测量不确定度的评定 (1)

第一章入门

1、测量

1.1 什么是测量？

测量告知我们关于某物的属性。物体有多重，或有多热，或有多长。测量赋予这种属性一个数。

测量总是用某种仪器来实现。

测量结果由部分组成：数，测量单位。

1.2什么不是测量

有些过程看起来像是测量，然而并不是。两根绳子作比较，不是测量。计数通常也不认为是测量。对于只回答“是或非”的答案，或者“合格或不合格”的结果的检测（test）往往不是测量。

2、测量不确定度

1.1 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。对每一次测量，即使是最仔细的，总是会有怀疑的余量。可以表述为“出入”，例如一根绳子可能2米长，有1厘米“出入”。

２.２测量不确定度表述

回答“余量有多大？”和“怀疑有多差？”定量给出不确定度，需要两个数。余量（或称区间的宽度；置信概率，说明“真值”在该余量范围内有多大把握。

比如：棍子的长度测定为２０厘米加或减１厘米，有９５％置信概率。写成：２０cm±1cm，置信概率为９５％。表明棍子长度在１９厘米到２１厘米之间有９５％的把握。

２.3 测量不确定度度重要性

考虑测量不确定度更特殊的理由；

校准——在证书上报告测量不确定度。

检测——不确定度来确定合格与否。

允差——不确定是否符合允差以前，你需要知道不确定度。

３、关于数字集合的基本统计学

３.１操作误差

“测量再而三，只为一剪子”，两、三次核对测量，减少出错的风险。任何测量至少进行三次，防止出操作误差。

３.２基本统计计算

两项最主要的统计计算，一组数值的平均值或算术平均值，以及它们的标准偏差。

３.３获得最佳估计值——取多次读数的平均值

重复测量出不同结果的原因:

进行的测量有自然变化;

测量的器具没有工作在完全稳定状态;

重复读数时读数有变化,最好多次读数并取平均值.平均值是“真值”的估计值。

3.4多少次读数求平均

10次是普遍选择的.根据经验通常取4至10次读数就够了。

3.5分散范围—标准偏差

重复测量给出不同结果时,要了解读数分散范围有多宽.量值的分散范围告诉测量不确定度的情况.对分散范围定量的常见形式是标准偏差。

一个数集的标准偏差表明各个读数代表性地与该组读数平均值差多少。根据“经验”,全部读数大概有三分之二会落在平均值的加,减一倍标准偏差范围内。大概有全部读数的95%会落在两倍标准偏差范围内。对标准偏差的“真”值只能从一组非常大量(无穷多)的读数求得。从有限个数的量值能够求得的只是标准偏差的估计值,通常有符号s表示.

3.6计算标准偏差的估计值

计算一组n个测量值的标准偏差的估计值。

3.7估计的标准偏差需要多少次读数?

一般情况下10次，在建标报告中的“计量标准的测量重复性考核”的测量次数也一般取10次。

4.误差和不确定度来自何处?

测量仪器─偏移,由于老化,磨损或其它多种漂移而变化,读数不清晰,噪声(对电子仪器而言)。

被测物─不稳定.

测量程序─测量本身就很难进行。

“引入的”不确定度─所用仪器的不确定度

操作者的技巧

采样问题

环境─温度,气压,湿度。

5.任何测量中的不确定度一般类型

5.1随机或系统的

随机效应─重复测量给出随机的不同结果。

系统效应─对重复测量的每一次结果都有相同的影响(但是你可能分辨不出来)。要估计系统效应产生的不确定度,就需要另外的一些方法,如不同的测量方法,或不同的计算方法.

5.2分布─误差的“形状”

一组数值的分布会取不同形式,或称概率分布。

在一级读数中,往往靠近平均值的读数值大体上比离平均值较远的要多.这就是正态分布或称高斯分布的特征。

概率p 平均值

平均值

读数值读数值当测量值非常平均地散布在最大值和最小值之间时,矩形分布或称均匀分布。

概率总宽度

范围平均值

读数值读数值分布还会有其它形状,如三角分布、投影分布等。

5.3(即哪些不是测量不确定度的范畴)

操作人员失误

允差

技术条件

准确度

误差统计分析

6.如何计算测量不确定度

首先识别不确定度的来源。

其次估计出每个来源的不确定度大小。

最后把各个不确定度合成得合成不确定度μc或扩展不确定度U。

6.1估计标准不确定度的两种方法

A类评定方法─用统计方法进行标准不确定估计(A类不确定度)。

B类评定方法─用非统计方法,根据任何其他信息进行标准不确定估计(B类不确定度)。

6.2评定合成标准不确定度的八个主要步骤

●确定你从测量需要得出什么。

●为产生最终结果,需要的实际测量和计算。

●实施测量。

●估计各输入量的不确定度.要以相同的条件表示所有的不确定度。

●确定各输入量的影响是否彼此不相关.如果有相关,那就需要某些额外的计算和信息。

●计算合成标准不确定度。

●用包含因子与不确定度范围的大小一起,表述扩展不确定度,并说明置信概率。

●写下测量结果和不确定度,并说明得到它们的方法。

7.在作不确定度计算前应该知道的其它一些事.

7.1标准不确定度

所有有贡献的不确定度,将它们换算成标准不确定度。

标准不确定度告知了平均值的不确定度(不只是各个值的分散度)。(这就是为