測量不確定度的概念知識

1、測量不確定度的概念知識1、什么是測量？1）測量告知我們關(guān)于某物的屬性。測量總是用某種儀器來實現(xiàn)的。2）測量結(jié)果：通常兩局部組成：一個數(shù)和一個測量單位。2、什么是測量不確定度？1）測量不確定度是對任何測量的結(jié)果存有懷疑。2）測量不確定度的表述：由于對任何測量總是存在懷疑的余量，所以我們需要回答“余量有多大？ ”和“懷疑有多差？ ”3）如何給不確定度定量？需要有兩個數(shù)：1）余量（或稱區(qū)間）的寬度；2）置信概率，說明我們對“真值“ 在該余量范圍內(nèi)有多大把握。如：繩子長度：200cm 1cm,置信概率為95%3、誤差就是不確定度嗎？1）誤差是不確定度嗎？不是！2）不要混淆術(shù)語“誤差”和“不確定度”是很

2、重要的。3）誤差：是某待測物的測得值與“真值”之間的差。不確定度：是定量表示對測量結(jié)果的懷疑程度。無論何時我們都可能試圖去修正任何的誤差。但我們不可能修正不確定度。任何我們不知/不確定的誤差是不確定度的來源3、為什么測量不確定度是重要的？1）做質(zhì)量好的測量&并要了解結(jié)果。2）但還有更重要因素：.校準-必須在證書上報告測量不確定度。.檢測-需要測量不確定度來確定合格與否。.允差-在你能確定是否符合允差以前，你需要知道不確定度?；蛘吣憧赡苄枰喿x或了解校準證書或者檢測或測量的書面技術(shù)規(guī)范。.自動測試系統(tǒng)指標4、測量概念測量量（Measurand）:測量對象確實切量值重復(fù)性（Repeatibilit

3、y）：在相同測試條件下，反復(fù)測試所的結(jié)果的發(fā)散性。復(fù)現(xiàn)性（Reproducibility）：在改變測試條件下，反復(fù)測試結(jié)果之間的一致性。真值（True Value）：在理想測試條件下，測量量的值。（現(xiàn)實中真值并不存在）誤差（Error）：測試結(jié)果和測量量真實值之間的差異。5、測量中的不確定度類型6、什么不是測量不確定度？1）操作人員失誤2）允差：允差是對工藝或產(chǎn)品所選定的允許級限值。實際能給出的是 系統(tǒng)誤差的估計； 可用于修正結(jié)果，符號相反 修正值=負的系 統(tǒng)誤差。在同一量的屢次測量過程中，保持固定或以可預(yù) 知方式變化的測量誤差分量。為區(qū)間量。Yy估有Yy22總體均值測得值的概率密度曲線口 -

4、 K Ot Uyi11 + K O測得值y測量誤差示意圖隨機誤差誤差系統(tǒng)誤差測得值真值三、測量準確度1、測量準確度：測量結(jié)果與被測量真值之間的一致程度。只是一個定性的概念，不可定量描述。定性意味著可以用準確度高低、準確度為0.25級、準確度為2等及準確度符合義X標準等說法來定性地表示測量質(zhì)量。實際上，準確度可以認為是一個通稱。各種形式的擴展不確定度及相對擴展不確定度，包括測量誤差以及相對誤差等，都是定量表達的形式。大測量儀器中給出準確度，實際上是指示值誤差限或MP E；大計量標準、測量裝置、系統(tǒng)的不確定度就是由他們所提供的量值或所給出的測量結(jié)果的不確定度3）技術(shù)條件：技術(shù)條件告訴的是對產(chǎn)品你可

