1、測量不確定度測量不確定度是與測量結(jié)果關(guān)聯(lián)的一個(gè)參數(shù),用于表征合理賦予被測量的值的分散性.它可以用于“不確定度方式,也可以是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差 或其給定的倍數(shù) 或給定置信度區(qū)間的半寬度.該參量常由很多分量組成,它的表達(dá)GUMGUM中定義了獲得不確定度的不同方法.測量不確定度是“表征合理地賦予被測量之值的分散性,與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù).這個(gè)定義中的“合理,意指應(yīng)考慮到各種因素對測量的影響所做的修正,特別是測量應(yīng)處于統(tǒng)計(jì)限制的狀態(tài)下,即處于隨機(jī)限制過程中.定義中的“相聯(lián)系,意指測量不確定度是一個(gè)與測量結(jié)果“在一起的參數(shù),在測量結(jié)果的完整表示中應(yīng)包括測量不確定度.通常測量結(jié)果的好壞用測量誤差來衡量,但是測量

2、誤差只能表現(xiàn)測量的短期質(zhì)量.測量過程是否持續(xù)受控,測量結(jié)果是否能保持穩(wěn)定一致,測量水平是否符合生產(chǎn)盈利的要求,就需要用測量不確定度來衡量.測量不確定度越大,表示測量水平越差； 反之,表示測量水平越強(qiáng).不過,不管測量不確定度多小,測量不確定度范圍必須包括真值一般用約定真值代替,否那么表示測量過程已經(jīng)失效.原理測量不確定度從詞義上理解,意味著對測量結(jié)果可信性、有效性的疑心程度或不肯定程度,是定量說明測量結(jié)果的質(zhì)量的一個(gè)參數(shù).實(shí)際上由于測量不完善和人們的熟悉缺乏,所得的被測量值具有分散性,即每次測得的結(jié)果不是同一值,而是以一定的概率分散在某個(gè)區(qū)域內(nèi)的許多個(gè)值.雖然客觀存在的系統(tǒng)誤差是一個(gè)不變值,但由

3、于我們不能完全認(rèn)知或掌握,只能認(rèn)為它是以某種概率分布存在于某個(gè)區(qū)域內(nèi),而這種概率分布本身也具有分散性.測量不確定度就是說明被測量之值分散性的參數(shù),它不說明測量結(jié)果是否接近真值.為了表征這種分散性,測量不確定度用標(biāo)準(zhǔn)偏差表示.在實(shí)際使用中,往往希望知道測量結(jié)果的置信區(qū)間,因此,在本定義注 1 1 中規(guī)定：測量不確定度也可用標(biāo)準(zhǔn)偏差的倍數(shù)或說明了置信水準(zhǔn)的區(qū)間的半寬度表示.為了區(qū)分這兩種不同的表示方法,分別稱它們?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度.11特點(diǎn)測量結(jié)果測量的目的是為了確定被測量的量值.測量結(jié)果的品質(zhì)是量度測量結(jié)果可信程度的最重要的依據(jù).測量不確定度就是對測量結(jié)果質(zhì)量的定量表征,測量結(jié)果的可用

4、性很大程度上取決于其不確定度的大小.所以,測量結(jié)果表述必須同時(shí)包含賦予被測量的值及與該值相關(guān)的測量不確定度,才是完整并有意義的.表征合理地賦予被測量之值的分散性、與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù),稱為測量不確定度.字典中不確定度(uncertainty(uncertainty)的定義為“變化、 不可靠、 不確知、 不確定.因此,廣義上說,測量不確定度意味著對測量結(jié)果可信性、有效性的疑心程度或不肯定程度.實(shí)際上,由于測量不完善和人們熟悉的缺乏,所得的被測量值具有分散性,即每次測得的結(jié)果不是同一值,而是以一定的概率分散在某個(gè)區(qū)域內(nèi)的多個(gè)值.雖然客觀存在的系統(tǒng)誤差是一個(gè)相對確定的值,但由于我們無法完全認(rèn)知或掌

