CNAS-GL05-2011 测量不确定度要求的实施指南.pdf

1、2011 年 02 月 15 日发布 2011 年 05 月 01 日实施 CNAS-GL05 测量不确 定度要求的 实施指南 Guidance on the Application of the Requirements for Measurement Uncertainty 中国合格评定国家认可委员会 CNAS-GL05：2011 第 1 页 共 7 页 2011 年 02 月 15 日发布 2011 年 05 月 01 日实施 前 言 本文件是对 CNAS-CL07 测量不 确定度 的要 求的解 释和说 明，并 不增加其 他 的要求 。 本文件 代替 CNAS-GL05：2006 测量

2、不确定 度要求 的实施 指南 。 CNAS-GL05：2011 第 2 页 共 7 页 2011 年 02 月 15 日发布 2011 年 05 月 01 日实施 测量不确定度要求的实施指南 1 适用范围 本指南 适用于 申请 认可 的检测 实验室 、校 准实 验室（ 含医学 参考 测量 实验室 ）和 标准物 质/ 标准 样品 生产 者建立 测量不 确定 度评 估程序 ， 也可 供认 可评 审员在 评审过 程 中使用 。 2 引用文件 下列文件中的条款通过引用而成为本文件的条款。请注意使用引用文件的最新版 本（包 括任何 修订 ） 。 2.1 ISO/IEC 指南 98-3 测量不 确定 度表

3、示 指南 2.2 ISO/IEC 指南 99国际 通用计 量学 术语 2.3 ISO/IEC 17025检测和 校准实 验室 能力 的通用 要求 2.4 JJF1059 测量不 确定度 评定和 表示 3 检测和校准实验室不确定度评估的基本步骤 3.1 识别不确定度来源 3.1.1 对检测 和校 准结 果测量 不确定 度来 源的 识别应 从分析 测量 过程 入手， 即对测 量 方法、 测量系 统和 测量 程序作 详细研 究， 为此 应尽可 能画出 测量 系统 原理或 测量方 法 的方框 图和测 量流 程图 。 3.1.2 检测和 校准 结果 不确定 度可能 来自 ：对 被测量 的定义 不完 善；

4、 实现被 测量的 定 义的方 法不理 想； 取样 的代表 性不够 ，即 被测 量的样 本不能 代表 所定 义的被 测量； 对 测量过 程受环 境影 响的 认识不 周全， 或对 环境 条件的 测量与 控制 不完 善；对 模拟仪 器 的读数 存在人 为偏 移； 测量仪 器的分 辨力 或鉴 别力不 够；赋 予计 量标 准的值 或标准 物 质的值 不准； 引用 于数 据计算 的常量 和其 它参 量不准 ；测量 方法 和测 量程序 的近似 性 和假定 性；在 表面 上看 来完全 相同的 条件 下， 被测量 重复观 测值 的变 化。 3.1.3 有些不 确定 度来 源可能 无法从 上述 分析 中发现 ，只

5、能 通过 实验 室间比 对或采 用 不同的 测量程 序才 能识 别。 3.1.4 在某些 检测 领域 ，特别 是化学 样品 分析 ，不确 定度来 源不 易识 别和量 化。测 量CNAS-GL05：2011 第 3 页 共 7 页 2011 年 02 月 15 日发布 2011 年 05 月 01 日实施 不确定 度只与 特定 的检 测方法 有关。 3.2 建立测量过程的模型 3.2.1 建立测量过程的 模型，即被测量 与各输 入量之间的函数 关系。 若Y 的测量结果 为 y ，输 入量 X i 的估计值为 x i ， 则 ) ., , ( 2 1 n x x x f y = 3.2.2 在建立