5、以期望什么。技術(shù)條件可 能又很寬的范圍，包括非技術(shù)”的質(zhì)量工程，比方它的外觀。4）準確度：”準確度“是一個定性的術(shù)語（如你可能說，測量是準確“的 或”不準確的）。不確定度那么是個定量的術(shù)語。當引用了土 “符號時，就 可稱其為不確定度，但不會是準確度。5）誤差：雖然過去在詞組中兩詞替換實用是很普遍的，像”誤差分析“。6）統(tǒng)計分析：統(tǒng)計學可以用來得出各類結(jié)論，而這些結(jié)論本身并不告 知我們?nèi)魏侮P(guān)于不確定度的什么。不確定度分析只是統(tǒng)計學的一種應(yīng)用。7、估計不確定度的兩種方法1）無論你的不確定度來源是什么，總有兩種方法來估計他們：“A類”評定和 “B類”評定。2）對大局部測量情況，這兩類不確定度評定都是

6、需要的。8、評估不確定度的8個步驟1. 1）確定你從測量需要的出什么：建立各個測試參數(shù)和最終測試結(jié)果的關(guān)系（公式）。即為了得到產(chǎn)生最終結(jié)果，要決定需要什么樣的實際測量，并通過怎 樣的公式計算得到最終結(jié)果。2.2）實施所需要的測量。3.3）估計供給最終結(jié)果的各輸入量的不確定度。要以相同的條件表示所有的 不確定度。4.4）確定各輸入量的誤差是否彼此不相關(guān)。如果你認為有相關(guān)的，那就需要 某些額外的計算和信息。5.5）計算你的測量結(jié)果（包括像校準等事的修正值）6.6）根據(jù)所有各個方面情況求合成標準不確定度。7.7）用包含因子，與不確定度范圍的大小一起，表述不確定度，并說明置信 概率。8.8）寫下測量結(jié)

7、果和不確定度，并說明你是如何得到它們的。9、標準不確定度的評估方法步驟和合成公式1、測量以確定量值為目的的一組操作。測量有時也稱計量2、測量結(jié)果由測量所得到的賦予被測量的值在測量結(jié)果的完整表述中應(yīng)包括測量不確定度3、真值與給定的特定量的定義一致的值。4、約定真值對于給定目的具有適當不確定度的、賦予特定量的值有時該值是約定采用的。在給定地點 由參考標準復(fù)現(xiàn)而賦予該量的值常數(shù)委員會推薦的常數(shù) 如光速、阿佛加德羅常數(shù)等。5、（測量）誤差測量結(jié)果減去被測量的真值。由于真值不能確定 實際上用的是約定真值。6、系統(tǒng)誤差在重復(fù)條件下對同一被測量進行無限屢次測量所得結(jié)果的平均值與被測量的真值之差。7、隨機誤差

8、測量結(jié)果與在重復(fù)條件下對同一被測量進行無限屢次測量所得結(jié)果的平均值之差。隨機誤差誤差系統(tǒng)誤差。因為測量只能進行有限次數(shù)故此可能確定的只是隨機誤差的估計值。8、測量準確度測量結(jié)果與被測量的真值之間的一致程度。準確度是一個定性的概念。9、測量不確定度用于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)。測量不確定度可以是標準偏差或其倍數(shù)、或說明了置信水平的區(qū)間的半寬度。測量不確定度由多個分量組成。其中一些分量可以用測量結(jié)果的統(tǒng)計分布估算 另一些分量可以用基于經(jīng)驗或其它信息的假定概率分布估算。測量結(jié)果應(yīng)理解為被測量之值的最正確估計而所有不確定度分量均貢獻給了分散性 包括那些由系統(tǒng)效應(yīng)引起的分

9、量。10、標準不確定度以標準偏差表示的測量不確定度11、合成標準不確定度當測量結(jié)果是由多個分量求得時 按照各分量的方差和協(xié)方差求得的標準不確定。12、不確定A類評定用對觀測列進行統(tǒng)計分析的方法來評定標準不確定度。13、不確定B類評定用不同于對觀測列進行統(tǒng)計分析的方法來評定標準不確定度。工程檢定：定義 查明和確認計量器具是否符合法定要求的程序 它包括檢查、加標記和或出具檢定測 量系統(tǒng)所指示的量值 或?qū)嵨锪烤呋騾⒖嘉镔|(zhì)所代表的值 與對應(yīng)的由標準所復(fù)現(xiàn)的量值 之間關(guān)系的一組操作法制性檢定分強制檢定和非強制檢定但都要依法管理校準：校準是企業(yè)自愿進行的一種量值溯源 不具有法制性目的判斷計量器具是否符合定

