很多決定是要基于準確的測量結果做出的,比如“血脂或血糖高到什么程度,是否需要服藥?”或者“是否需要對測量儀器或者標準做出調整以滿足公差要求?”
如何回答這類問題都要根據測量結果。我們都有對測量準確度進行估測的經驗,不論我們的身份是病人還是科學家,是普通市民還是政策制定者,我們可能寫了報告,或者是發了校準證書。我們認為這些測量結果是可信的、正確的,或者更精確地說:“它們是準確的。”但是,我們要注意這種準確絕對不代表這些結果分毫不差或者等于真值。
我有個同事常說的一句話是:“唯一的真值是商店里寫在標簽上的數字。”然而使用測量數字的人通常對他們的測量結果的準確度是堅信不疑的——通常他們不會對結果有任何質疑,認為這些結果是“板上釘釘的”。
孤立的測量結果是缺乏完整性的,因為所報告的不確定度未進行過評定和估量。舉個例子,在一個和暖的春日,根據自己的經驗,人們大概能估計出室外的溫度,有偏差也不過是幾攝氏度。但是如果用溫度計測量,我們首先期望溫度計報出的溫度值是準確的,其次,我們會考慮標準的分辨力,即“溫度計的讀數單位是每1攝氏度,還是0.1攝氏度抑或是0.01攝氏度的?”
我們對溫度計的測量結果可以信任到什么程度,取決于溫度計可讀取的數值(可讀性),或者說是標準的分辨力。因此,我們不能輕易相信計算器或電子數據表格的計算結果,雖然它們通常有測算出小數點之后15位的計算值,但是我們知道也許測量時的分辨力或不確定度完全達不到這么多的小數位數。
—— 重復性 ——
測量儀器或測量標準的重復性也是一個要考慮的變量。許多人都很自然地重復某些測量活動以確定其結果是否可靠。在日常生活中我們進行一些簡單的測量活動,比如用體重秤來監控體重,或者查看汽車的里程數據來計算燃油效率。
確定測量結果不確定度是一個需要嚴格掌握、進行記錄并驗證的過程,對這個過程評價的重要性與對測量結果本身的評價幾乎同等重要。測量專家通常采用國際通用的程序來取得標準化的測量結果,同時,他們也按照《測量不確定度的表示方法指南》的建議來評定和報告與測量結果相聯系的不確定性。
測量結果的可讀性(或其分辨力、重復性)在一定程度上反映出數值是否可信(或不可信),與此有關的還有其測量不確定度情況。取得測量不確定度信息并以此來判斷測量結果的質量和準確度是非常可取的做法。不確定度數據為測量結果提供了可信度,即根據它可以量化判定測量結果與真值數據是否一致的邊界或限度。
—— 術語和表示 ——
必須將準確的測量結果及其相聯系的不確定度表示出來,可以表示在報紙、學術論文或校準證書上。這也意味著我們的用詞準確度和測量結果是嚴謹的。
一些指南文件有助于人們進行標準化的表示。《國際計量學詞匯》(VIM)提供了測量和校準結果方面術語的指南。當測量專業人員使用諸如“準確度”“溯源性”“不確定度”和“參考標準”等術語時,對其固有的內涵,使用者應人人知曉。
例如,VIM中對“準確度”的定義,與測量結果相關時,被定義為“被測量的測得值與其真值間的一致程度”。根據VIM,“被測量的”指的是“擬被測量的量值”。這個關于準確度的定義同時包括了三條解釋性注釋:
1.概念“測量準確度”不是一個量,它給出的不是有數字的量值。當測量提供較小誤差時,我們認為該測量是較準確的。
2.術語“測量準確度”不應與“測量正確度”“測量精確度”相混淆,盡管它與這兩個概念有關。
3.測量準確度有時被理解為賦予被測量的測得值之間的一致程度。
如果將不同實驗室的測量結果進行比對,相關人員必須確保探討的是同一個對象。標準的定義至關重要的原因之一就是,它們能夠防止在對測量結果表示過程中發生混亂。
—— 單位、符號與結果 ——
表示測量結果時必須用對數量、單位和符號。許多國家采用國際單位制(SI)作為測量結果的參考基礎。目前也有闡明測量單位、符號和結果的參考文件。
美國國家標準和技術研究院(NIST)的計量室近年開展了一些項目,以促進貿易和商務活動中米制計量單位的使用。計量室提供了指導和技術支持,幫助聯邦機構、各州以及當地政府、商業機構、貿易協會、標準機構、教育和社會公眾使用米制單位,并完成相關計量單位的轉換。
NIST的特別出版物SP330和SP811提供了美國米制單位使用的法律解讀和操作指南。這些出版物提供了標準化的指南,詳細說明測量單位和測量結果的正確書寫方式。
—— 黑點 ——
我們有的時候會問:“計量專家在測量結果的說明方面出現的錯誤,應由誰來發現?”的確,在我們日常檢查測量結果和不確定度報告時,或者檢查實驗室文件的過程中,經常會發現不少問題或錯誤,如果這些問題沒有及時被糾正,當然會造成用戶解讀報告時的問題。
通常發現的錯誤有以下幾種：
●未包括測量不確定度,或測量不確定度信息不完整、不正確或未正確修約;
●使用的術語錯誤;
●打印錯誤未修改;
●單位轉換錯誤;
●使用了錯誤的單位和符號,或單位使用不一致。
我們把這些錯誤比喻成“黑點”。對于顧客來說,一張干凈的紙上若有個黑點是非常明顯的。如果存在這種“黑點”,盡管我們報告中的其他信息都是正確無誤的,顧客也一定會記住這個瑕疵。報告中的錯誤信息將給顧客造成混亂或者引發錯誤的決定,通常都會帶來嚴重后果。所以,“黑點”會損壞實驗室的信譽。
我們在日常生活中和新聞報道中也能了解到很多有關“黑點”的事件,以下是兩起較大的事故:
●1998年,由于未能正確地表達要求并完成兩種測量系統間的單位轉換,美國國家宇航局的一顆火星氣候軌道探測衛星與控制系統失聯。
●2003年,東京迪士尼游樂園發生過一起太空過山車事故,經調查發現是由于過山車軸和軸承指標的米制單位轉換以及人為失誤導致的一個嚴重問題。當時該游樂園過山車用的是米制單位的軸和軸承,但運行一段時間之后按例行檢修要求更換軸承時,替換的卻不是按SI單位設計尺寸的軸承,而是之前按非米制單位尺寸設計的產品,相關人員沒有察覺。在隨后的運行中,由于軸與軸承之間存在過大的縫隙,造成的額外震動和壓力使軸發生斷裂,過山車發生脫軌。所幸當時沒有造成游客傷亡。
文件控制、版本控制和存檔記錄是確保相關人員了解整個階段相關變更的重要工具。實驗室文件控制不符合要求,比如校準證書模板出現問題,通常可能是造成發給顧客的校準證書出現“黑點”的根本原因。
避免在證書中出現“黑點”是確保正確表示測量數據的根本。在檢查證書時及時糾正打印錯誤、語法錯誤、術語錯誤和完整性問題,確保使用正確的計量單位和符號,這些都是至關重要的。