量值溯源與量值傳遞
量值溯源與量值傳遞
一、測量的基本概念
量值：一般由一個(gè)數乘以測量單位所表示的特定量的大小。
測量：以確定量值為目的的一組操作。
國際計量基(標) 準：經(jīng)國際協(xié)議承認的測量標準,在國際上作為對有關(guān)量的其他測量標準定值的依據。
國家計量基(標) 準：經(jīng)國家決定承認的測量標準,在國家內部作為對有關(guān)量的其他測量標準定值的依據。
有證標準物質(zhì)：有證書(shū)的標準物質(zhì),其中一種或多種特性值是用建立溯源性的程序確定,使之可溯源到準確復現地表示該特性值的測量單位,每一種出證的特性值都有給定置信水平的不確定度。
溯源性：通過(guò)一條具有規定不確定度的不間斷的比較鏈,使測量結果或計量標準的值能夠與規定的參考標準,通常是國家計量基(標) 準或國際計量基(標)準聯(lián)系起來(lái)的特性。這種特性使所有的同種量值,都可以按這條比較鏈通過(guò)校準向測量的源頭追溯,即溯源到同一個(gè)測量基準(國家基準或國際基準) ,這樣才能確保計量單位統一,量值準確可靠,才具有可比性、可重復性和可復現性,而其途徑就是按比較鏈,向計量基準的追溯。
計量標準：為了定義、實(shí)現、保存或復現量的單位或一個(gè)、多個(gè)量值,用作參考的實(shí)物量具、測量?jì)x器、參考物質(zhì)或測量系統。它是按國家規定的準確度等級,作為檢定依據用的計量器具或標準物質(zhì)；它處于中間環(huán)節,起著(zhù)承上啟下的作用,即將計量基準所復現的單位量值,通過(guò)檢定逐級傳遞到工作計量器具,從而確保工作計量器具量值的準確可靠,確保全國測量活動(dòng)達到統一。為使各項計量標準能在正常技術(shù)狀態(tài)下進(jìn)行工作,保證量值的溯源性,《計量法》規定建立計量標準,并要依法考核合格,這樣才有資格進(jìn)行量值傳遞。
計量標準考核：對用于開(kāi)展計量檢定、進(jìn)行量值傳遞資格的計量認證。它包括對計量標準器及配套設備、環(huán)境條件、人員和管理等四個(gè)方面的技術(shù)狀態(tài)考核。計量標準考核是計量監督的一項基本內容,也是實(shí)施《計量法》的技術(shù)基礎和依據。
計量器具：能用以直接或間接測出被測對象量值的裝置、儀器儀表、量具和用于統一量值的標準物質(zhì),包括計理基準器具、計量標準器具和工作計量器具。
計量基準器具：即國家計量基準器具,簡(jiǎn)稱(chēng)計量基準,是指用以復現和保存計量單位量值,經(jīng)國務(wù)院計理行政部門(mén)批準作為統一全國量值最高依據的計量器具。
計量標準器具：簡(jiǎn)稱(chēng)計量標準,是指準確度低于計量基準的,用于檢定其他計量標準或工作計量器具的計量器具。
計量檢定：為評定計量器具的計量性能,確定其是否合格所進(jìn)行的全部工作。
二、量值傳遞和量值溯源
量值傳遞是通過(guò)對測量器具的檢定或校準,將國家測量標準所復現的測量單位的量值,通過(guò)各等級測量標準傳遞到工作測量器具,以保證被測量對象量值的準確和一致。
量值溯源是通過(guò)具有規定不確定度的不間斷比較鏈,使測量結果或測量標準的量值與規定的參照標準、國防最高標準、國家標準乃至國際標準聯(lián)系起來(lái)的特性。
量值傳遞和量值溯源是兩個(gè)互逆的過(guò)程,它們具有很多不同的特點(diǎn)：
量值傳遞和量值溯源比較表
比較項目
量值傳遞
量值溯源
執行力
法制性、強制性
自覺(jué)性、主動(dòng)性
執行機構
各級計量行政部門(mén)、
國防計量管理部門(mén)
試驗室,往往是企業(yè)
作用對象
企業(yè)、次級計量行政部門(mén)
企業(yè)可根據測量準確度的要求,自主地尋求具有較佳不確定度的參考標準進(jìn)行測量設備的校準
執行方式
按照國家檢定系統表的
規定自上而下逐級傳遞
可以越級也可以逐級溯源,自下而上主動(dòng)地尋找計量標準,是自下而上的追溯
中間環(huán)節
