不確定度評定課件

第四章

測量不確定度1主要內(nèi)容1.概述2.基本術(shù)語3.不確定度評定過程4.不確定度評定舉例21概述31.1.1不確定度的基本意義51.1.1不確定度的基本意義1、不確定度的基本意義不確定度對人們認(rèn)識自然與改造自然極為重要。人類從學(xué)會使用勞動工具改造環(huán)境之時起，很早就開始了測量。遠(yuǎn)古時代，人們?yōu)榘才呸r(nóng)作、狩獵、交換糧食和貴重物品，就在進(jìn)行時間、距離、面積、體積和重量的測量。測量就有不確定度，隨著社會生產(chǎn)、交換的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，測量范圍不斷擴(kuò)大，測量不確定度愈來愈小。

6現(xiàn)在，在科學(xué)技術(shù)中，在生產(chǎn)、商業(yè)、貿(mào)易、醫(yī)療、環(huán)保等等中，進(jìn)行著大量的測量工作，用以認(rèn)識事物。測量的質(zhì)量如何，要用不確定度來說明。不確定度愈小，測量結(jié)果的質(zhì)量愈高，水平愈高，其使用價值也愈高；不確定度愈大，測量結(jié)果的質(zhì)量愈低，水平愈低，其使用價值也愈低。

1.1.1不確定度的基本意義7

測量不確定度必須正確評定。不確定度評定過大，會因測量不能滿足需要而再投資，造成浪費(fèi)；不確定度評定過小，會對生產(chǎn)與國防造成危害。如我國石油每年出口以千萬噸計(jì)，不確定度評定不當(dāng)，則輸出石油過多會虧損并增加運(yùn)費(fèi)，過少也會賠償，從而會造成巨大的損失。

1.1.1不確定度的基本意義81.1.2、不確定度在技術(shù)監(jiān)督中意義10不確定度與計(jì)量科學(xué)技術(shù)密切相關(guān)。不確定度用以表明基準(zhǔn)．標(biāo)準(zhǔn)、檢定測試、校準(zhǔn)的水平，作為量值溯源的依據(jù)，并用來表明測量設(shè)備的質(zhì)量，測量過程控制所用的計(jì)量保證，就是要保證經(jīng)過驗(yàn)證的測量不確定度要盡可能小，以滿足計(jì)量校準(zhǔn)或計(jì)量檢測的要求。1.1.2不確定度在技術(shù)監(jiān)督中意義11在ISO／IECGuide25《校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室和測試實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求》(GeneralRequirementsfortheCompetenceOfCalibrationandTestingLaboratory)中指出，實(shí)驗(yàn)室的每個證書或報(bào)告，必須包含有關(guān)評定校準(zhǔn)或測試結(jié)果不確定度的說明。

1.1.2不確定度在技術(shù)監(jiān)督中意義13在ISO／)ECGuide43《利用實(shí)驗(yàn)室間比對的能力驗(yàn)證》》(ProficiencyTestingbyInterlaboratoryComparisons)中，多處指明不確定度的重要性；如A．2中說，協(xié)調(diào)者應(yīng)考慮各參加實(shí)驗(yàn)室的不確定度，6．5中說，試驗(yàn)計(jì)劃報(bào)告應(yīng)包含不確定度，A．16中說，協(xié)調(diào)者按照不確定度承認(rèn)指定值等。

1.1.2不確定度在技術(shù)監(jiān)督中意義14很多標(biāo)準(zhǔn)涉及生產(chǎn)、測量，都須討論不確定度。如ISO5168研究流量測量不確定度，ISO14253討論幾何量產(chǎn)品測量不確定度等等。

1.1.2不確定度在技術(shù)監(jiān)督中意義151.2.2不確定度發(fā)展進(jìn)程400年前，德國天文學(xué)家開普勒(Kepler)借助于儀器進(jìn)行天文測量，得以發(fā)現(xiàn)行星運(yùn)動規(guī)律，從測量結(jié)果比較中，他知道軌道測量中有不確定度。17200年前,工業(yè)發(fā)展推動了精確測量的發(fā)展，機(jī)械工具、汽輪機(jī)、槍等維修時的零件互換要求考慮制造的允差，并要求仔細(xì)考慮測量工具不能精確測量引起的測量不確定度。1.2.2不確定度發(fā)展進(jìn)程181927年，海森伯(Heisenberg)提出了不確定度關(guān)系(UncertaintyRelation)，又稱測不準(zhǔn)關(guān)系。1.2.2不確定度發(fā)展進(jìn)程191963年，美國標(biāo)準(zhǔn)局(NBS)埃森哈特(Eisenhart)在《儀器校準(zhǔn)系統(tǒng)的精密度與準(zhǔn)確度估計(jì)》一文中，提出了使用不確定度的建議。1970年前后，一些計(jì)量學(xué)者和其他領(lǐng)域?qū)W者，逐漸使用不確定度一詞。1.2.2不確定度發(fā)展進(jìn)程211970年，英國校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)(BritishCalibrationService)迪特里希(Dietrich)在《不確定度、校準(zhǔn)和概率》(Uncertainty，CalibrationandProbability)一書中談到：“測量不確定度為一組測量的平均值任何一邊的范圍，當(dāng)作了很大數(shù)目測量時，讀數(shù)的位于該范圍內(nèi)?！?.2.2不確定度發(fā)展進(jìn)程221973年，英國國家物理實(shí)驗(yàn)室(NPL)的伯恩斯(Burns)、坎皮恩(Campion)、威廉斯(Williams)在國際計(jì)量刊物MetrologiaV01.9No.2《誤差和不確定度》(ErrorandUncertainty)一文指出，當(dāng)討論結(jié)果accuracy時，宜用不確定度，并又談到，說測量結(jié)果誤差為±l％，實(shí)際上是指測量結(jié)果的不確定度。1.2.2不確定度發(fā)展進(jìn)程231978年，美國標(biāo)準(zhǔn)局局長安布勒(Ambler)提請國際計(jì)量委員會(CIPM)注意不確定度問題的重要性。1978年5月，國際計(jì)量局(BIPM)發(fā)出不確定度征求意見書。1980年，國際計(jì)量局召開會議，討論了各國及國際專業(yè)組織意見，得出了結(jié)論，提出了實(shí)驗(yàn)不確定度表示建議書INC-1(1980)。1.2.2不確定度發(fā)展進(jìn)程25INC-1內(nèi)容為如下5條：1)測量結(jié)果的不確定度

