計量標準的穩定性考核要求

計量不僅保證著(zhù)產(chǎn)品的一致性和互換性，而且對于保證產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)起著(zhù)至關(guān)重要的作用。測量過(guò)程可以溯源到統一的標準，而統一的標準就是計量標準，計量標準最重要的指標是其穩定性和準確性。

計量標準的穩定性

計量標準的穩定性是計量標準的主要計量特性之一，它是指計量標準保持其計量特性隨時(shí)間恒定的能力，也就是說(shuō)，計量標準的穩定性是表示計量標準所提供的標準量值的長(cháng)期漂移的度量。

在JJF1033-2008《計量標準考核規范》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《規范》)中規定，計量標準的穩定性用經(jīng)過(guò)規定的時(shí)間間隔后計量標準提供的量值所發(fā)生的變化來(lái)表示，因此，計量標準的穩定性與所考慮的時(shí)間段的長(cháng)短有關(guān)。

計量標準通常由計量標準器和配套設備組成，因此，計量標準的穩定性應包括計量標準器的穩定性和配套設備的穩定性。同時(shí)，在穩定性的測量過(guò)程中還不可避免地會(huì )引入被測對象對穩定性測量的影響，因此必須選擇穩定的測量對象作為穩定性測量的核查標準。

用于穩定性考核的核查標準的選擇

JJF1001-1998《通用計量術(shù)語(yǔ)及定義》給出的測量?jì)x器的定義是“單獨地或連同輔助設備一起用以進(jìn)行測量的器具”，而實(shí)物量具的定義是“使用時(shí)以固定形態(tài)復現或提供給定量的一個(gè)或多個(gè)已知值的器具”。由此可見(jiàn)，所有可以用來(lái)進(jìn)行測量的器具都屬于測量?jì)x器，而實(shí)物量具是測量?jì)x器中特定的一類(lèi)。其特點(diǎn)是它們本身能提供一個(gè)或多個(gè)標準量值，同時(shí)在使用過(guò)程中其形態(tài)不能發(fā)生變化。

在計量標準考核中是否存在量值穩定的核查標準，取決于計量標準中的標準器、主要配套設備，以及被測對象是不是量值比較穩定的實(shí)物量具。

由于計量標準種類(lèi)繁多，因此，無(wú)法對核查標準的選擇作統一的規定。在計量標準考核中，核查標準的選擇大體上可以按下述幾種情況分別處理:

1.被檢定或被校準的對象是實(shí)物量具

由于實(shí)物量具所提供的標準量值一般具有較好的穩定性，在這種情況下可以選擇性能比較穩定的實(shí)物量具作為核查標準。也就是說(shuō)，在這種情況下應該進(jìn)行穩定性考核。

2.計量標準僅由實(shí)物量具組成，而被檢定或被校準的對象為非實(shí)物量具的測量?jì)x器

由于實(shí)物量具通?？梢灾苯佑脕?lái)檢定或校準非實(shí)物量具的測量?jì)x器，并且實(shí)物量具的穩定性通常遠優(yōu)于非實(shí)物量具的測量?jì)x器，因此，在這種情況下可以不必進(jìn)行穩定性考核。但《規范》要求畫(huà)出計量標準器所提供的標準量值隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)，即計量標準器的穩定性曲線(xiàn)圖。

3.計量標準和被檢定或被校準的對象均為非實(shí)物量具的測量?jì)x器

在此種情況下，如果存在合適的比較穩定的對應于該參數的實(shí)物量具，可以用它作為核查標準來(lái)進(jìn)行計量標準的穩定性考核。如果對于該被測參數來(lái)說(shuō)，不存在可以作為核查標準的實(shí)物量具，可以不作穩定性考核。

如果建標單位具有穩定性較好的非實(shí)物量具，也可以將其作為核查標準使用來(lái)進(jìn)行穩定性考核?！胺€定性較好”是指其穩定性至少應與被考核的計量標準的穩定性相當。

4.一次性使用的標準物質(zhì)可以不進(jìn)行穩定性考核

計量標準穩定性的考核方法

對于新建計量標準，每隔一段時(shí)間(大于1個(gè)月)，用該計量標準對核查標準進(jìn)行一組n次的重復測量，取其算術(shù)平均值作為該組的測量結果。共觀(guān)測m組(m≥4)。取m個(gè)測量結果中的最大值和最小值之差，作為新建計量標準在該時(shí)間段內的穩定性。

對于已建計量標準，每年用被考核的計量標準對核查標準進(jìn)行一組n次的重復測量，取其算術(shù)平均值作為測量結果。以相鄰兩年的測量結果之差作為該時(shí)間段內計量標準的穩定性。