嚴格的等級劃分、
層次多、中間環(huán)節多
不按嚴格的等級傳遞、
中間環(huán)節少
誤差和準確度
容易造成準確度損失
可以減少逐級傳遞造成的誤差
內容和范圍
檢定周期、檢定項目和測量范圍都是按照國家、部門(mén)和地方的有關(guān)技術(shù)法規或規范的規定進(jìn)行的。檢定系統由文字和框圖構成,其內容包括國家計量基準、各等級計量標準、工作計量器具的名稱(chēng)、測量范圍、不確定度或允許誤差極限和檢定方法等。
打破地區或等級的界限,實(shí)行就地就近的原則。方式不限于檢定、標準和比對方式,還允許采用信號傳輸,計量保證方案等多種量值溯源方法。
通過(guò)對比可以發(fā)現,量值傳遞是上一級量值檢定部門(mén)將自身的量值傳遞給低于其準確度等級的部門(mén),主要是指國家強制性檢定的內容。而量值溯源是通過(guò)一條具有規定不確定度的不間斷的比較鏈,使測量結果或測量標準的值能夠與規定的參考標準聯(lián)系起來(lái)的一種特性,它要求實(shí)驗室針對自己檢測標準的相關(guān)量值,主動(dòng)地與向一級檢定機構追溯高于自己準確度的量值,確定自己的準確性。溯源和傳遞的主要區別在于溯源是自下而上的活動(dòng),帶有主動(dòng)性；量值傳遞是自上而下的活動(dòng),帶有強制性。
三、我國的量值傳遞系統
我國現行計量體系的法律依據是1986年7月1日起實(shí)施的《中華人民共和國計量法》?！队嬃糠ā返谖鍡l至第十條規定：國務(wù)院計量行政部門(mén)負責建立各種計量基準器具,作為統一全國量值的最高依據?？h級以上地方人民政府計量行政部門(mén)根據本地區的需要,建立社會(huì )公用計量標準器具,經(jīng)上級人民政府計量行政部門(mén)主持考核合格后使用。國務(wù)院有關(guān)主管部門(mén)和省、自治區、直轄市人民政府有關(guān)主管部門(mén),根據本部門(mén)的特殊需要,可以建立本部門(mén)使用的計量標準器具,其各項最高計量標準器具經(jīng)同級人民政府計量行政部門(mén)主持考核合格后使用。企業(yè)、事業(yè)單位根據需要,可以建立本單位使用的計量標準器具,其各項最高計量標準器具經(jīng)有關(guān)人民政府計量行政部門(mén)主持考核合格后使用。計量檢定必須按照國家計量檢定系統表進(jìn)行。國家計量檢定系統表由國務(wù)院計量行政部門(mén)制定。計量檢定必須執行計量檢定規程。國家計量檢定規程由國務(wù)院計量行政部門(mén)制定。沒(méi)有國家計量檢定規程的,由國務(wù)院有關(guān)主管部門(mén)和省、自治區、直轄市人民政府計量行政部門(mén)分別制定部門(mén)計量檢定規程和地方計量檢定規程,并向國務(wù)院計量行政部門(mén)備案?！队嬃糠ā返闹贫?是為了加強計量監督管理,保障國家計量單位制的統一和量值的準確可靠,以利于生產(chǎn)、貿易和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,適應社會(huì )主義現代化建設的需要,維護國家、人民的利益。
由于世界各國政治和經(jīng)濟制度不同,發(fā)展水平各異,使得量傳體制不同,但是各國采用
的量傳方式基本相似,即通?？刹捎脤?shí)物標準、發(fā)放標準物質(zhì)、發(fā)布標準數據、發(fā)播標準信號以及測量保證方案(MA P) 等傳遞方式。在量傳方法中,既可采用檢定的方法,也可采用校準、比對的方法。
量值傳遞及其實(shí)現方法
中國實(shí)驗室國家認可委員會(huì )(CNAL) 在承認國際計量局(BIPM) 框架下,簽署互認協(xié)議MRA) 并能證明可溯源至SI 國際單位制的國家或經(jīng)濟體的最高計量基(標) 準。目前我國已經(jīng)建立了以中國計量科學(xué)研究院、中國測試技術(shù)研究院和國家標準物質(zhì)研究中心為最高等級校準實(shí)驗室的國家量值溯源網(wǎng)絡(luò ),建立了國家計量基準和各個(gè)等級的工作計量標準,形成了完整的量值溯源系統。
