實驗室最佳測量能力的要義與評定

中國（guó）計量科學研（yán）究院研究員  施昌（chāng）彥  搖（yáo）南（nán）昌供電公司  虞甘露

一、有關技術文件對最佳測量能力的表述

    歐洲認可合作組織(EA)1999年12月發（fā）布了EA-4/02號文件《校準中的測量不確定度》，其中第1.3條對最佳測量能力(best measurement capability或縮寫（xiě）為bmc)有如（rú）下表述:
    “實驗室在其認可範圍內，當對近乎理想的測量標準(用於定義、實（shí）現、保存或複現某量的單位或其一個值或多個（gè）值)進行近乎常規的校準時，可以達到的最小測量不（bú）確定度（dù）；或（huò）者，當對近乎理想的測量儀器(用於測量某量)進行近乎（hū）常（cháng）規（guī）的校準時，可以達到的最小測量不確定度。”
    “對獲得認可的校準（zhǔn）實驗室最佳測（cè）量能力（lì）的評（píng）定(assessment)，應建立在本（běn）文（wén）件描述的方法基礎之上，通常應得到實驗證（zhèng）據的支（zhī）持或確認。”為有助於認可組織對最佳測量能力的評定，EA-4/02附錄A還就最佳測量能力做了進一步說明。
    在國內諸多技術規範（fàn）中，對最佳測量能力也有（yǒu）類似的表（biǎo）述。例如（rú）:
    JJF1069-2000《法定計量檢定機構考核規範》給出的（de）定義是:“通常提供給用戶的最高測量水平，它用包含因子k=2的擴展不確定（dìng）度表示。有時稱為校準（zhǔn）測量（liàng）能（néng）力(calibration and measurement capability或（huò）縮寫為bmc)。”該規範（fàn）2003年修訂後，定義的校準測量能力是:“通常提供給顧客的最高校準與測（cè）量水平，它用置信水準為95%的擴展不確（què）定（dìng）度表示（shì）。有時稱為最佳（jiā）測量能力。”
    “通常提供給用戶的最高測量水平，它用包含因子k=2(或置信概率p=95%)的擴展不（bú）確定度表示”(JJF1104-2003《國家計量檢定係統（tǒng）表編寫規則》)。
    有的規範給出了實驗室測量能力的定義。例如，JJF1071-2000《計量校準規範編寫規則（zé）》定義的實驗室測量能（néng）力是:“在實驗室（shì）能達到的最佳測量條件下，對被校對象進行校準所獲得的最小（xiǎo）測（cè）量不確定度，用95%置信概率的（de）擴展不確定度U_p表示”。
    在中國實驗室（shì）國（guó）家認（rèn）可委員會(CNAL)公開文件中，對（duì）最佳測量能（néng）力也有明確闡述。例如，CNAL/AR11:2003《測量不確定度政策》指出:“為了便（biàn）於用戶比較實驗室的能力和水平，對於一般（bān）應用，擴展不確定度應對應（yīng）95%的置信水平（píng）。在表述實驗室的能力時，一般采用最佳測量能力，即根據日常校準或檢測係統，被校或被測樣品接近理想狀態（tài）時（shí）評定的最（zuì）小測量不確定度。”
    CNAL/AG06:2003《測量不確定（dìng）度政（zhèng）策實施指南》則明確提到:“最佳測（cè）量能力，即（jí）用日常開展校準業務的測量係統校準一個接近理想，實際又能獲得的樣品時，一個實驗室在其認可範（fàn）圍內能達到的最（zuì）小測量不（bú）確定度，亦即待校儀器的設備缺陷的影響對測量不確定度的貢獻最小（xiǎo）。”
    

二、最佳測量能力是衡量認可實驗室技術能力的重（chóng）要參數

    除（chú）了被校準量、校準方法以（yǐ）及（jí）被（bèi）校準的測量儀器類型和測量範圍之外，最佳測量能力也是表明獲得認（rèn）可的校（xiào）準實驗室能（néng）力的一個（gè）參數。最佳測量（liàng）能力（lì）通常（cháng）是在認可一覽表，或其他支持認可決定的文件，或認可證（zhèng）書中予以描述的（de）。為便於實驗室客戶做出選擇，認可機構在（zài）向社會定期發布認可名錄（lù）時（shí），最佳測量能力作為基本信息之一列入，以便實驗室客戶據此判定在（zài）實驗室（shì）或現場進行（háng）特定校準工（gōng）作的適（shì）宜性。
    在（zài）我（wǒ）國，實驗室評審員現場評審時填寫的《推薦（jiàn）認可的實（shí）驗（yàn）室校準能力（lì）範圍》中，有一欄“擴展（zhǎn）不（bú）確定度(最佳測量能力)”，這顯然表明實驗室（shì）宣稱的最佳測（cè）量（liàng）能（néng）力是需（xū）要得到認可組織確認的。校準實驗室在通過認可後，認可組織對（duì）外公布所確認（rèn）的（de）最佳測量能力，授予實驗室的認可證（zhèng）書中也包含該參數（shù）。
    從另一角度來看，最佳（jiā）測量能力的概念僅僅適用於認可實驗室。由於實驗室測量能力需要得到外部客戶的信任，認可實驗室的測量不確定度可能大（dà）於它的技術能力。因此，有時最佳（jiā）測量能力並不一定反映實驗室真（zhēn）實的能力。
    在實驗室認可工作（zuò）中，經認可機構（gòu）認可（kě）的實驗室（shì），由認可機構發布其最佳測量能力。在國際比對中，國際計（jì）量（liàng）局(BIPM)發布參與國際（jì）比對的各國國家計量研究院(NMI)的最佳測量能力，區域計量組織(RMO)和國際計量局的（de）聯絡委員會（huì）(JCRB)負責對（duì）進入國際計（jì）量局的關鍵比對數據庫的國家計（jì）量（liàng）院宣稱的校準（zhǔn）和測量能力(CMC)進行分析。
    為了使最佳測量能力具有可（kě）比性，應協調（diào）不（bú）同認可機（jī）構認（rèn）可的實驗室對最佳測量能力進行（háng）表述和評（píng）定。因此，盡管在GB/T15481-2000《檢（jiǎn）測和校準實驗室能力的通用要求》中尚未提及最佳（jiā）測量能力，但在實驗室認可活動中，對最佳測量能力是有明確要求（qiú）的。
    

