計量測量的不確定度詳解

測量是科學(xué)技術(shù)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 、國內(nèi)外貿(mào)易以致日常生活各個領(lǐng)域中不可缺的一項工作。測量的目的是確定被測量的值并獲取測量結(jié)果。測量結(jié)果的質(zhì)量往 往會直接影響國家和企業(yè)的經(jīng)濟利益，測量結(jié)果的質(zhì)量也是科學(xué)實驗成敗的重 要因素之一 。因此在報告測量結(jié)果時，必須對其質(zhì)量給出定量的說明 。以確定 測量結(jié)果的可信程度 。

流量計的流量測量

測量不確定度，是近年來對測量結(jié)果的誤差表述。大家知道，任何測量都不可能絕對準(zhǔn)確，都必然有誤差，而誤差也不可能準(zhǔn)確知道。因此測量不確定度是對被測量的真值所處范圍的評定結(jié)果，所以在進行測量的說明和使用測量結(jié)果時，都必須考慮測量不確定度。

測量不確定度

根據(jù)國家計量技術(shù)規(guī)范：JJF1059-2012《測量不確定度評定與表示》中定義是：“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)”。

此參數(shù)可以是諸如標(biāo)準(zhǔn)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。其中一些分量可用測量列結(jié)果的統(tǒng)計分析估算，并用實驗標(biāo)準(zhǔn)偏差表征。另一些分量則可用基于經(jīng)驗或其它信息的假定概率分布估算，也可用標(biāo)準(zhǔn)偏差表征。

測量結(jié)果應(yīng)理解為被測量之值的最佳估計，而所有的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（如與修正值和參考標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)的）分量。

這就是說，測量不確定度是一個估計值，用它來表征被測量真值所處的量值范圍。換言之，它表示測量結(jié)果附近的一個范圍或區(qū)間，而被測量真值以一定的概率落于其中。所以，它是對測量結(jié)果質(zhì)量優(yōu)劣的一種評定：測量結(jié)果愈接近真值，其質(zhì)量愈高，則測量不確定度愈小，反之，測量結(jié)果愈遠離真值，其質(zhì)量愈低，則測量不確定度愈大。

從計量學(xué)的觀點看，一切測量結(jié)果不但要附有計量單位，而且還必須附有測量不確定度，才算是完整的測量報告，沒有單位的數(shù)據(jù)不能表征被測量的大小，沒有不確定度的測量結(jié)果不能判定測量技術(shù)的水平和測量結(jié)果的質(zhì)量，從而失去或減弱測量結(jié)果的可比性。

測量不確定度與測量誤差的關(guān)系

“測量不確定度”是合理地表征被測量分散程度的一個參數(shù)。它與誤差緊密相連但卻有區(qū)別：

測量誤差定義為測量結(jié)果與其真值之差，這是一個理想化的概念，因它的真值常常不能確切地知道，假如知道它的修正值（或更精確的近似值），則可修正該測量結(jié)果，使其更接近真值。

測量不確定度是對影響產(chǎn)生誤差的分散性的估計，即它是用以表示測量結(jié)果分散區(qū)間的量值，也就是描述未定誤差特征的量值，是可以用估計方法求出的?！安淮_定度”不是指具體的、確切的誤差值，雖可估計出，但卻不能用于修正量值。

測量誤差與測量不確定度的主要區(qū)別

序號測量誤差測量不確定度

1有正號或負號的量值，其值為測量結(jié)果減去被測量的真值。無符號的參數(shù)，用標(biāo)準(zhǔn)差或標(biāo)準(zhǔn)差的倍數(shù)或置信區(qū)間的半寬表示

2以真值為中心，說明測量結(jié)果與真值的差異程度。（表明測量結(jié)果偏離真值）以測量結(jié)果為中心，評估測量結(jié)果與被測量【真】值相符合的程度。（表明被測量值的分散性）

3客觀存在，不以人的認識程度而改變與人們對被測量、影響量及測量過程的認識有關(guān)