以下框圖以溫度的計量為例,反映了我國的量值傳遞和量值溯源體系：
量值傳遞框圖 量值溯源框圖
我國現行的計量保證手段是：計量法制管理和量值傳遞技術(shù)手段相結合的方法來(lái)實(shí)現的?，F在我區建立的計量標準主要標準分布在各法定計量檢定機構和大中型企業(yè)內部,各方面對其能力的影響因素很多。因此對建立的計量標準考核是一項重要的法制計量管理工作,對其建立的計量標準是否符合量值傳遞的要求,是否保證計量工作的科學(xué)、公正、高效,是否可以確保計量量值的準確、可靠、統一是我國計量標準考核工作的主要目的和意義。
四、實(shí)現量值溯源的形式
實(shí)現量值溯源最重要的方式是檢定和校準。
檢定是指查明和確認計量器具是否符合法定要求的程序,它包括檢查、加標記和(或) 出具檢定證書(shū)。檢定具有法制性,其對象是法制管理范圍內的計量器具。從國際法制計量組織(OIML)的宗旨和發(fā)布的國際建議看,我國的強制檢定管理范圍基本上與其認定的法制管理范圍相當。一臺檢定合格的計量器具,也就是一臺被授予法制特性的計量器具。強制檢定應由法定計量檢定機構或者授權的計量檢定機構執行。我國對社會(huì )公用計量標準以及部門(mén)和企業(yè)、事業(yè)單位的各項最高計量標準,也實(shí)行強制檢定。檢定的依據是按法定程序審批公布的計量檢定規程。在檢定結果中,必須有合格與否的結論,并出具證書(shū)或加蓋印記。從事檢定的工作人員必須是經(jīng)考核合格,并持有有關(guān)計量行政部門(mén)頒發(fā)的檢定員證。
校準指在規定條件下,為確定測量裝置或測量系統所指示的量值,或實(shí)物量具或參考物質(zhì)所代表的量值,與對應的由標準所復現的量值之間關(guān)系的一組操作。它的依據是校準規范或校準方法,通常應作統一規定,特殊情況下也可自行制定。校準的結果可記錄在校準證書(shū)或校準報告中,也可用校準因數或校準曲線(xiàn)等形式表示。
校準和檢定的區別：(1) 校準不具法制性,是自愿溯源行為；檢定則具有法制性,屬計量執法行為。(2) 校準主要確定測量?jì)x器的示值誤差；檢定則是對其計量特性及技術(shù)要求符合性的全面評定,必須做出合格與否的結論。(3) 校準的依據通常作統一規定,也可自行制定；檢定的依據則是法定檢定規程。
隨著(zhù)與國際準則的接軌,在加強檢定法制建設的同時(shí),校準開(kāi)始成為實(shí)現單位統一和量值準確可靠的主要方式,以往以檢定取代校準的現象正在扭轉。實(shí)驗室通過(guò)開(kāi)展校準工作,一方面可提升技術(shù)能力,確信工作的一致性和準確性；另一方面, 能降低量值溯源成本, 保護自身權益。
無(wú)法溯源時(shí)的其他措施：
自校：主要是對專(zhuān)用儀器的行業(yè)檢定規程或實(shí)驗室自編的專(zhuān)用儀器校驗規程中政府授權檢定機構無(wú)法檢定/ 校準的部分進(jìn)行自校。如吸阻標準棒在A(yíng)06吸阻儀上的溯源測試等。
能力驗證：屬于同類(lèi)實(shí)驗室進(jìn)行的相關(guān)項目、相關(guān)參數的共同測試,其結果可以間接驗證量值的準確性。如參加煙氣分析的共同實(shí)驗,如果獲得較為滿(mǎn)意結果,可間接驗證吸煙機的鐘型曲線(xiàn)符合抽吸流程圖的要求,這是在沒(méi)有抽吸流量圖測試儀的情況下,實(shí)現流量曲線(xiàn)準確性的旁證。同時(shí)也證明了玻璃纖維濾片的準確性和符合性。
比對：屬于無(wú)法直接實(shí)現量值溯源時(shí)的一種計量方式,是對不同計量器具進(jìn)行的同參數、同量程的相互比對。如吸阻標準棒在缺少標準器具或檢定條件不符合要求時(shí),只能采用比對的方式進(jìn)行計量,同時(shí)也只能進(jìn)行低值標準棒或高值標準棒之間的相互比對。