計量標準的穩定性對測量結果不確定度的貢獻

 計量標準的穩定性來(lái)源于計量標準器及其主要配套設備，因此，穩定性對測量結果的不確定度的影響，應該包含在計量標準器及其主要配套設備所引入的不確定度分量中。

計量標準所提供的標準量值一般是測量結果的一個(gè)不確定度來(lái)源，該分量的大小通常由計量標準的檢定或校準證書(shū)得到。如果該計量標準的量值通過(guò)檢定進(jìn)行溯源，根據規定檢定證書(shū)上應該給出檢定周期。既然出具證書(shū)的檢定機構能夠確保所提供的標準量值在今后的一個(gè)周期內有效，因此，在其測量結果的不確定度評定中，必須包含該被檢定的計量標準在今后一個(gè)周期內預期可能出現的漂移所引入的不確定度分量，除非該不確定度分量小到可以忽略不計。

如果該計量標準器的量值通過(guò)校準進(jìn)行溯源，則情況將有所不同。在對校準結果進(jìn)行不確定度評定時(shí)，通常不考慮被校準對象今后的可能漂移。這一可能漂移的影響將由被校準對象將來(lái)的使用者來(lái)考慮。也就是說(shuō)，如果在某一測量中，其測量標準的量值是由校準證書(shū)得到的，則在該測量結果的不確定度評定中應該附加考慮一個(gè)不確定度分量，即其測量標準的量值從最近一次校準以來(lái)到本次測量為止，這一時(shí)間段內標準量值預期的可能漂移對測量結果的影響。

對于計量標準中的主要配套設備，雖然很多情況下與計量標準相比它對測量結果的影響一般較小，但也可能會(huì )有相反的情況出現。主要配套設備的穩定性主要表現在零位漂移和由其他原因引起的示值誤差的變化兩個(gè)方面。有些主要配套設備要求在每次測量之前儀器需調零，此時(shí)零位漂移對穩定性的影響已經(jīng)基本消除，需要考慮的僅是調零不準所引入的不確定度分量。而其他原因引起的示值誤差的變化則仍在起作用。

穩定性的測量不確定度

穩定性的測量不確定度是一個(gè)往往被忽視的問(wèn)題。穩定性是用相同的測量設備，對相同的測量對象，時(shí)間間隔相距較長(cháng)的兩次測量結果之差。如果不考慮兩次測量之間的相關(guān)性，穩定性的測量不確定度應該等于測量結果的不確定度的 √2倍。雖然由于兩次測量是用相同的測量設備，并對相同的核查標準進(jìn)行的，因此，兩者之間應該存在某些相關(guān)性，但由于兩次測量可能要相隔一年的時(shí)間(對于已建計量標準)，因而導致對相關(guān)性很難進(jìn)行估計。因為即使是系統效應引起的不確定度分量，在經(jīng)過(guò)一年時(shí)間后，也已經(jīng)很難說(shuō)是否存在相關(guān)性了。于是測得的計量標準的穩定性，其不確定度經(jīng)常會(huì )比測量結果的不確定度大。對于新建計量標準，由于兩次測量相隔的時(shí)間較短，故通常應考慮其相關(guān)性。對于不同的計量標準，該相關(guān)性對穩定性的測量不確定度的影響將視具體情況而異，但可以認為穩定性的測量不確定度大體上至少與測量結果的不確定度相當。

另一方面，計量標準所提供的標準量值是由上級機構通過(guò)檢定或校準給出的，也就是說(shuō)，只有上級機構才有條件對計量標準器的量值漂移進(jìn)行較為準確的測量。但標準考核要求建標單位對計量標準的穩定性進(jìn)行考核，因而只能規定用被考核的計量標準對性能比較穩定的核查標準進(jìn)行測量來(lái)得到其穩定性。這也造成了所測得的穩定性具有很大的測量不確定度。

由于穩定性是兩次測量結果之差，而計量標準的穩定性一般均較好，其數值通常較小，因此，穩定性測量的相對不確定度可能很大，有時(shí)甚至會(huì )達到100%以上。也就是說(shuō)，計量標準的穩定性越好，穩定性測量的相對不確定度就越大。較大的測量不確定度會(huì )對穩定性合格判定造成困難。

例如，某些檢定規程上給出了標準器的最大允許年變化量，有時(shí)候規定的允許變化量可能與測量不確定度相當，因此，僅通過(guò)相鄰兩年的測量結果之差超過(guò)最大允許年變化量就判定該標準器不合格就可能不合適，因為這不一定是標準器本身量值的漂移，很可能來(lái)源于較大的測量不確定度。在這種情況下，比較穩妥的處理辦法是暫時(shí)縮短周期，并延長(cháng)穩定性的考察時(shí)間，在原因搞清楚之前不要急于下結論。