10、 要求。技術(shù)要求和法制管理的要求 對應(yīng)于量值傳遞。確定計量器具的示值誤差 確保計量 器具給出準確度的量值。對應(yīng)于量值溯源。依據(jù)必須依據(jù)檢定規(guī)程 可以依據(jù)校準規(guī)范 也 可以參照檢定規(guī)程 也可以雙方商定校準方法結(jié)論：必須判定計量器具是否合格并出具檢定證書或不合格通知書不判斷計量器具是否 合格 必要時可給出某計量性能是否符合預(yù)期的要求，檢定周期 根據(jù)檢定規(guī)程給出檢定周 期。在正常使用的情況下 給出的合格性由政府擔保在有效期內(nèi)有效。一般不給校準周期 (有時也可以建議一個有效期)校準結(jié)果只說明校準時計量器具所復(fù)現(xiàn)的量值。不確定度 一般無需給出不確定評定報告必須給出測量結(jié)果的不確定度報告14測量儀器的穩(wěn)定

11、性 測量儀器保持其計量特性隨時間恒定的能力。測量儀器的重復(fù)性在相同條件下重復(fù)測量同一個被測量測量儀器提供的相近示值的能力。條件包括 相同的測量程序、相同的觀測者、相同的測量設(shè)備、相同的地點、短時間內(nèi)重復(fù)。測量重復(fù)性可以用示值的分散性定量地表示。計量標準的穩(wěn)定性 指計量標準的復(fù)現(xiàn)性 主要考核標準在規(guī)定的環(huán)境條件改變下述條件時同一被測量的測量結(jié)果之間的符合程度。改變的條件有測量方法、觀測者、使用條件、時間等穩(wěn)定性考核方法 在一年內(nèi)每隔一定時間 對同一核查標準或穩(wěn)定的被測計量器具測量一次每次測量n n6 個觀測值共測量m次通過一定的算法計算得到穩(wěn)定性指標Sm 要求S m 6 次 計算其算術(shù)平均值的實

12、驗標準偏差S 要求S2/3uc。15L測量結(jié)果的誤差真值系統(tǒng)誤差總體平均值測得值誤差隨機誤差u ko tuyu +ko測得值的概率密度曲線2 ,測量結(jié)果的準確度測量結(jié)果與被測量的真值之間的一致程度。由于不可能知道真值確實切大小 因此準確度就成為了一個定性的概念既然是定性的概念就不應(yīng)該將其量化所謂定性 可以說 準確度高低、準確度為1級、準確度為3等、準確度符合xx標準、準確度為0.25級等盡量不要用如下表示 準確度為0.25、0.5mm、1 m等定量的概念目前某些儀器的說明書或技術(shù)規(guī)范中給出的準確度 指的是儀器的最大允許誤差。精度、精確度、精密度在國際通用計量學基本術(shù)語(VIM)第二版和JJF1

13、001.1998通用計量術(shù)語與定義中已經(jīng)不再定義因此建議大家不要再使用。3 .測量誤差與測量不確定度的主要區(qū)別序號內(nèi)容測量誤差測量不確定度1定義說明測量結(jié)果偏離真值的程度是一個確定的值說明被測量之值的分散性 是一個區(qū)間。用標準偏差、標準偏差的倍數(shù) 或說明了置信水準的區(qū)間的半寬度來表示。2分類按照出現(xiàn)在測量結(jié)果中的規(guī)律 分為隨機誤差和系統(tǒng)誤差他們都是無限屢次測量的理想概念按照是否用統(tǒng)計方法評定分為A類評定和B類評定他們都以標準不確定度表示評定測量不確定度時 不必區(qū)分其性質(zhì)3可操作性測量誤差的值不可知 當采用約定真值代替真值時得到的是測量誤差的估計值?？刹僮餍圆顪y量不確定度可以由人們根據(jù)實驗、資料