6、 模型 时要 注意有 一些潜 在的 不确 定度来 源不能 明显 地呈 现在上 述函数 关 系中， 它们对 测量 结果 本身有 影响， 但由 于缺 乏必要 的信息 无法 写出 它们与 被测量 的 函数关 系，因 此在 具体 测量时 无法定 量地 计算 出它对 测量结 果影 响的 大小， 在计算 公 式中只 能将其 忽略 而作 为不确 定度处 理。 当然 ，模型 中应包 括这 些来 源，对 这些来 源 在数学 模型中 可以 将其 作为被 测量与 输入 量之 间的函 数关系 的修 正因 子（其 最佳值 为 0 ） ， 或修正 系数 （其最 佳值 为 1 ）处 理。 3.2.3 此外， 对检 测和 校

7、准实 验室有 些特 殊不 确定度 来源， 如取 样、 预处理 、方法 偏 离、测 试条件 的变 化以 及样品 类型的 改变 等也 应考虑 在模型 中。 3.2.4 在识别 不确 定度 来源后 ，对不 确定 度各 个分量 作一个 预估 算是 必要的 ，对那 些 比最大 分量的 三分 之一 还小的 分量不 必仔 细评 估 （除非 这种分 量数 目 较多 ） 。 通常 只需 对其估 计一个 上限 即可 ，重点 应放在 识别 并仔 细评估 那些重 要的 分量 特别是 占支配 地 位的分 量上， 对难 于写 出上述 数学模 型的 检测 量，对 各个分 量作 预估 算更为 重要。 3.3 标准不确定度分量

8、的评估和计算 3.3.1 A 类不 确定 度分 量的评 估对观测 列 进行统 计分析 所作 的评 估 a) 对输入 量 x I 进行 n 次独 立的等 精度测 量， 得到 的测量 结果为 ： x 1 、x 2 x nx 为其算 术平均 值。 即 = = n i i x n x 1 1单次测 量结果 的实 验标 准差为 ： = = = n i i i i x x n x S x u 1 2 ) ( 1 1 ) ( ) ( 观测列 平均值 即估 计值 的标准 不确定 度为 ： n x S x S x u i) ( ) ( ) ( = = b) A 类 测量不确定度 的评估一般是采取对用 以日常开展

9、检测和校准 的测试系统CNAS-GL05：2011 第 4 页 共 7 页 2011 年 02 月 15 日发布 2011 年 05 月 01 日实施 和具有 代表性 的样 品预 先评估 的。除 非进 行非 常规检 测和校 准， 对常 规检测 和校准 的 A 类 评估， 如果测量系统稳定， 又在 B 类评估 中考虑 了仪器 的漂 移和 环境条 件的影 响 ， 完全可 以采 用预 先评 估 的结果 ，这 时如 果提供用 户 的测 量结 果是 单次测 量 获得 的，A 类分量 可用预 先评 估获 得的 u(x i ) ， 如提供 用户 的测量 结果是两次或三次或 m 次测得值 的平均 值， 则 A

10、 类分量 可用 m x S x S x u i) ( ) ( ) ( = = 获得。 c) 进行 A 类 不 确定度 评估时 ，重复 测量 次数 应足够 多，但 有些 样品 只能承 受一 次检测 （如 破坏 性检测 ） 或 随着检 测次 数的增 加其参 数逐次 变化 ， 根 本不能 作 A 类评 估。 有 些检 测和校 准则 因难度 较大费 用太 高不 宜作多 次重复 测量 ， 这 时由上 式算得 的 标准差 有可能 被严 重低 估，这 时应采 用基 于 t 分布确 定的包 含因 子。 即用 k t T ) ( 95 0 = （其中 n-1）作安全因子乘 uA =u(x i ) 后再和 B 类

11、分 量合成 。 3.3.2 B 类不确定度分量的评估 当输入 量 的估计 量 x i 不是由 重复 观测得 到时， 其 标准偏 差可用 对 x i 的有 关信息 或资料 来评 估。 B 类评估的信息来源可来自： 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。 3.3.2.1 若资料（ 如校 准证书 ）给出 了 x i 的扩 展不确 定度 U （x i ）和 包含因 子 k ，则 x i 的标准 不确 定度为 ： k x U x u u i j B ) ( ) ( = = 这里有 几种可 能的

