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          什么是測量不確定度?

          更新時間:2021-06-04 10:43:02點擊次數:369次
          測量是科學技術、工農業生產 、國內外貿易以致日常生活各個領域中不可缺的一項工作。測量的目的是確定被測量的值并獲取測量結果。測量結果的質量往 往會直接影響國家和企業的經濟利益,測量結果的質量也是科學實驗成敗的重 要因素之一 。因此在報告測量結果時,必須對其質量給出定量的說明 。以確定測量結果的可信程度 。 測量不確定度,是近年來對測量結果的誤差表述。大家知道,任何測量都不可能絕對準確,都必然有誤差,而誤差也...

          測量是科學技術、工農業生產 、國內外貿易以致日常生活各個領域中不可缺的一項工作。測量的目的是確定被測量的值并獲取測量結果。測量結果的質量往 往會直接影響國家和企業的經濟利益,測量結果的質量也是科學實驗成敗的重 要因素之一 。因此在報告測量結果時,必須對其質量給出定量的說明 。以確定測量結果的可信程度 。

          測量不確定度,是近年來對測量結果的誤差表述。大家知道,任何測量都不可能絕對準確,都必然有誤差,而誤差也不可能準確知道。因此測量不確定度是對被測量的真值所處范圍的評定結果,所以在進行測量的說明和使用測量結果時,都必須考慮測量不確定度。

          根據國家計量技術規范:JJF1059-2012《測量不確定度評定與表示》中定義是:“表征合理地賦予被測量之值的分散性,與測量結果相聯系的參數”。

          此參數可以是諸如標準偏差,或其倍數,或說明了置信水平的區間的半寬度。

          測量不確定度由多個分量組成。其中一些分量可用測量列結果的統計分析估算,并用實驗標準偏差表征。另一些分量則可用基于經驗或其它信息的假定概率分布估算,也可用標準偏差表征。

          測量結果應理解為被測量之值的最佳估計,而所有的不確定度分量均貢獻給了分散性,包括那些由系統效應引起的(如與修正值和參考標準有關的)分量。

          這就是說,測量不確定度是一個估計值,用它來表征被測量真值所處的量值范圍。換言之,它表示測量結果附近的一個范圍或區間,而被測量真值以一定的概率落于其中。所以,它是對測量結果質量優劣的一種評定:測量結果愈接近真值,其質量愈高,則測量不確定度愈小,反之,測量結果愈遠離真值,其質量愈低,則測量不確定度愈大。

          從計量學的觀點看,一切測量結果不但要附有計量單位,而且還必須附有測量不確定度,才算是完整的測量報告,沒有單位的數據不能表征被測量的大小,沒有不確定度的測量結果不能判定測量技術的水平和測量結果的質量,從而失去或減弱測量結果的可比性。

          “測量不確定度”是合理地表征被測量分散程度的一個參數。它與誤差緊密相連但卻有區別:

          測量誤差定義為測量結果與其真值之差,這是一個理想化的概念,因它的真值常常不能確切地知道,假如知道它的修正值(或更精確的近似值),則可修正該測量結果,使其更接近真值。

          測量不確定度是對影響產生誤差的分散性的估計,即它是用以表示測量結果分散區間的量值,也就是描述未定誤差特征的量值,是可以用估計方法求出的。“不確定度”不是指具體的、確切的誤差值,雖可估計出,但卻不能用于修正量值。

          一、測量誤差與測量不確定度的主要區別

          序號

          測量誤差

          測量不確定度

          1

          有正號或負號的量值,其值為測量結果減去被測量的真值。

          無符號的參數,用標準差或標準差的倍數或置信區間的半寬表示

          2

          以真值為中心,說明測量結果與真值的差異程度。(表明測量結果偏離真值)

          以測量結果為中心,評估測量結果與被測量【真】值相符合的程度。(表明被測量值的分散性)

          3

          客觀存在,不以人的認識程度而改變

          與人們對被測量、影響量及測量過程的認識有關

          4

          由于真值未知,往往不能準確得到,當用約定真值代替真值時,可以得到其估計值

          可以由人們根據實驗、資料、經驗等信息進行評定,從面是可以定量確定。評定方法有A,B兩類

          5

          按性質可分為隨機誤差和系統誤差兩類,按定義隨機誤差和系統誤差都是無窮多次測量情況下的理想概念

          不確定度分量評定時一般不必區分其性質,若需要區分時應表述為:“由隨機效應引入的不確定度分量”和“由系統效應引入的不確定度分量”

          6

          已知系統誤差的估計值時可以對測量結果進行修正,得到已修正的測量結果

          不能用不確定度對測量結果進行修正,在已修正測量結果的不確定度中應考慮修正不完善而引入的不確定度

          二、不確定度相關聯詞的定義

          1.標準不確定度:

          用標準偏差表示的測量結果的不確定度,稱為標準不確定度。

          按照估計方法的不同,它可分為兩類:用統計方法計算者,稱為A類標準不確定度,或稱為標準不確定度的A類估算法;不同于A類的其它方法計算者,稱為B類標準不確定度,或稱為標準不確定度的B類估算法。