從設備管理的角度實(shí)現量值溯源和驗證比對,包括：（1）購置檢定/ 校準：新儀器設備到貨后應按照檢定/ 校準規程進(jìn)行檢定/ 校準或自校,即使有檢定證書(shū),也應考察檢定單位的資質(zhì)證明是否能在溯源圖上找到合適的位置,否則必須進(jìn)行檢定；（2）周期檢定：按各實(shí)驗室獨立編制的《檢定/ 校準周期表》進(jìn)行定期的檢定/ 校準或自校。(3) 臨時(shí)檢定：當儀器出現故障經(jīng)維修正常后,應當對故障相關(guān)部分的量值進(jìn)行檢定/ 校驗或自校。
五、現有量值傳遞和量值溯源體系的改進(jìn)
我國現有的量值傳遞體系是在計劃經(jīng)濟體制下建立的,計劃性和法制性很強,多數需在實(shí)驗室內進(jìn)行,不允許企業(yè)自行調整。在激烈的市場(chǎng)競爭中,產(chǎn)品的質(zhì)量關(guān)系到企業(yè)的生存和發(fā)展。測量結果是否準確,是否與國家或國際標準一致是企業(yè)質(zhì)量保證的一部分。因此,量值溯源是企業(yè)測量設備質(zhì)量保證的重要因素,現已成為世界各國企業(yè)的自覺(jué)行為。量值溯源說(shuō)明計量檢測設備的校準是企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)自身要求獲得準確的量值,具有較強的自覺(jué)性、主動(dòng)性和靈活性。在社會(huì )主義市場(chǎng)機制下,需要對現有的量值傳遞體系進(jìn)行調整和完善,除了加強計量的法制管理外,還要補充工業(yè)企業(yè)需要的量值溯源的校準方式,以適應現代化工業(yè)發(fā)展的要求,并和國際通行做法相一致。比如采用計量器具ABC分類(lèi)管理、試驗室認可制度、計量保證方案（MAP）等。
國際計量機構
計量器具ABC分類(lèi)管理是企業(yè)根據計量器具在企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)中的地位和作用,計量法對計量器具分類(lèi)管理提出的要求與規定,計量器具本身的計量性能、特點(diǎn)以及它的使用環(huán)境條件的不同,為區別對待,劃分成ABC三個(gè)管理類(lèi)別,按行業(yè)、分層次、有重點(diǎn)區別管理的一種方法。采用計量器具實(shí)行ABC分類(lèi)管理,有利于實(shí)現資源合理使用,提高工作效率,實(shí)現計量器具科學(xué)化管理。
計量分類(lèi)管理
試驗室的分類(lèi)分級認可制度是指,通過(guò)認可一批標準試驗室、校準試驗室、測試試驗室,充分利用各種資源,以利于量值向國家基準溯源。
MAP量值傳遞方案程序圖
傳統的量值傳遞方式是采用事務(wù)標準進(jìn)行逐級傳遞的單向開(kāi)環(huán)的傳遞方式,不能很好地保證傳遞質(zhì)量和可靠性。美國國家標準局在70年代為了克服這一缺陷,將統計控制論應用于測量過(guò)程,推出了計量保證方案（MAP,Measurement Assurance Programs）。該方案是測量過(guò)程用統計方法對測量質(zhì)量進(jìn)行控制的科學(xué)保證方法,可以定量地確定測量過(guò)程相對于國家基準或其他指定標準的總的測量不確定度,并驗證總的不確定度是否小到足以滿(mǎn)足用戶(hù)要求。我國GB/I19022－ISO10012標準也提出了這一方案,但是由于成本等原因還未廣泛采用。
六、總結和討論
量值傳遞和量值溯源作為保證計量準確性和一致性的方法,是兩個(gè)緊密關(guān)聯(lián)的互逆過(guò)程。我國現有的計量體系更多的是突出自上而下的強制性的量值傳遞,今后則更應該根據計量的不同特點(diǎn),加強對量值溯源的支持,以利于在市場(chǎng)經(jīng)濟條件下更好的為生產(chǎn)、貿易和科研服務(wù)。
我國應當積極參與到國際計量組織和國際計量標準的工作中,使我國的計量工作實(shí)現于國際接軌,建立更符合現代計量需求的科學(xué)完備的計量體系。
2004年11月5日 熱物理測量技術(shù)