14、、經(jīng)驗等信息進行評定?？梢远康夭僮?合成方法各誤差分量的代數(shù)和各分量相互獨立時用方和根法合成否那么應(yīng)考慮相關(guān)項序號內(nèi)容測量誤差測量不確定度5符號非正即負（或0）不能用土表示無符號 恒取正值6結(jié)果修正系統(tǒng)誤差估計值時可以進行修正不能用測量不確定度修正測量結(jié)果 對已經(jīng)修正的測量結(jié)果進行不確定度評定時應(yīng)考率修正不完善引入的不確定度分量。7結(jié)果說明誤差是客觀存在的不因人的認識程度不同而不同 誤差屬于給定的測量結(jié)果 相同的測量結(jié)果具有相同的誤差 而與得到該結(jié)果的測量儀器和測量方法無關(guān)測量不確定度與人們對被測量、影響量以及測量過程的認識有關(guān)合理地賦予被測量的任一個值均具有相同的測量不確定度8相互關(guān)系測量

15、誤差僅與測量結(jié)果和真值有關(guān)與測量方法無關(guān)測量誤差是測量得到的測量不確定度僅與測量方法有關(guān)而與具體測量值的大小無關(guān)測量不確定度是分析得到的有時還要輔以實驗9測量誤差和測量不確定度數(shù)值上沒有關(guān)系可能誤差很小而不確定較大 也可能誤差很大 但由于分析缺乏 評定的不確定度很小4,測量儀器的誤差、準確度和不確定度1測量儀器的性能可以用示值誤差和最大允許誤差來表示2 儀器的示值誤差測量儀器的示值與對應(yīng)的輸入量的約定真值之差。同型號的不同儀器 他們的示值誤差一般是不同的 一臺儀器的示值誤差必須通過檢定/校準才能得到。因此才需要對每一臺儀器進行校準或檢 定。儀器的示值誤差 可以對測量結(jié)果進行修正。修正后的測量結(jié)

16、果 的不確定度與示值誤差的測量不確定度有關(guān)。3測量儀器的最大允許誤差各種技術(shù)文件國標、規(guī)程、說明書等規(guī)定的該型號儀器允許誤差的極限值也稱允許誤差限。最大允許誤差不是通過檢定或校準得到的它是制造廠對該型號儀器所規(guī)定的示值誤差的允許范圍 而不是一臺儀器實際存在的誤差 因此不 能做修正值使用。測量儀器的最大允許誤差不是測量不確定度 它給出了儀器示值誤差區(qū)間 但可以作為評定測量不確定度的依據(jù) 當直接采用儀器的示值作為測量結(jié)果時由測量儀器引入的不確定度分量可以根據(jù)該型號儀器的最大 允許誤差按B類評定方法得到。4 測量儀器的準確度 測量儀器給出的接近于真值的響應(yīng)能力。它也是定性 的概念 但可以用準確度等級

17、或測量儀器的示值誤差來定量表示。目前不 少儀器說明書上給出的準確度實際上是指最大允許誤差。5測量儀器的不確定度 在VIM第二版中沒有這一說法。不確定度是一個與測 量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù) 只有測量結(jié)果才有不確定度。因此盡量不要用“儀器的測量不確定度”這種說法。如果見到“儀器的測量不確定”可以理解為a.假設(shè)儀器經(jīng)過校準 且使用該儀器時將示值誤差予以修正 那么可以將示值誤 差的測量不確定度稱為儀器的不確定度b.如果儀器未經(jīng)校準不知其示值誤差或者其示值誤差但沒有修正 這一誤差 那么可以將“儀器的測量不確定度”理解為“在測量結(jié)果中 由 儀器引入的測量不確定分量”或“測量儀器所提供的標準量值的不確定 度”。6