12、 情况 ： a) 若资料只 给出 了 U ，没有具体指明 k，则可以认为 k=2 （对应 约 95% 的包含 概率） b) 若资料只 给出了 U P （x i ） （其中 p 为包含 概率 ） ，则包 含因子 k P 与 x i 的的分布 有关， 此时除 非另 有说 明一般 按照正 态分 布考 虑，对应 p 0.95 ，k 可以查 表 得到， 即 k P 1.960 c) 若资料给 出了 U P 及 i eff,则 k P 可查表 得到， 即 k P t P ( i eff ) 3.3.2.2 若由资 料查得 或判 断 x i 的可能值 分布 区间半 宽度 与 a( 通常为 允许误 差限的 绝

13、 对值) 则： k a x u u j B = = ) ( 此时 k 与 x i 在此区 间内 的概率 分布有 关( 参见 JJF-1059 附录 B“概率分布情况的 估计”) CNAS-GL05：2011 第 5 页 共 7 页 2011 年 02 月 15 日发布 2011 年 05 月 01 日实施 对应几 种非正 态分 布其 包含因 子为： 分布 两点 反正弦 矩形 梯形 三角 k1 2 3 2 1 / 6 +其中 为上下底 边之 比值 6 3.3.3 输入量 的标 准不 确定 度 u(x i ) 引起的 对 y 的标准 不确定 度分 量 u i(y)为： ) ( ) ( i i i

14、x u x f y u = 在数值 上， 灵 敏系 数 i j x f C = （也称 为不确 定度 传播 系数） 等於输 入 量 x i 变化 单位量 时引 起 y 的变化 量。 灵敏 系数 可以由 数 学模型 对 xi 求偏 导数得 到， 也可 以由 实 验测量 得到。 灵敏 系数 反映了 该输入 量的 标准 不确定 度对输 出量 的不 确定度 的贡献 的 灵敏程 度，而 且标 准不 确定 度 u(x i ) 只有乘 了该 灵敏系 数才能 构成 一个 不确定 度分量 ， 即和输 出量有 相同 的单 位。 3.4 合成标准不确定度uc(y) 的计算 3.4.1 合成标 准不 确定 度 u c

15、 (y) 的计算公 式： ) ( ) ( ) , ( 2 ) ( ) ( ) ( 1 1 1 2 1 2 j i j i n i n i j j i i n i i c x u x u x x r x f x f x u x f y u + = = + = =实际工作中 ，若各 输入 量之间均不 相关， 或有 部分输入量 相关， 但其 相关系数较 小（弱 相关） 而近 似为 r(x i ,x j )=0, 于是便可 化简 为： ) ( ) ( ) ( 2 1 2 i n i i c x u x f y u = = 当 1 = i x f , 则可 进一步 简化 为： = = n i i c x

16、 u y u 1 2 ) ( ) ( 此即计 算合成 不确 定度 一般采 用的方 和根 法， 即将各 个标准 不确 定度 分量平 方后 求其和 再开根 。 3.4.2 对大部 分检 测工 作（除 涉及航 天、 航空 、兴奋 剂检测 等特 殊领 域中要 求较高 的 场合外 ） ， 只 要无明 显证 据证明 某几个 分量 有强 相关时 ， 均 可按 不相关 处理 ， 如发 现分 量间存 在强相 关， 如采 用相同 仪器测 量的 量之 间，则 尽可能 改用 不同 仪器分 别测量 这 些量使 其不相 关。 CNAS-GL05：2011 第 6 页 共 7 页 2011 年 02 月 15 日发布 20