計量標準考核對穩定性的要求

在測量不確定度評定中可能找不到一個(gè)直接與計量標準的穩定性對應的不確定度分量。因此，很難對計量標準的穩定性提出明確的定量要求。但問(wèn)題是計量標準的穩定性顯然會(huì )影響到測量結果，也就是說(shuō)，它對測量結果的不確定度無(wú)疑也是有貢獻的，但其可能隱含在其他不確定度分量之中，因此，標準考核對計量標準穩定性的要求是一個(gè)不太容易確定的問(wèn)題。
    

即使在測量不確定度評定中直接存在由計量標準的穩定性所引入的不確定度分量，也不能直接以此不確定度的大小來(lái)作為考核的依據。因為穩定性和穩定性引入的不確定度是兩個(gè)不同的概念，無(wú)法進(jìn)行比較。而穩定性所引入的不確定度分量則比穩定性本身的測量不確定度小得多，因而也無(wú)法以此來(lái)判定穩定性是否合格。
  

若計量標準在使用中采用標稱(chēng)值或示值(即不加修正值使用，或稱(chēng)為按“級”使用)，則測得的穩定性應小于計量標準的最大允許誤差的絕對值。若計量標準在使用中采用實(shí)際值(即加修正值使用，或稱(chēng)為按“等”使用)，則測得的穩定性應小于該修正值的擴展不確定度(U，k=2或U95)。應該說(shuō)這一規定是比較寬松的。在正常使用情況下，計量標準的穩定性一般不會(huì )大于此值。如果在正常使用情況下計量標準的穩定性有可能大于此值，則表明當初規程規定的檢定周期或復校時(shí)間間隔不合理。
    

如果計量標準可以檢定或校準多個(gè)參數，則對每一種參數都要進(jìn)行穩定性的考核。如果計量標準可以提供多個(gè)標準量值，建議選擇三四個(gè)有代表性的量值進(jìn)行穩定性考核。
    

如果有關(guān)的檢定規程或校準規范中已經(jīng)對該類(lèi)計量標準的穩定性考核方法作了規定，也可以采用規程或規范中給出的方法進(jìn)行測量和判定。
    

穩定性考核不合格的處理方法

穩定性考核的困難在于計量標準所提供的標準量值是由上級部門(mén)提供的，因此從原則上來(lái)說(shuō)，只有上級部門(mén)才有可能比較準確地測量計量標準所提供的標準量值的變化量。
    

在計量標準考核中，要求建標單位每年進(jìn)行一次計量標準的穩定性考核，主要原因是可以及時(shí)發(fā)現計量標準由于某種偶然的原因而導致其所提供的量值有較大的變化。
    

如果穩定性考核的結果不符合要求，必須找出原因。導致穩定性測量結果變壞的原因很多，例如計量標準器的漂移以及主要配套設備示值誤差的變化，核查標準量值的漂移，也可能僅僅是穩定性的測量不確定度太大造成的。
    

當通過(guò)穩定性考核發(fā)現計量標準的穩定性不符合要求時(shí)，首先應檢查整套計量標準裝置中的所有配套設備是否符合規程和規范的要求，以排除計量標準器以外的其他因素。
    

最重要的是應將計量標準再次送上級部門(mén)進(jìn)行檢定或校準，并采用上級部門(mén)提供的最新數據。無(wú)論計量標準的量值是否發(fā)生了明顯變化，為穩妥起見(jiàn)，此時(shí)應該縮短計量標準的檢定或校準周期。如果計量標準的量值發(fā)生了明顯變化，還應增加穩定性考核的次數。
    

按等使用和按級使用時(shí)穩定性判據的差別

如果同一計量標準既可以不加修正值使用，也可以加修正值使用，前者的要求是穩定性小于其最大允許誤差的絕對值，后者的要求是穩定性小于該修正值的擴展不確定度。根據JJF1094-2001《測量?jì)x器特性評定》的規定，后者應為前者的1/3左右，也就是說(shuō)對后者的穩定性要求要遠高于前者。這實(shí)際上并不奇怪，由于不加修正值使用相當于按“級”使用，加修正值使用相當于按“等”使用。按等使用時(shí)得到的測量結果的不確定度將遠小于按級使用，因此,對計量標準的穩定性的要求也應高于后者。

綜上所述，提高計量標準的穩定性和準確性是一項非常艱難、復雜的重大工程。如今，高新技術(shù)得到了蓬勃發(fā)展。集成電路、計算機、激光、航天技術(shù)、超導技術(shù)、納米材料等等深刻地改變著(zhù)我們的社會(huì )面貌。在高新技術(shù)的研發(fā)過(guò)程中，各種各樣的精密實(shí)驗無(wú)不需要計量技術(shù)及計量標準為實(shí)驗的準確性提供保證。同時(shí)新興技術(shù)往往也提出建立新的計量標準、發(fā)展新型測量技術(shù)的要求。