5、握它,而只能認(rèn)為它是以某種概率分布于某區(qū)域內(nèi)的,且這種概率分布本身也具有分散性.測量不確定度正是一個(gè)說明被測量之值分散性的參數(shù),測量結(jié)果的不確定度反映了人們在對被測量值準(zhǔn)確熟悉方面的缺乏.即使經(jīng)過對已確定的系統(tǒng)誤差的修正后,測量結(jié)果仍只是被測量值的一個(gè)估計(jì)值,這是由于,不僅測量中存在的隨機(jī)效應(yīng)將產(chǎn)生不確定度,而且,不完全的系統(tǒng)效應(yīng)修正也同樣存在不確定度.原來流量量傳體系中要求上一級標(biāo)準(zhǔn)器的允許誤差需小于下一級標(biāo)準(zhǔn)器的 1/21/21/31/3,不確定度理論的開展使得大家認(rèn)可測量結(jié)果的不確定度按不確定度評定方法進(jìn)行分析,當(dāng)被測儀器重復(fù)性很好且測量過程得到較好限制時(shí),兩級標(biāo)準(zhǔn)器不確定度的差異可能會

6、相差無幾,這樣就大大減少了傳遞過程中精度的損失,使得量值傳遞體系更為合理.不確定度與誤差概率論、線性代數(shù)和積分變換是誤差理論的數(shù)學(xué)根底,經(jīng)過幾十年的開展,誤差理論已自成體系.實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差是分析誤差的根本手段,也是不確定度理論的根底.因此從本質(zhì)上說不確定度理論是在誤差理論根底上開展起來的,具根本分析和計(jì)算方法是共同的.但在概念上存在比擬大的差異.測量不確定度說明賦予被測量之值的分散性,是通過對測量過程的分析和評定得出的一個(gè)區(qū)間.測量誤差那么是說明測量結(jié)果偏離真值的差值.不確定度評定用對觀測列的統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)行評定得出的標(biāo)準(zhǔn)不確定度稱為 A A 類標(biāo)準(zhǔn)不確定度,用不同于對觀測列的統(tǒng)計(jì)分析來評定的標(biāo)準(zhǔn)不確

7、定度稱為 B B 類標(biāo)準(zhǔn)不確定度.將不確定度分為“A A類與“B B類,僅為討論方便,并不意味著兩類評定之間存在本質(zhì)上的區(qū)別,A A 類不確定度是由一組觀測得到的頻率分布導(dǎo)出的概率密度函數(shù)得出： B B類不確定度那么是基于對一個(gè)事件發(fā)生的信任程度.它們都基于概率分布,并都用方差或標(biāo)準(zhǔn)差表征.兩類不確定度不存在那一類較為可靠的問題.一般來說,A A 類比 B B 類較為客觀,并具有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的嚴(yán)格性.測量的獨(dú)立性、是否處于統(tǒng)計(jì)限制狀態(tài)和測量次數(shù)決定 A A 類不確定度的可靠性.“A A、 BB兩類不確定度與“隨機(jī)誤差與“系統(tǒng)誤差的分類之間不存在簡單的對應(yīng)關(guān)系.“隨機(jī)與“系統(tǒng)表示誤差的兩種不同的性質(zhì)

8、,“A A類與“B B類表示不確定度的兩種不同的評定方法.隨機(jī)誤差與系統(tǒng)誤差的合成是沒有確定的原那么可遵循的,造成對實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理時(shí)的差異和混亂.而 A A 類不確定度與 B B 類不確定度在合成時(shí)均采用標(biāo)準(zhǔn)不確定度,這也是不確定度理論的進(jìn)步之原因在實(shí)踐中,測量不確定度可能來源于以下 1010 個(gè)方面：對被測量的定義不完整或不完善；實(shí)現(xiàn)被測量的定義的方法不理想；取樣的代表性不夠,即被測量的樣本不能代表所定義的被測量；對測量過程受環(huán)境影響的熟悉不周全,或?qū)Νh(huán)境條件的測量與限制不完善；對模擬儀器的讀數(shù)存在人為偏移；測量儀器的計(jì)量性能的局限性.測量儀器的不準(zhǔn)或測量儀器的分辨力、鑒別力不夠；賦與計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)

