標準化對減小校準不確定性的關鍵作用

【摘要】本文討論了標準化在降低計量儀器校準不確定性中的關鍵作用。首先，文章闡述了標準化與校準不確定性之間的理論聯系，進而詳細分析了標準化如何通過改進設備誤差、優化實際操作過程以及抵消環境因素的影響來降低校準不確定性。其次，文章還通過具體實例展示了標準化在實際應用中的效果，探討了標準化在未來的發展方向，包括新的校準技術和方法的發展、標準化在教育和培訓中的應用以及國際標準的推廣和應用。最后，討論了當前面臨的挑戰以及可能的解決策略，包括設備和流程的標準化、人員的培訓以及不確定性的深入理解和分析。

【關鍵詞】標準化；校準不確定性；計量儀器

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.01.045

The Key Role of Standardization in Reducing Calibration Uncertainty

CHE Yi

（Anhui Construction Engineering Testing Technology Group Co.， Ltd.， Hefei 230031， China）

Abstract： This article discusses the crucial role of standardization in reducing calibration uncertainty in metrological instrument calibration. Firstly， the article outlines the theoretical connection between standardization and calibration uncertainty. It then analyzes in detail how standardization can reduce calibration uncertainty by improving equipment errors， optimizing practical operational processes， and compensating for environmental factors’ effects. Secondly， the article showcases the practical effects of standardization through specific examples and explores future directions for standardization， including the development of new calibration technologies and methods， the application of standardization in education and training， and the promotion and implementation of international standards. Lastly， the article discusses current challenges and possible resolution strategies， such as standardizing equipment and processes， training personnel， and deepening the understanding and analysis of uncertainty.

Keywords： standardization； calibration uncertainty； measuring instruments

校準不確定性是指在對測量設備進行校準時產生的不確定性。這種不確定性是由多種源頭產生的，包括設備的內在誤差、操作員的誤差、環境因素等。校準不確定性的主要目標是提供一個度量，用于描述在所有可能的誤差源下，設備的校準值與其真實值之間可能存在的差距。標準化是一個系統化的過程，旨在確定、編制并實施規則、指南或特性，以達到最佳秩序。在測量設備校準中，標準化通常涉及設定明確的校準程序和參數，以及使用已經被公認的標準設備進行對比，以減少校準過程中的不確定性。本文的主要目標是探討標準化在減少校準不確定性中的關鍵作用。文章將首先分析校準不確定性的來源，然后闡述標準化的定義和歷史發展，接著詳細討論標準化如何幫助減少各種來源的校準不確定性。最后，文章將展望未來的研究方向和面臨的挑戰，以及對實踐者提出建議。

理論誤差主要來自測量模型和算法的不完善，包括模型假設的簡化、模型參數的選取以及測量算法的誤差。在一些情況下，理論誤差也可能源自數值計算中的近似處理。理論誤差的大小會直接影響測量結果的準確性[1]。

在實際操作中，人為因素、程序錯誤、操作流程中的變異等都可能導致誤差的產生。測量設備自身也可能產生誤差，包括設備制造過程中的誤差、設備使用過程中的磨損以及設備的非理想性能等。設備制造過程中的誤差可能來自零件的制造誤差、裝配誤差以及檢測設備的誤差。設備使用過程中，零件的磨損和老化可能改變設備的性能，導致誤差的產生。環境因素也是產生校準不確定性的重要因素。這包括溫度、濕度、氣壓等因素對測量設備和被測物品的影響。

以上各種誤差來源都可能導致校準不確定性的產生。因此，理解這些誤差的來源和影響機制，對于減小校準不確定性，提高測量結果的準確性具有重要的意義。

標準化是將各種過程、系統、產品的特性或特性的測量方法等制定成統一格式、規格的過程[2]。這種過程的目的是確保一致性、互換性和可復制性，提高效率，減少誤差和混淆。標準化不僅涉及產品或服務，也涉及測量和校準，其中包括計量設備的使用、性能評估和質量控制。標準化在科技發展中發揮了重要的作用，它為各個領域提供了一套共享的、全球公認的基準和方法，使得產品和服務更具可比性，也使得研究和開發更加高效。

