測(cè) 量 不 確 定 度
科
普
篇
測(cè)量不確定度是與測(cè)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(cè)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)(GUM)中定義了獲得不確定度的不同方法,。
定 義
測(cè)量不確定度是“表征合理地賦予被測(cè)量之值的分散性,,與測(cè)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(duì)測(cè)量的影響所做的修正,,特別是測(cè)量應(yīng)處于統(tǒng)計(jì)控制的狀態(tài)下,,即處于隨機(jī)控制過程中,。也就是說,,測(cè)量是在重復(fù)性條件(見JJF1001-2011《通用計(jì)量術(shù)語(yǔ)及定義》第5.14條,,本文×.×條均指該規(guī)范的條款號(hào))或復(fù)現(xiàn)性條件(見5.15條)下進(jìn)行的,此時(shí)對(duì)同一被測(cè)量做多次測(cè)量,,所得測(cè)量結(jié)果的分散性可按5.17條的貝塞爾公式算出,,并用重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)〔偏〕差sr或復(fù)現(xiàn)性標(biāo)準(zhǔn)〔偏〕差sR表示,。
定義中的“相聯(lián)系",,意指測(cè)量不確定度是一個(gè)與測(cè)量結(jié)果“在一起"的參數(shù),,在測(cè)量結(jié)果的完整表示中應(yīng)包括測(cè)量不確定度,。
通常測(cè)量結(jié)果的好壞用測(cè)量誤差來衡量,,但是測(cè)量誤差只能表現(xiàn)測(cè)量的短期質(zhì)量,。測(cè)量過程是否持續(xù)受控,測(cè)量結(jié)果是否能保持穩(wěn)定一致,,測(cè)量能力是否符合生產(chǎn)盈利的要求,就需要用測(cè)量不確定度來衡量,。測(cè)量不確定度越大,,表示測(cè)量能力越差,;反之,,表示測(cè)量能力越強(qiáng),。不過,不管測(cè)量不確定度多小,,測(cè)量不確定度范圍必須包括真值(一般用約定真值代替),否則表示測(cè)量過程已經(jīng)失效,。
原 理
測(cè)量不確定度從詞義上理解,,意味著對(duì)測(cè)量結(jié)果可信性、有效性的懷疑程度或不肯定程度,,是定量說明測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量的一個(gè)參數(shù),。實(shí)際上由于測(cè)量不完善和人們的認(rèn)識(shí)不足,所得的被測(cè)量值具有分散性,,即每次測(cè)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,,但由于我們不能*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(cè)量不確定度就是說明被測(cè)量之值分散性的參數(shù),,它不說明測(cè)量結(jié)果是否接近真值。
為了表征這種分散性,,測(cè)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(cè)量結(jié)果的置信區(qū)間,因此,,在本定義注1中規(guī)定:測(cè)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。 [1]
來 源
在實(shí)踐中,測(cè)量不確定度可能來源于以下10個(gè)方面:
⑴對(duì)被測(cè)量的定義不完整或不完善,;
⑵實(shí)現(xiàn)被測(cè)量的定義的方法不理想,;
⑶取樣的代表性不夠,,即被測(cè)量的樣本不能代表所定義的被測(cè)量,;
⑷對(duì)測(cè)量過程受環(huán)境影響的認(rèn)識(shí)不周全,,或?qū)Νh(huán)境條件的測(cè)量與控制不完善;
⑸對(duì)模擬儀器的讀數(shù)存在人為偏移,;
⑹測(cè)量?jī)x器的計(jì)量性能的局限性,。測(cè)量?jī)x器的不準(zhǔn)或測(cè)量?jī)x器的分辨力、鑒別力不夠,;
⑺賦與計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的值和參考物質(zhì)(標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì))的值不準(zhǔn),;
⑻引用于數(shù)據(jù)計(jì)算的常量和其它參量不準(zhǔn);
⑼測(cè)量方法和測(cè)量程序的近似性和假定性,;
⑽在表面上看來*相同的條件下,,被測(cè)量重復(fù)觀測(cè)值的變化。
由此可見,,測(cè)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(cè)量不確定度一般由許多分量組成,,其中一些分量可以用測(cè)量列結(jié)果(觀測(cè)值)的統(tǒng)計(jì)分布來進(jìn)行估算,并且以實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)〔偏〕差(見5.17條)表征,;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)理解為都貢獻(xiàn)給了分散性,。若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(yǔ),。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,。
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