18、 計量標準裝置的不確定度計量標準裝置可以簡單地就是一臺儀器或量具也可能是多臺儀器的組合。根據(jù)測量不確定度的定義也要盡可能不用“計量標準裝置的不確定度”這種說法。如果提到“計量標準裝置的不確定度”可以將其理解為“計量標準裝置所提供的標準量值的不確定度”或者“測量結(jié)果的不確定中 由計量 標準裝置引入的不確定度分量二當用計量標準裝置對被測對象進行檢定或校準和測量時計量標準裝1找出所有影響測量不確定度的影響量導致不確定的來源很多 主要原因是 測量設(shè)備、測量人員、測量方法和被測對象的不完善等幾個方面。具體有以下幾個來源1被測量定義不完整復(fù)現(xiàn)被測量的測量方法不理想對測量過程受環(huán)境影響的認識不完善或?qū)Νh(huán)境參

19、數(shù)的測量與控制 不完善對模擬式儀器的讀數(shù)存在認為偏移測量標準的不確定度6測量儀器的性能 如靈敏度、分辨力等 的局限7引用的數(shù)據(jù)或其他參數(shù)的不確定度 如8測量方法或測量程序的近似或假設(shè)9在相同條件下 被測量在重復(fù)觀測中的變化 測量重復(fù)性2建立滿足測量不確定評定的數(shù)學模型根據(jù)被測量和各影響量的關(guān)系確定數(shù)學模型y=f (x 1, x 2 ,x n )y 輸出量的估計值xi輸入量的估計值數(shù)學模型應(yīng)該滿足下述條件a 數(shù)學模型應(yīng)包含影響測量結(jié)果的全部輸入量 即不遺漏任何影響測量結(jié)果的不確定度分量b 不重復(fù)計算任何一項對測量結(jié)果有影響的不確定分量c數(shù)學模型可能寫成不同得形式 當應(yīng)防止出現(xiàn)較麻煩得相關(guān)項。有許

20、多輸入量對測量結(jié)果的影響是無法用解析形式的數(shù)學表達式來表示的需要根據(jù)經(jīng)驗去估計輸入量對測量結(jié)果的影響。比方量塊測量中長度變動量得影響舉例時再講3確定各輸入量的標準不確定度u(xi)不確定度的A類評定基本方法為貝塞爾法 合并樣本標準偏差法 極差法等。不確定度的B類評定B類評定的不確定度信息來源很多主要分兩類來源于檢定證書或校準證書1如果證書已經(jīng)給出了測量不確定度U(x)及其包含因子k可以直接計 算標準不確定度:u(x)=U(x)/k。2 如果給出了測量不確定度U(x)和置信概率p如證書沒有說明分布 一般按照正態(tài)分布計算標準不確定度u(x)= U(x)/k p來源于其他各種資料或手冊需要根據(jù)各量的

21、分布確定包含因子k常見分布的包含因子k值符合以下條件之一的可估計為正態(tài)分布a)在重復(fù)性或復(fù)現(xiàn)性條件下屢次測量的算術(shù)平均值的分布b)如果報告中沒有說明分布一般按照正態(tài)分布計算合以下條件之一的可估計為均勻分布a)對影響量的分布沒有任何信息時 估計為均勻分布較合理b)數(shù)字式儀器的分辨力、數(shù)據(jù)修約導致的不確定度c)按級使用的儀表及儀器的最大允許誤差導致的不確定度d)用上下界限給出的材料熱膨脹系數(shù)分布類型正態(tài)分布三角分布均勻分布反正弦分布k值363 2符合以下條件之一的可估計為三角分布a)因分辨力引起的兩次測量結(jié)果之差的不確定度b)兩個相同的均勻分布的合成幾何量中符合反正弦分布的例子度盤偏心引起的測角不確定度4確定對應(yīng)于各輸入量的標準不確定分量ui (y)u i (y)=c i u(x i)5計算合成標準不確定度u c (y)當數(shù)學模型為線形模型時即 y=y 0+clxl+c2x2 +c n x nN*Iicy uy u122)0(當數(shù)學模型為非線形模型時由于泰勒級數(shù)展開式中的高階項不全為0 其不確定度傳播律為上式中高階項的處理。從上式可以看出 高階項的處理非 常復(fù)雜。實際工作中可以遵循以下原那么a）在非線性不太強時可以將高階項忽略直接按照線性模型的方法