自19世紀以來，標準化的概念開始發展并逐漸流行。隨著工業革命的發展，為了提高生產效率和質量，各行業開始廣泛實施標準化。20世紀初，隨著全球化的發展，很多國際標準化組織，如國際標準化組織（ISO）等開始設立，推動各國在技術、科學和經濟等領域達成一致性。到了21世紀，隨著科技的飛速發展，標準化已經成為一種全球范圍內的行為，廣泛應用于各個領域，如醫療、制造業、科學研究和服務業等。

在計量科學中，標準化在設備校準、數據處理和質量控制等方面都有廣泛應用[3]。例如，在光譜分析中，標準樣品的使用就是標準化的一種形式，它能確保各個實驗室在進行分析時得出的數據是可比的。在醫療領域，標準化的過程也被廣泛應用于設備校準，以確保所有的醫療設備都能產生準確和一致的結果。在制造業中，各種制造工藝和零件的標準化有助于提高產品質量，減少誤差，并增加生產效率。

3.1標準化與校準不確定性的理論聯系

計量儀器校準過程中的不確定性可以來源于多個環節，例如設備誤差、操作者的差異，以及環境條件的變化。標準化作為一種確保一致性和準確性的手段，與校準不確定性有著直接的理論聯系。通過規定清晰的校準步驟、參數設定、操作人員行為以及環境條件，標準化可以減小校準過程中各環節的變異性，從而降低整體的校準不確定性。理論上，如果所有的設備都按照同樣的標準進行校準，那么我們就可以預期減小不確定性，得到更可靠、一致的結果。

3.2標準化如何改進設備誤差

設備誤差是校準不確定性的重要來源，可能來自設備制造過程中的不一致性、設備性能的衰退等。標準化可以通過確立設備性能和校準流程的統一標準，來改進設備誤差。設備的制造商在設計、制造和校準設備時，都會參考相關的標準來確保設備的性能、穩定性以及其他關鍵參數[4]。此外，標準化也提供了系統性的、規范的檢測和糾正設備誤差的手段，從而降低了由設備誤差引起的校準不確定性。例如，設備的用戶可以定期進行設備的校準和維護，以確保設備的性能達到標準的要求。這種基于標準的校準和維護過程可以及時發現和糾正設備誤差，從而有效地降低校準不確定性。

3.3標準化如何優化實際操作過程

在實際操作過程中，標準化的重要性不容忽視。操作員的技能、經驗和理解，如果沒有得到恰當的引導和標準化的流程支持，往往會帶來校準結果的偏差，從而增加校準不確定性。通過標準化，我們不僅能夠確立起一套統一的、優化的操作流程，更能以此為基礎，對操作員進行規范的培訓和指導。

標準化的操作流程可以提供明確、一致的指引。無論操作員的個人技能和經驗如何，只要嚴格遵守標準化流程，都能保證在執行校準時的準確性和一致性。這一流程的建立通?；谏钊氲难芯亢蛷V泛的經驗，有助于規避常見的誤區和陷阱，降低由于操作差異帶來的不確定性。

基于標準化流程的培訓能夠幫助操作員提升專業技能，加深對校準工作的理解。這種培訓不僅包括操作技能的傳授，也涵蓋理論知識的教授。對于初級操作員，標準化培訓是他們快速提升技能、積累經驗的重要途徑。對于資深操作員，標準化培訓能幫助他們保持與最新標準和技術同步，從而保持其操作效果的領先性。標準化流程還可實現操作過程的持續改進。當所有操作員都按照相同的流程進行操作時，我們可以更容易地識別出流程中的瓶頸和問題，有針對性地進行改進。通過收集和分析操作數據，我們可以發現隱藏的問題，優化操作流程，從而進一步減少校準不確定性。

3.4標準化如何抵消環境因素的影響

環境因素，如溫度、濕度、氣壓等都可能對測量結果產生影響。標準化考慮到這些因素，并設定了在特定環境條件下的標準操作流程。例如，某些敏感的測量設備需要在恒溫、恒濕的環境中進行校準和使用，這就需要建立相應的環境條件控制和檢測流程。這些標準化流程不僅包括設備的操作步驟，也包括環境條件的設定和控制，使測量過程在一個穩定且可控的環境中進行，從而減小了環境因素的影響[5]。