4由于真值未知，往往不能準(zhǔn)確得到，當(dāng)用約定真值代替真值時，可以得到其估計值可以由人們根據(jù)實驗、資料、經(jīng)驗等信息進行評定，從面是可以定量確定。評定方法有A，B兩類

5按性質(zhì)可分為隨機誤差和系統(tǒng)誤差兩類，按定義隨機誤差和系統(tǒng)誤差都是無窮多次測量情況下的理想概念不確定度分量評定時一般不必區(qū)分其性質(zhì)，若需要區(qū)分時應(yīng)表述為：“由隨機效應(yīng)引入的不確定度分量”和“由系統(tǒng)效應(yīng)引入的不確定度分量”

6已知系統(tǒng)誤差的估計值時可以對測量結(jié)果進行修正，得到已修正的測量結(jié)果不能用不確定度對測量結(jié)果進行修正，在已修正測量結(jié)果的不確定度中應(yīng)考慮修正不完善而引入的不確定度

不確定度相關(guān)聯(lián)詞的定義

標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

用標(biāo)準(zhǔn)偏差表示的測量結(jié)果的不確定度，稱為標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

按照估計方法的不同，它可分為兩類：用統(tǒng)計方法計算者，稱為A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度，或稱為標(biāo)準(zhǔn)不確定度的A類估算法；不同于A類的其它方法計算者，稱為B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度，或稱為標(biāo)準(zhǔn)不確定度的B類估算法。

將標(biāo)準(zhǔn)不確定度區(qū)分為A類和B類的目的，只說明計算方法的不同，以便于研究，并非表明兩種方法得到的分量在本質(zhì)上存在差異，兩種方法均基于概率分布。

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

根據(jù)其它一些量值的測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度求出被測結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，它等于各項分量標(biāo)準(zhǔn)不確定度的平方和的正平方根，即通常所說的方和根。

擴展不確定度，又稱總不確定度：

是指定義測量結(jié)果區(qū)間的有關(guān)量，即被測量的值以某一可能性（即置信水平）落入該區(qū)間中。擴展不確定度一般是該區(qū)間的半寬，我們過去常說誤差界限與此類似。 覆蓋因子：

為獲得控制不確定度，作為合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度乘數(shù)的數(shù)字因子。亦可以說，它是擴展不確定度與合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的比值，過去用3σ表示極限誤差，其中的“3”有些類似于覆蓋因子。

測量不確定度的分類

1、按測量不確定度的表示方法分為：

標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

擴展不確定度。

2、用統(tǒng)計方法評定的不確定度分量和用其它方法評定的不確定度分量，將不確定度分為：

A類不確定度；B類不確定度。

A類、B類不確定度計算方法都基于概率分布，用統(tǒng)計方法或用其它方法得到的不確定度分量都可用標(biāo)準(zhǔn)偏差或方差定量表示。

在實際應(yīng)用中，不應(yīng)將不確定分量分為“隨機不確定度”和“系統(tǒng)不確定度”。不確定度的這種分類是含糊的，應(yīng)盡量避免。在一次測量中不確定度的“隨機分量”或“隨機不確定度”在第一次測量結(jié)果中作為輸入數(shù)據(jù)使用，而在另一次測量中可能成為不確定度的“系統(tǒng)”分量，得出“系統(tǒng)不確定度”。所以，一般只要求對不確定度的評定方法進行分類，而不是對不確定度本身進行劃分，兩類不確定度合成后乘以包含因子，得到擴展不確定度，也就是總的不確定度。

為了確保測量不確定度在允許的范圍內(nèi)，并與被測參數(shù)所要求的測量能力相一致，通過測量設(shè)備的測量不確定度的分析、評定，實施測量不確定度的有效控制，達到指導(dǎo)進行測量設(shè)備配備，實施檢測能力的目的。

哪些方面需進行不確定度分析

1、公司計量標(biāo)準(zhǔn)的建立，復(fù)查審核，必須對標(biāo)準(zhǔn)的測量不確定度進行分析、評定，并寫出建標(biāo)或標(biāo)準(zhǔn)復(fù)查的技術(shù)報告。