9、的值和參考物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的值不準(zhǔn)；引用于數(shù)據(jù)計(jì)算的常量和其它參量不準(zhǔn)；測量方法和測量程序的近似性和假定性；在外表上看來完全相同的條件下,被測量重復(fù)觀測值的變化.來源由此可見,測量不確定度一般來源于隨機(jī)性和模糊性,前者歸因于條件不充分,后者歸因于事物本身概念不明確.這就使得測量不確定度一般由許多分量組成,其中一些分量可以用測量列結(jié)果觀測值的統(tǒng)計(jì)分布來進(jìn)行估算,而另一些分量可以用其它方法根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或其它信息的假定概率分布來進(jìn)行估算,并且也以標(biāo)準(zhǔn)偏差表征.所有這些分量,應(yīng)理解為都奉獻(xiàn)給了分散性.假設(shè)需要表示某分量是由某原因?qū)е聲r(shí),可以用隨機(jī)效應(yīng)導(dǎo)致的不確定度和系統(tǒng)效應(yīng)導(dǎo)致的不確定度,而不要用“隨機(jī)不確定

10、度和“系統(tǒng)不確定度這兩個(gè)業(yè)已過時(shí)或淘汰的術(shù)語.例如： 由修正值和計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)帶來的不確定度分量,可以稱之為系統(tǒng)效應(yīng)導(dǎo)致的不確定度.結(jié)果不確定度當(dāng)由方差得出時(shí),取其正平方根.當(dāng)分散性的大小用說明了置信水準(zhǔn)的區(qū)間的半寬度表示時(shí),作為區(qū)間的半寬度取負(fù)值顯然也是毫無意義的.當(dāng)不確定度除以測量結(jié)果時(shí),稱之為相對不確定度,這是個(gè)無量綱量,通常以百分?jǐn)?shù)或 1010 的負(fù)數(shù)幕表示.熟悉過程在測量不確定度的開展過程中,人們從傳統(tǒng)上理解它是“表征或說明被測量真值所處范圍的一個(gè)估計(jì)值或參數(shù)；也有一段時(shí)期理解為“由測量結(jié)果給出的被測量估計(jì)值的可能誤差的度量.這些曾經(jīng)使用過的定義,從概念上來說是一個(gè)開展和演變過程,它們涉及

11、到被測量真值和測量誤差這兩個(gè)理想化的或理論上的概念 實(shí)際上是難以操作的未知量,而可以具體操作的那么是現(xiàn)定義中測量結(jié)果的變化,即被測量之值的分散性.早在七十年代初,國際上已有越來越多的計(jì)量學(xué)者熟悉到使用“不確定度代替“誤差更為科學(xué),從此,不確定度這個(gè)術(shù)語逐漸在測量領(lǐng)域內(nèi)被廣泛應(yīng)用.19781978 年國際計(jì)量局提出了實(shí)驗(yàn)不確定度表示建議書 INC-1INC-1.19931993 年制定的?測量不確定度表示指南?得到了 BIPMOIMLISOBIPMOIMLISO、IECIEC、IUPACIUPAPIFCCIUPACIUPAPIFCC 七個(gè)國際組織的批準(zhǔn),由ISISO O出版,是國際組織的重要文獻(xiàn)

12、.中國也已于1991999 9年公布了與之兼容的測量不確定度評定與表示計(jì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn).至此,測量不確定度評定成為檢測和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室必不可少的工作之一.意義測量不確定度是一個(gè)新的術(shù)語,它從根本上改變了將測量誤差分為隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差的傳統(tǒng)分類方法,它在可修正的系統(tǒng)誤差修正以后,將余下的全部誤差劃分為可以用統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算的A A 類分量和其他方法估算的出類分量兩類誤差.A A 類分量是用屢次重復(fù)測量以統(tǒng)計(jì)方法算出的標(biāo)準(zhǔn)偏差來表征,而B B類分量是用其他方法估計(jì)出近似的“標(biāo)準(zhǔn)偏差u u 來表征,并可像標(biāo)準(zhǔn)偏差那樣去處理 uouo 假設(shè)上述分量彼此獨(dú)立,通常可用方差合成的方法得出合成不確定度的表征值.由于不確定度是未定誤差的特征描述,故不能用于修正測量結(jié)果.44不確定度不確定