测量的不确定度,测量误差

什么叫测量的不确定度？什么叫测量误差？测量不确定度和误差是计量学中研究的基本命题，也是计量测试人员经常运用的重要概念之一。它直接关系着测量结果的可靠程度和量值传递的准确一致。然而很多人由于概念不清，很容易将二者混淆或误用，本文结合学习《测量不确定度评定与表示》的体会，着重谈谈二者之间的不同之处。

首先要明确的是测量不确定度与误差二者之间概念上的差异。

测量不确定度表征被测量的真值所处量值范围的评定。它按某一置信概率给出真值可能落入的区间。它可以是标准差或其倍数，或是说明了置信水准的区间的半宽。它不是具体的真误差，它只是以参数形式定量表示了无法修正的那部分误差范围。它来源于偶然效应和系统效应的不完善修正，是用于表征合理赋予的被测量值的分散性参数。不确定度按其获得方法分为

A、B两类评定分量。A类评定分量是通过观测列统计分析作出的不确定度评定，B类评定分量是依据经验或其他信息进行估计，并假定存在近似的“标准偏差”所表征的不确定度分量。

误差多数情况下是指测量误差，它的传统定义是测量结果与被测量真值之差。通常可分为两类：

系统误差和偶然误差。误差是客观存在的，它应该是一个确定的值，但由于在绝大多数情况下，真值是不知道的，所以真误差也无法准确知道。我们只是在特定的条件下寻求最佳的真值近似值，并称之为约定真值。

通过对概念的理解，我们可以看出测量不确定度与测量误差的主要有以下几方面区别：

一.评定目的的区别：

测量不确定度为的是表明被测量值的分散性；

测量误差为的是表明测量结果偏离真值的程度。

二.评定结果的区别：

测量不确定度是无符号的参数，用标准差或标准差的倍数或置信区间的半宽表示，由人们根据实验、资料、经验等信息进行评定，可以通过A，B两类评定方法定量确定；测量误差为有正号或负号的量值，其值为测量结果减去被测量的真值，由于真值未知，往往不能准确得到，当用约定真值代替真值时，只可得到其估计值。

三.影响因素的区别：

测量不确定度由人们经过分析和评定得到，因而与人们对被测量、影响量及测量过程的认识有关；

测量误差是客观存在的，不受外界因素的影响，不以人的认识程度而改变；因此，在进行不确定度分析时，应充分考虑各种影响因素，并对不确定度的评定加以验证。

否则由于分析估计不足，可能在测量结果非常接近真值（即误差很小）的情况下评定得到的不确定度却较大，也可能在测量误差实际上较大的情况下，给出的不确定度却偏小。

四.按性质区分上的区别：

测量不确定度分量评定时一般不必区分其性质，若需要区分时应表述为：

“由随机效应引入的不确定度分量”和“由系统效应引入的不确定度分量”；

测量误差按性质可分为随机误差和系统误差两类，按定义随机误差和系统误差都是无穷多次测量情况下的理想概念。

五.对测量结果xx的区别：

“不确定度”一词本身隐含为一种可估计的值，它不是指具体的、确切的误差值，虽可估计，但却不能用以修正量值，只可在已修正测量结果的不确定度中考虑修正不完善而引入的不确定度；

而系统误差的估计值如果已知则可以对测量结果进行修正，得到已修正的测量结果。

一个量值经修正后，可能会更靠近真值，但其不确定度不但不减小，有时反而会更大。

这主要还是因为我们不能确切的知道真值为多少，仅能对测量结果靠近或离开真值的程度进行估计而已。

虽然测量不确定度与误差有着以上种种不同，但它们仍存在着密切的联系。不确定度的概念是误差理论的应用和拓展，而误差分析依然是测量不确定度评估的理论基础，在估计B类分量时，更是离不开误差分析。例如测量仪器的特性可以用最大允许误差、示值误差等术语描述。在技术规范、规程中规定的测量仪器允许误差的极限值，称为“最大允许误差”或“允许误差限”。它是制造厂对某种型号仪器所规定的示值误差的允许范围，而不是某一台仪器实际存在的误差。测量仪器的最大允许误差可在仪器说明书中查到，用数值表示时有正负号，通常用绝对误差、相对误差、引用误差或它们的组合形式表示。例如土0.1PV，土1％等。测量仪器的最大允许误差不是测量不确定度，但可以作为测量不确定度评定的依据。测量结果中由测量仪器引入的不确定度可根据该仪器的最大允许误差按B类评定方法评定。又如测量仪器的示值与对应输入量的约定真值之差，为测量仪器的示值误差。对于实物量具，示值就是其标称值。通常用高一等级测量标准所提供的或复现的量值，作为约定真值（常称校准值或标准值）。在检定工作中，当测量标准给出的标准值的扩展不确定度为被检仪器最大允许误差的～时，且被检仪器的示值误差在规定的最大允许误差内，则可判为合格。

1．测量

1.1什么是测量？

测量告知我们关于某物的属性。它可以告诉我们某物体有多重，或者有多热，或者有多长。测量就赋予这种属性一个数。

测量总是用某种仪器来实现的。尺子、秒表、称重称，以及温度计都是测量仪器。

测量结果通常有两部分组成：

一个数和一个测量单位，例如"这有多长？……2米"。

1.2什么不是测量？

有些过程看起来像是测量，然而并不是。例如，两根绳子做比较，看那一根长些，这实际上就不是测量。计数通常也不认为是测量。检测（test）往往不是测量；检测通常要得出"是或非"的答案，或者"合格或不合格"的结果。（但是，测量可以是检测的局部过程，逐而得出检测结果）。

2．测量不确定度

2．1什么是测量不确定度？

测量不确定度是对任何测量的结果存有怀疑。你也许认为制作良好的尺子、钟表和温度计应该是可靠的，并应给出正确答案。但对每一次测量，即使是最仔细的，总是会有怀疑的余量。在日常说话中，这可以表述为"出入"，例如一根绳子可能2米长，由1cm的"出入"。

2．2测量不确定度的表述

由于对任何测量总是存在怀疑的余量，所以我们需要回答"余量有多大？"和"怀疑有多差？"这样，为了给不确定度定量实际上需要有两个数。一个是该余量（或称区间）的宽度；另一个是置信概率，说明我们对"真值"在该余量范围内有多大把握。

例如：

我们可以说某棍子的长度测定为20厘米加或减1厘米，由95%的置信概率。这结果可以写成：20cm±1cm，置信概率为95%。

这个表述是说我们对棍子长度在19厘米到12厘米时间由95%的把握。还有其他一些表述置信概率的方式，对此将在下文第7节中再说。

2．3误差与不确定度的比较

不要混淆术语"误差"和"不确定度"是很重要的。

误差：