三、最佳測量能力的評定

    “常規校準”意味著，實（shí）驗室在其認（rèn）可條件下日（rì）常所執（zhí）行的校準工作，應能達到規定的例行的能力。顯然，借助於廣泛的（de）研究和特別的注意，實驗室（shì）可以做得更好；但（dàn）是這些（xiē）情況不包括在最（zuì）佳測量能力的定義中，除非實（shí）驗室的（de）政策就是要（yào）進行這種廣泛的研究(在這種情況下，他們也就成了實驗室常規校準了)。
    當評定最佳測（cè）量能力時，應考慮到所有對測量不確定度有重要貢（gòng）獻(影響)的分量。對已知隨時間變化或隨其他物理量變化（huà）的這種貢獻，可以在日常（cháng）工作條件下可能變化的極限值的基礎上進行（háng）評估。例如，如果所用工作標準的漂移是已知的，當評估該工（gōng）作標準對測量不確定度的貢獻時，就應考慮該標準在校準期間內漂移量的貢獻。
    有時測量不確（què）定度可能（néng）依賴於某些附（fù）加參數(例如，校準標準電阻時電壓的（de）頻率)，這（zhè）些附加（jiā）參數應同所研究的物理量和對應附加參數的最佳測量能力一起陳述（shù）。通常，最佳測量能力可（kě）以表示為這些參數的函數。
    而“近乎（hū）理想”意味著，最佳測量能力不應依賴於被校準測量儀器的特性。近乎理想（xiǎng）就是指，被校準儀器（qì）的不理想程度對（duì）測量不確定度的影響不（bú）應是顯著的。與（yǔ）此（cǐ）同時，這種測量儀器又是可獲得的。如果實驗室（shì）可獲得的最理想測量儀器對測量不確定度也是有貢獻的，此（cǐ）時，這種貢獻應（yīng）包括在最佳測量（liàng）能力中（zhōng），並應做出陳述:最佳測量能力適用於（yú）這一類型測量儀器（qì）的校準。
    最佳測量能力的定義意味著在認可條件下，進行正（zhèng）常的校準（zhǔn）活動時，實驗室無（wú）權宣（xuān）稱具有比最佳測量能（néng）力更小（xiǎo）的測量不確定度。即，實驗室實際的校準過（guò）程會明顯增加測量（liàng）不確定度，這樣（yàng）得出的（de）測量不確定度總是大（dà）於最佳測量能力。具代表性的是，被校準的測量儀器會對測量結果的測量不（bú）確（què）定度有（yǒu）貢獻。顯然，實際的測量不確定度永（yǒng）遠不會小於最（zuì）佳測量能力。隻有當（dāng）“被校儀器”比較穩定，其對測量不確定度的影（yǐng）響可以忽略的情況下，所得到（dào）的測量結果的測量不確定度（dù）可以認為與最佳測量能力相同。當陳述實際的（de）不確定度時，可要求實驗室應用現（xiàn）有程序文件規定的（de）原則（zé）。
    

四、最佳測量能力需要（yào）得到實驗證據的確認

    最佳測量能力的（de）評定是認可機構的責任（rèn）。在實驗室程序文件或（huò）作業指導（dǎo）書中，應包括對實驗室最佳測量能力的評定，通常這（zhè）一評定應緊隨（suí）校準程序。最佳測量能力以擴展不確定度的形式表示，通常（cháng）包含因子k=2(僅僅在不能假定為正態分布或評估是建立在（zài）有限的（de）數據基礎上等例外的情況下，最佳測量能力應表（biǎo）述為置信概率（lǜ）近似（sì）為95%)。如果合成標準不確定度不服從正態分布，例如是均勻分布時，包含因子就不是k=2了，對應於95%置信概率的包含因子k應取1.65。
    最佳測量能力通常可以（yǐ）用數值表示。當最佳測量能力表示為所研（yán）究的量的函（hán）數(或其他參數)時，它應以解（jiě）析的形式給出，在這種情況下，它能通過圖表對陳述進行例證。但無論是絕對測量不確定度（dù），還（hái）是相對測量不確定度（dù），都應是清晰的(通常在（zài）相對量的結論中給出（chū）必要的解釋，但是（shì）對無量綱量，有必要單獨陳述)。
    最佳測量能力與（yǔ）測量不確定度的評定程序是相同的（de），通常仍然應得到實（shí）驗證據的支持。認可組織不應（yīng）僅（jǐn）僅依靠測量不（bú）確（què）定度（dù）評定，還要組織(或由其代表組織)開展證（zhèng）實測量不（bú）確定度評定的實驗室間（jiān）比對。