比对在量值传递和溯源中的作用及其它
为保证计量制度和计量单位的统一,既可以自上而下,按照国家的有关规定进行量值传递,也可根据实际需要自下而上地寻求量值溯源。由于世界各国政治和经济制度不同,发展水平各异,使得量传体制不同,但是各国采用的量传方式基本相似,即通常可采用实物标准、发放标准物质、发布标准数据、发播标准信号以及测量保证方案(即英文缩写为MAP)等传递方式。在量传方法中,既可采用检定的方法,也可采用校准、比对的方法。计量检定仅仅是量值传递的一种方法,但不是唯一的方法。在物理量单位量值统一过程中,采用比对的方法虽然司空见惯,但由于种种原因,对比对在量值传递、溯源中的作用及其有关问题的关心和重视不够。本文主要是谈谈这方面的有关问题。
1比对在量值传递、溯源中的作用
从狭义上说,所谓比对(Comparison)是指在规定条件下,对相同准确度等级的同类计量基准、计量标准或工作计量器具的量值进行的相互比较。从广义上说,所谓的相互比对(inter Comparison)是指由两个或多个实验室,按照规定的条件,对相同或相似的物品或材料在实验室之间所进行的组份、性能和评价的测试相互比较[1]。在OIML TCl拟定的“法制计量学名词”中,特别对“计量标准之间的比对”(Comparison between standards)定义为:“为确定标准器之间的联系而规定的关于手段和方法的程序[1]”。因此,广义的比对实际上已经突破了仅限于相同准确度等级的计量器具之间相互比较的限定。比对不仅可在缺少更高准确度计量基准时,往往通过比对来统一量值,是使测量结果趋向一致的重要手段,而且也可以通过比对(往往是2个或多个实验室通过传递标准作为媒介进行)评定每一个实验室的测量器具的测得值相对于比对参考值(或认可值、或定义值)之间的一致程度。如果比对的计量标准属国家(或国际)计量标准之间的比对,在国际上这个参考值称做所谓的“关键比对参考值”,在大多数情况下,它可以认为是SI值的进似值,但不一定是其最佳值。比对的目的就是为了定量
地确定比对测得值与比对参考值之间的偏差以及该偏差的不确定度(通常取覆盖因子k=2),即确定所谓的“计量标准(或计量器具)等效度”。由此,各计量标准等效度的确定实际上它给出了各标准器所复现的量值之间的联系。在比对中,为提高比对工作效率,增加比对结果的可比性,对比对手段和比对方法的程序作出相应的规定是至关重要的。关于比对在量值传递、溯源中的作用归纳如下:
1.1当研制一台计量基准或计量标准或一种新的计量器具时,仅靠误差分析,确定其测
量结果的不确定度,这不足于证明其误差分析是否合理和周全。当缺乏更高准确度的计量器具检定手段时,则必须借助于几种工作原理或结构不同的、准确度等级相同或相近的同类计量器具进行相互比对,旁证其计量性能,以便对相应的计量器具进行质量评价。
1.2当某些物理量,尚未建立起计量基准,而国内又有若干个单位持有同准确度等级的
计量标准时,采用相互比对的方法。在一定的条件下,可采取几台比对标准器的平均值作为约定参考值,并以此值对各计量标准器给出修正值,起到临时统一量值的作用。
1.3对一些不便或不宜送检的计量器具,通常传递标准作为媒介,采用所谓的循回(巡回)比对的方式,通过“测量保证方案”进行所谓的“量值传递”。这种方式的优越性在于能从每个实验室的比对测试结果显示出相互的系统误差分量和随机误差分量。这不仅能给出有效的修正方法,而且便于寻找更合理和科学的量值传递方式。
1.4在计量领域,国际比对也获得了广泛采用。这里的国际比对是指国际之间的量值比对。首先,对于已建国际或国家计量标准之间的比对,它为国际量值的统一和实现国际互认协议的签订提供坚实的科学和技术基础。在当今或下个世纪里,无论是一个国家、一个区域或者全球,都会对计量提出长期而持续的要求。随着科技水平的不断提高,大多数产品和服务的技术复杂性显著增加;国际贸易迅速发展,国际间合作制造商品的运动蓬勃开展,贸易全球化的趋势不断增强,以及人们对健康、安全和环境的影响日益关注的今天,都需要确保本国与其它国家计量标准之间的一致程度或等效度。当产品从一国销往另一国时,没有必要既在出口
国又在进口国重复进行校准或检测。对校准或检测有效性的要求也就意味着对国家计量标准等效度的要求,因为标准或检测结果准确与否溯源于或依赖于国家计量标准。因此,通过国际间国家计量标准之间的比对,确定并互相承认国家计量标准的等效度,进而承认各签署国家标准证书的有效性,从而逐步实现全球国家计量标准等效的理想,以促进世界各国之间经济的合作。其次,对于某些物理量,至今尚未建立起相应的国家计量标准或国际计量标准时,通过国际比对则是实现有关物理量值统一的重要途径。因为至今许多物理量的导出单位,国际上还没有建立公认的国际计量标准。为了谋求国际上计量结果的统一,经常在其间进行国际比对,它是国际上使测量结果一致的重要手段。
2比对工作的一般问题
2.1比对条件
通常比对是在规定条件下进行。为了确定比对计量器具,尤其是计量基准、标准的量值之间的联系,必须对比对手段、比对方法的程序作出明确的规定。具体说来,这包括比对实验条件(其中包括环境条件和设备条件),依据的比对技术规范,其中包括有关规程或产品标准,比对器具的准确度等级,选择关键的比对物理量,比对参量、量程、关键测量点及有关影响量的量值范围等。选择的原则是既能涵盖计量器具的主要计量特性,又要限制其数量,不增加过重的测量负担。如果比对采用传递标准(Transfer Standard,)作为媒介,则对传递标准应提出主要技术要求:如比对前,必须经法定计量检定机构检定后予以赋值(即比对参考值,其值应对参加比对单位封闭):其准确度等级一般应比被比对计量器具高或至少为相同准确度等级,而且其稳定度应足够好,对温度、振动等条件的适应能力要强。在传递过程中比对传递标准性能良好,不应该发生量值漂移和时间跃变,其结构牢固、不易损坏、有很好的包装并便于装卸、运输等。在组织管理上,比对应有主持单位,全面负责比对工作事宜。这其中包括:制定比对工作计划,拟定比对技术方案和比对数据处理的有关技术文件或比对人员的培训等。例如,从1993年第四季度起至1996年止,历经三年多的时间,在全国范围内进行的电能计量