          將標準不確定度區分為A類和B類的目的,只說明計算方法的不同,以便于研究,并非表明兩種方法得到的分量在本質上存在差異,兩種方法均基于概率分布。

          2.合成標準不確定度:

          根據其它一些量值的測量結果的標準不確定度求出被測結果的標準不確定度,它等于各項分量標準不確定度的平方和的正平方根,即通常所說的方和根。

          3.擴展不確定度,又稱總不確定度:

          是指定義測量結果區間的有關量,即被測量的值以某一可能性(即置信水平)落入該區間中。擴展不確定度一般是該區間的半寬,我們過去常說誤差界限與此類似。

          4.覆蓋因子:

          為獲得控制不確定度,作為合成標準不確定度乘數的數字因子。亦可以說,它是擴展不確定度與合成標準不確定度的比值,過去用3σ表示極限誤差,其中的“3”有些類似于覆蓋因子。

          三、測量不確定度的分類

          1、按測量不確定度的表示方法分為:

          a.標準不確定度;

          b.合成標準不確定度;

          c.擴展不確定度。

          2、用統計方法評定的不確定度分量和用其它方法評定的不確定度分量,將不確定度分為:

          a.A類不確定度;B類不確定度。

          b.A類、B類不確定度計算方法都基于概率分布,用統計方法或用其它方法得到的不確定度分量都可用標準偏差或方差定量表示。

          在實際應用中,不應將不確定分量分為“隨機不確定度”和“系統不確定度”。不確定度的這種分類是含糊的,應盡量避免。在一次測量中不確定度的“隨機分量”或“隨機不確定度”在第一次測量結果中作為輸入數據使用,而在另一次測量中可能成為不確定度的“系統”分量,得出“系統不確定度”。所以,一般只要求對不確定度的評定方法進行分類,而不是對不確定度本身進行劃分,兩類不確定度合成后乘以包含因子,得到擴展不確定度,也就是總的不確定度。

          為了確保測量不確定度在允許的范圍內,并與被測參數所要求的測量能力相一致,通過測量設備的測量不確定度的分析、評定,實施測量不確定度的有效控制,達到指導進行測量設備配備,實施檢測能力的目的。

          四、哪些方面需進行不確定度分析

          1、公司計量標準的建立,復查審核,必須對標準的測量不確定度進行分析、評定,并寫出建標或標準復查的技術報告。

          2、新產品投產前,必須編制計量器具配備計劃,對產品的關鍵參數的工藝、質量檢測進行不確定度分析。

          3、客戶要求對所出具的檢測數據給出不確定度分析時,需進行不確定度分析。

          4、如果檢測數據不作評定產品或服務質量的最終憑據,或測量精度要求不高,可根據實際需要進行不確定度分析。分析時,可參照《測量設備選用指南》提供的方法進行粗略分析。

          5、能源、經營、安全環保和工業衛生有關參數的檢測中測量設備計劃編制工作時,一般不進行分析。如果所配的測量設備明顯偏離有關技術標準的要求,或者要求進行不確定度分析時,應進行不確定度的分析。

          6、當采用低值易耗,一次性檢定的測量設備進行檢測時,除非特殊要求可不進行不確定度分析。

          五、影響測量不確定度的因素

          測量中產生誤差的因素很多,也就是說,影響測量不確定度的因素很多,這些因素有:

          1.儀器的誤差;

          2.測量標準帶來的誤差;

          3.被測對象本身造成的誤差;

          4.環境的誤差;

          5.測量方法帶來的誤差;

          6.操作者帶來的誤差。

          這些誤差中,有些已明顯的可以估計,有些尚不清楚,有的可以忽略不計。對于那些已被明顯的確認了的誤差因素,在估計測量不確定度時,必須予以充分考慮。

          六、測量不確定度的來源

          1.被測量的定義不完善;

          2.被測量定義復現不理想;

          3.測量樣本不能代表定義的被測量;

          4.沒有充分了解環境條件對測量過程的影響,或環境條件測量不完善;

          5.模擬或儀表讀數時有人為偏移;

          6.測量標準或標準物質的值不準確;

          7.儀器分辨率或鑒別力閾有限;

          8.根據外部源得出并在數據簡化計算中使用常數及其它參數不準確;

          9.測量方法和測量過程中引入的近似值及假設;

          10.在同一條件下被測量重復測量值中的變化。

          上述各不確定度來源之間可能互不相關,亦可相關。當總的不確定度明顯危及在誤差極限內進行測量的能力時,應采取下列措施:

          1、改變檢測方法。比如,引進更為先進的測量方法。

          2、引進能滿足檢測能力的測量設備或外來服務或外借測量設備進行檢測。

          3、縮短溯源鏈,提高標準器的等級。

          4、縮短測量設備的確認間隔,滿足測量設備的檢測能力。

          5、改善測量設備的檢測環境條件及使用環境條件。

          6、與客戶協商,探討讓步的可能性,爭取客戶的讓步。

          測量不確定度,在生產、經營、能源、安全環保、工業衛生的計量檢測當中,都時時存在,通過對測量設備的配備,實施檢測以及在說明和使用檢測結果時對不確定度進行分析,是對測量設備的測量給出接近真值的響應能力能否滿足種類需要的一種評定。

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