3.5通過實例展示標準化在降低校準不確定性中的應用

在實踐中，標準化對于減少計量儀器校準不確定性發揮著至關重要的作用。

1）光譜儀的標準化校準：光譜儀是一種常用的分析儀器，廣泛應用于材料分析、生物醫學和環境監測等領域。但是，光譜儀的校準過程中存在諸多不確定性來源，如光源強度的波動、探測器的響應不一致性、環境因素的影響等。因此，光譜儀的校準過程通常會遵循一套標準化流程，如使用具有已知光譜特性的標準樣品進行校準、控制實驗室的環境條件、使用專門的軟件進行數據處理和分析。通過這種標準化流程，可以有效地控制校準過程中的不確定性，提高光譜儀的測量準確性。

2）溫度計的標準化校準：溫度是許多實驗和工業過程中最關鍵的參數之一，因此溫度計的校準準確性對于結果的準確性至關重要。溫度計的校準過程通常會遵循一套標準化流程，例如使用具有已知溫度的標準熱源進行校準，保證溫度計的使用和存儲環境，以及進行定期的校準和維護。此外，國際溫度尺度（ITS-90）提供了一套標準化的溫度校準流程，可以幫助溫度計的用戶和制造商減小校準過程中的不確定性，提高溫度測量的準確性。

以上兩個實例生動地展示了標準化在減少計量儀器校準不確定性中的應用。這充分表明，無論是在實驗室的精細測量，還是在工業過程的大規模應用，標準化都是確保測量結果準確性的關鍵手段。

4.1預期的進步和發展方向

標準化在降低計量儀器校準不確定性中的重要作用已經被廣泛認識和接受，并且在這個領域中的發展將會越來越深入。隨著科技的快速發展，更精確、更復雜的計量儀器將被開發出來，對校準的要求也將變得更高。此外，隨著全球化的不斷深入，我們期待看到更多國際性的標準和協議出臺，以提高全球范圍內的計量一致性和準確性。

一方面，我們期待看到新的校準技術和方法的發展。例如，數字化和智能化的技術可以用于自動化校準過程，從而減少人為因素的影響，提高校準效率和準確性。此外，大數據和機器學習等技術也可能被用于預測和控制校準過程中的不確定性。另一方面，我們期待看到標準化在教育和培訓中的應用更加廣泛。通過標準化的培訓和教育，我們可以提高操作員的技能和理解，減少操作誤差，進一步降低校準不確定性。

4.2當前面臨的挑戰和可能的解決策略

盡管標準化有其顯著的優點，但在實施過程中仍面臨許多挑戰。不同的制造商和用戶可能有不同的標準和流程，這可能導致設備性能和校準結果的差異。為了解決這個問題，我們需要推廣和采用國際性的標準和協議，以促進全球范圍內的一致性。標準化需要大量的資源和時間，包括設備的設計和制造、人員的培訓，以及流程的建立和維護等。為了克服這個挑戰，我們需要尋找更有效的方法來實施和管理標準化過程，如通過數字化和自動化的技術。盡管我們可以通過標準化來降低校準不確定性，但是不可能完全消除不確定性。因此，我們需要更深入地理解和分析不確定性，開發更先進的校準技術和方法，進一步提高測量的準確性和可靠性。

標準化是一種強大的工具，可以幫助我們降低計量儀器校準不確定性，提高測量的準確性和可靠性。但是，我們仍需要面對和解決許多挑戰，以使標準化在未來能夠發揮更大的作用。

【參考文獻】

[1]佚名.電致發光缺陷檢測儀校準方法的研究及標準化[J].市場監督管理，2023（1）：30-31.

[2]趙青海.環境試驗設備溫度濕度校準結果不確定度評定[J].儀器儀表標準化與計量，2016（4）：32-33.

[3]黃健，李茜.環境條件對計量設備測量性能的影響[J].儀器儀表標準化與計量，2004（4）：25-26.

[4]張蘭麗.幾種計量校準用標準物質的研制與應用[D].長沙：湖南師范大學，2019.

[5]任秀東.校準結果不確定度在計量確認中的應用[J].中國標準化，2018（2）：227-229.

【作者簡介】

車義，男，1987年出生，工程師，學士，研究方向為計量檢測。

（編輯：于淼）