17、11 年 05 月 01 日实施 3.4.3 如证实 某些 分量 之间存 在强相 关， 则首 先判断 其相关 性是 正相 关还是 负相关 ， 并分别 取相关 系数 为1 或1 ，然 后将这 些相 关分量 算术相 加后 得到 一个“ 净” 分量， 再将它 与其他 独立 无关 分量用 方和根 法求 得 u c (y) 。 3.4.4 如发现各分量中有一个分量占支配地位时（该分量大于其次那个分量三倍以 上） ，合成 不确 定度就 决定于 该分量 。 3.4.5 不确定 度分 量汇 总 输 入量 x i估计值 x i包含区间半宽 度 a 或扩展 不 确定 U 包含 概率 包含 因子 （k ） C iu

18、 i （y ） i 或 ieff输 出量 Y 3.5 扩展不确定度U的计算 3.5.1 通常提 供给 客户 的应是 特定包 含概 率下 的扩展 不确定 度， 据此 告知用 户检测 和 校准结 果就在 以报 告值 为中心 的包含 区间 内扩 展不确 定度由 合成 不确 定度乘 以适当 的 包含因 子 k 得 到， 在不 确定度 分量较 多而 且其 大小也 比较接 近时 ，可 以估计 为正态 分 布，当 选择 约 95 的包 含概率 时，包 含因 子可 取 k 2，即 U 2u c (y) 。 3.5.2 如果可以确定 合 成不确 定度包 含的 分量 中较多 分量或 占支 配地 位的分 量的概 率

19、 分布不 是正态 分布 （如 矩形分 布、 三角 分布 ） ， 则合成 不确定 度的 概率 分布就 不能估 计 为正态 分布， 而是 接近 于其他 分布， 这时 就不 能按 3.5.1 中的方法来计算 U 了，例 如 合成不 确定度 中占 支配 地位的 分量的 概率 分布 为矩形 分布， 这时 包含 因子应 取为 k 1.65 即 U 1.65u c (y) 才对应 95 的 包含概 率。 3.5.3 如果合 成不 确定 度中 A 类分量占 的比 重较大 ，如 3 ) ( A c u y u 而且作 A 类评估 时 重复测 量次 数 n 较少， 则包含 因子 k 必须查 t 分布表 获得。 3

20、.5.4 测量不 确定 度应 是合理 评估获 得的 ，出 具的扩 展不确 定度 的有 效数字 一般取 2 位有效 数字。 3.6 报告结果 3.6.1 除非采 用国 际上 广泛公 认的检 测方 法， 可以按 该方法 规定 的方 式表示 检测结 果 及其不 确定度 外， 对一 般的检 测和校 准项 目应 明确写 明“ 扩展不 确定 度 U ， 它 是 由合成 标准不 确定 度 u c (y) 乘 以包含 因子 而 得到的” 。 扩展不 确定度 也可 以相 对形 式 U rel 报告。 CNAS-GL05：2011 第 7 页 共 7 页 2011 年 02 月 15 日发布 2011 年 05

21、月 01 日实施 在有些 检测和 校准 领域 ， 检测和 校准结 果 以 dB 形式 给出， 而 且多 数 不确定 分量 也以 dB 估算 ，则 扩展 不确定 度也 以 dB 给出。 3.6.2 要注意 测量 结果 在整个 量值范 围内 所处 的位置 ，如不 确定 度某 些分量 在整个 量 值范围 内为常 数， 其他 分量正 比于测 得值 ，这 时必须 评估对 应整 个量 值范围 上限和 下 限处的 不确定 度。 量值 范围内 任一取 值处 的不 确定度 可用内 插法 估计 。意即 对应一 个 测量范 围，不 确定 度也 应给出 一个变 化范 围。 在一些 复杂情 况必 须把 整个测 量区间 分 成若干 小区间 并分 别给 出对应 这些小 区间 的不 确定度 变化范 围或 典型 值。 3.6.3 一般在 校准 证书 中应给 出测量 结果 的不 确定度 ，而在 实验 室的 认可申 请书中 的 “ 申请认可的 校准 能力范 围中” 应提供 校准 和测量 能力（CMC）。