A類：用統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算的那些分量

B類：用其他方法計(jì)算的那些分量1.2.2不確定度發(fā)展進(jìn)程264)用對方差合成的通常方法，可以得到表征合成不確定度的數(shù)值，應(yīng)以“標(biāo)準(zhǔn)差”形式表示合成不確定度及其分量。1.2.2不確定度發(fā)展進(jìn)程295)對特殊用途，若須將合成不確定度乘以一個因子以獲得總不確定度時，必須說明此因子的數(shù)值。1.2.2不確定度發(fā)展進(jìn)程301981年，國際計(jì)量委員會第70屆會議，提出了建議書1(CI-1981)《實(shí)驗(yàn)不確定度的表示》。建議書1(CI-1981)指出，考慮到找出一個可同意的表示不確定度方法的需要性，認(rèn)識到INC—1可以作為最后同意的基礎(chǔ)。1.2.2不確定度發(fā)展進(jìn)程311985年，中國計(jì)量科學(xué)研究院制定了《不確定度應(yīng)用辦法》，指出應(yīng)按INC—l評定不確定度。1985年，德國由聯(lián)邦物理技術(shù)研究院(PTB)制訂了DIN1319Teil4《測量評定的不確定度處理》(BehandlungyonUnsicherheitenbeiderAuswertungvonMessungen)。1.2.2不確定度發(fā)展進(jìn)程321986年，由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)、國際電工委員會(IEC)、國際計(jì)量委員會(CIPM)、國際法制計(jì)量組織(OIML)組成了國際不確定度工作組，負(fù)責(zé)制定用于計(jì)量、標(biāo)準(zhǔn)、質(zhì)量、認(rèn)證、科研、生產(chǎn)中的不確定度指南，我國代表劉智敏研究員為國際不確定度工作組成員。1.2.2不確定度發(fā)展進(jìn)程331986年，國際計(jì)量委員會第75屆會議，提出了建議書1(CI—1986)《在CIPM贊助進(jìn)行的工作中不確定度的表示》。此建議書決定推廣INC—l。1.2.2不確定度發(fā)展進(jìn)程341993年國際不確定度工作組制定了《測量不確定度表示指南》(GuidetotheExpressionOfUncertaintyinMeasurement)(簡稱指南GUM)，指南得到了BIPM、OIML、ISO、IEC及國際理論與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(1UPAC)、國際理論與應(yīng)用物理聯(lián)合會(1U—PAP)、國際臨床化學(xué)聯(lián)合會(1FCC)的批準(zhǔn)，由ISO出版。國際不確定度工作組制定的GUM是國際組織的重要權(quán)威文獻(xiàn)。1.2.2不確定度發(fā)展進(jìn)程35主要內(nèi)容1.概述2.基本術(shù)語3.不確定度評定過程4.不確定度評定舉例362基本術(shù)語37[測量]不確定度（uncertainty[ofmeasurement]）用以表征合理賦予被測量之值的分散性，它是測量結(jié)果含有的一個參數(shù)。2、基本術(shù)語38標(biāo)準(zhǔn)不確定度（standarduncertainty）以標(biāo)準(zhǔn)差表示的測量結(jié)果的不確定度。2、基本術(shù)語39[不確定度的]A類評定（TypeAevaluation[ofuncertainty]）由觀測列統(tǒng)計(jì)分析所作的不確定度評定。2、基本術(shù)語40[不確定度的]B類評定（TypeBevaluation[ofuncertainty]）由不同于觀測列統(tǒng)計(jì)分析所作的不確定度評定。2、基本術(shù)語41合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度（combinedstandarduncertainty）uc(y)測量結(jié)果Y由其他量值得來時，按其他量的方差或協(xié)方差算出的測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。uc(y)可簡寫為uc或u（y）。

2、基本術(shù)語42伸展不確定度，也稱范圍不確定度（expandeduncertainty）U確定測量結(jié)果區(qū)間的量，合理賦予被測量值的分布的大部分可望含于該區(qū)間。2、基本術(shù)語43包含因子，也稱范圍因子（coveragefactor）k為獲得伸展不確定度，與合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度相乘的數(shù)值。2、基本術(shù)語44自由度（degreesoffreedom）求不確定度時,所用總和中的項(xiàng)數(shù)與總和的限制條件之差。2、基本術(shù)語45置信