查表得到Kp=1．960。