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测量不确定度出与测量误差的区别与应用

时间:2021-11-03 浏览次数:335

昌晖仪表分享测量不确定的意义、起源和发展,并从七个方面对比测量不确定度与测量误差的区别,方便大家在测量领域中正确应用测量不确定度评定。

1、测量不确定度的起源与发展
不确定度(uncertainty)一词起源于1927年德国物理学家Heisenberg在量子力学中提出的不确定度关系,又称测不准关系。

1962年,美国国家标准局(NBS)的Youden首先在计量校准系统中提出定量表示不确定度的建议。

1980年,国际计量局(BIPM)召集和成立了不确定度表示工作组并起草了INC-1(1980)。其后国际不确定度工作组经多年讨论和酝酿于

1993年制定了《测量不确定度表示指南》GUM93,GUM93于1995年修订后二版。其后,Eurachem/CITAC颁布了基于GUM的化学量测领域不确定度评定指南。

我国于1999年制定了中华人民共和国计量技术规范JJF 1059-1999《测量不确定度评定与表示》,于2012年发布JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》和JJF 1059.2-2012《用蒙特卡洛法评定测量不确定度》。后又发布中华人民共和国国家标准GB/T 27418-2017《测量不确定度评定和表示》和GB/T 27419-2018《测量不确定度评定和表示补充文件1基于蒙特卡洛方法的分布传播》。

2、测量不确定度的意义
测量不确定度是经典的误差理论发展的产物,目的是为了澄清一些模糊的概念和便于实际使用。

由于测量的不完善,通过测量不可能得到真值(即被测量的定义值),由测量获得的值仅是被测量的估计值,被测量的估计值是一个统计量,具有概率分布属性,测量不确定度是该分布的表示分散性的参数。被测量的估计值与被测量的真值之差就是测量的系统误差,由于真值无法准确知道,也就得不到测量误差的准确的值,用参考量值代替真值时,可以获得测量误差的估计值,用它可以对测量结果进行修正。

过去很长一段时间内,在给出测量结果的误差时,往往是根据误差分析给出一个测得值不能确定的范围,有时又把这个范围称为准确度,其实这是与定义不一致的。在以往的误差分析时,要区分系统误差和随机误差,并将这两种不同性质的误差进行合成,对于合成的方法一直存在分歧,缺乏严格、合理和公认的处理办法。因此,经过历史的演变,现在国际上一致公认:将描述测得值的分散性或不能确定的范围称为“测量不确定度",各个不确定度分量的合成一律采用方差合成的方法。因此对测量结果的可信程度不再用测量误差描述。

测量不确定度表示方法的统一是国际贸易和技术交流不可缺少的,它可使各国进行的测量和得到的结果进行相互比对,取得相互的承认或共识。

3、测量不确定度与测量误差的区别
根据JJF 1001-2011《通用计量术语及定义技术规范》的规定,测量误差和测量不确定度的定义如下:测量误差为测得的量值减去参考量值。测量不确定度为根据所用到的信息,表征赋予被测量量值分散性的非负参数。

测量不确定度和测量误差存在明显的区别,为防止大家在使用过程中将其混淆,昌晖仪表特为大家梳理测量不确定度出与测量误差的区别: 
①测量误差表明被测量估计值偏离参考量值所得偏差的大小;测量不确定度表明测得值的分散性。
②测量误差是一个有正号或者负号的量值,其值为测得值减去被测量的参考量值,参考量值可以是真值或标准值、约定值;测量不确定度是被测量估计值概率分布的一个参数,用标准偏差或标准偏差的倍数表示该参数的值,是一个非负的参数。测量不确定度与真值无关。
③误差是客观存在,不以人的认识程度面改变;测量不确定度与人类对被测量和影响量及测量过程的认识有关。
④参考量值为真值时,测量误差是未知的;测量不确定度可以由人们根据测量数据、资料、经验等信息评定,从而可以定量确定不确定度的大小。
⑥测量误差按其性质可分为随机误差和系统误差。按定义,随机误差和系统误差都是无限多次测量时的理想概念;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:“由随机影响引入的测量不确定度分量"和“由系统影响引入的测量不确定度分量"。
⑥测量误差的大小说明测量结果的准确程度;测量不确定度大小说明测量结果的可信程度。
⑦当用标准值或约定值作为参考量值时,可以得到系统误差的估计值,已知系统误差的估计值时,可以对测得值进行修正,得到已修正的被测量估计值;不能用测量不确定度对测得值进行修正,已修正的被测量估计值的测量不确定度中应考虑由修正不完善引入的测量不确定度。

4、测量不确定度评定的适用范围
随着测量技术发展水平的不断提高,测量不确定度经过多年的普及以得到广泛应用,它适用于从商业到基础研究等很多领域的各种准确度水平的测量,可适用于广阔的测量领域:
①生产过程中的质量控制和质量保证;
②法律和法规的符合性判断(基于风险水平考虑);
③在科学和工程领域进行的基础研究、应用研究和研发工作,应提出目标不确定度,并做出不确定度预先分析报告,论证目标不确定度的可行性;
④为溯源到国家测量标准,通过国家的测量系统对测量标准和仪器的校准需报告测量不确定度;
⑤研制、保存国际和国家物理测量标准(包括标准物质);
⑥作为仪器设备准确度技术指标的表述方式;
⑦以及开展实验室比对。


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