2、新產(chǎn)品投產(chǎn)前，必須編制計量器具配備計劃，對產(chǎn)品的關(guān)鍵參數(shù)的工藝、質(zhì)量檢測進行不確定度分析。

3、客戶要求對所出具的檢測數(shù)據(jù)給出不確定度分析時，需進行不確定度分析。

4、如果檢測數(shù)據(jù)不作評定產(chǎn)品或服務(wù)質(zhì)量的最終憑據(jù)，或測量精度要求不高，可根據(jù)實際需要進行不確定度分析。分析時，可參照《測量設(shè)備選用指南》提供的方法進行粗略分析。

5、能源、經(jīng)營、安全環(huán)保和工業(yè)衛(wèi)生有關(guān)參數(shù)的檢測中測量設(shè)備計劃編制工作時，一般不進行分析。如果所配的測量設(shè)備明顯偏離有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，或者要求進行不確定度分析時，應(yīng)進行不確定度的分析。

6、當(dāng)采用低值易耗，一次性檢定的測量設(shè)備進行檢測時，除非特殊要求可不進行不確定度分析。

影響測量不確定度的因素

測量中產(chǎn)生誤差的因素很多，也就是說，影響測量不確定度的因素很多，這些因素有：

儀器的誤差；

測量標(biāo)準(zhǔn)帶來的誤差；

被測對象本身造成的誤差；

環(huán)境的誤差；

測量方法帶來的誤差；

操作者帶來的誤差。

這些誤差中，有些已明顯的可以估計，有些尚不清楚，有的可以忽略不計。對于那些已被明顯的確認了的誤差因素，在估計測量不確定度時，必須予以充分考慮。

測量不確定度的來源

被測量的定義不完善；

被測量定義復(fù)現(xiàn)不理想；

測量樣本不能代表定義的被測量；

沒有充分了解環(huán)境條件對測量過程的影響，或環(huán)境條件測量不完善；

模擬或儀表讀數(shù)時有人為偏移；

測量標(biāo)準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的值不準(zhǔn)確；

儀器分辨率或鑒別力閾有限；

根據(jù)外部源得出并在數(shù)據(jù)簡化計算中使用常數(shù)及其它參數(shù)不準(zhǔn)確；

測量方法和測量過程中引入的近似值及假設(shè)；

在同一條件下被測量重復(fù)測量值中的變化。

上述各不確定度來源之間可能互不相關(guān)，亦可相關(guān)。當(dāng)總的不確定度明顯危及在誤差極限內(nèi)進行測量的能力時，應(yīng)采取下列措施：

1、改變檢測方法。比如，引進更為先進的測量方法。

2、引進能滿足檢測能力的測量設(shè)備或外來服務(wù)或外借測量設(shè)備進行檢測。

3、縮短溯源鏈，提高標(biāo)準(zhǔn)器的等級。

4、縮短測量設(shè)備的確認間隔，滿足測量設(shè)備的檢測能力。

5、改善測量設(shè)備的檢測環(huán)境條件及使用環(huán)境條件。

6、與客戶協(xié)商，探討讓步的可能性，爭取客戶的讓步。

測量不確定度，在施工、生產(chǎn)、經(jīng)營、能源、安全環(huán)保、工業(yè)衛(wèi)生的計量檢測當(dāng)中，都時時存在，通過對測量設(shè)備的配備，實施檢測以及在說明和使用檢測結(jié)果時對不確定度進行分析，是對測量設(shè)備的測量給出接近真值的響應(yīng)能力能否滿足施工、生產(chǎn)的需要的一種評定。

通過此種評定，我們就能在既滿足施工、生產(chǎn)的技術(shù)要求，又節(jié)約資金，達到提高工程產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源消耗，提高測量設(shè)備的使用效率，減少因錯配、錯用測量設(shè)備而造成不必要的浪費，爭創(chuàng)更好效益的目的。