JJF-1059-1999-测量不确定度评定与表示

1范围2基本术语及其概念3产生测量不确定度的原因和测量模型化4标准不确定度的A类评定5标准不确定度的B类评定6合成标准不确定度的评定7扩展不确定度的评定8测量不确定度的报告与表示附录打印刷新测量不确定度评定与表示JJF1059—1999一切测量结果都不可避免地具有不确定度。《测量不确定度表示指南》(GuidetotheExpressionofUncertaintyinMeasurement以下简称GUM)，由国际标准化组织(ISO)计量技术顾问组第三工作组(ISO／TAG4／WG3)起草，于1993年以7个国际组织的名义联合发布，这7个国际组织是国际标准化组织(ISO)、国际电工委员会(IEC)、国际计量局(BIPM)、国际法制计量组织(OIML)、国际理论化学与应用化学联合会(IUPAC)、国际理论物理与应用物理联合会(IUPAP)、国际临床化学联合会(IFCC)。GUM采用当前国际通行的观点和方法，使涉及测量的技术领域和部门，可以用统一的准则对测量结果及其质量进行评定、表示和比较。在我国实施GUM，不仅是不同学科之间交往的需要，也是全球市场经济发展的需要。本规范给出的测量不确定度评定与表示的方法从易于理解、便于操作、利于过渡出发，原则上等同采用GUM的基本内容，对科学研究、工程技术及商贸中大量存在的测量结果的处理和表示，均具有适用性。本规范的目的是：——提出如何以完整的信息评定与表示测量不确定度；——提供对测量结果进行比较的基础。评定与表示测量不确定度的方法满足以下要求：a)适用于各种测量和测量中所用到的各种输入数据，即具有普遍适用性。b)在本方法中表示不确定度的量应该：——能从对不确定度有贡献的分量导出，且与这些分量怎样分组无关，也与这些分量如何进一步分解为下一级分量无关，即它们是内部协调一致的；——当一个测量结果用于下一个测量时，其不确定度可作为下一个测量结果不确定度的分量，即它们是可传播的。c)在诸如工业、商业及与健康或安全有关的某些领域中，往往要求提供较高概率的置信区间，本方法应能方便地给出这样的区间及相应的置信概率。本规范给出了常见情况下，评定与表示测量不确定度的原则、方法和简要步骤，其中的举例，旨在对原则和方法作详细说明，以便于进一步理解和有助于实际应用。附录中所用的基本符号，取自GUM及有关的ISO、IEC标准。1范围1.1本规范所规定的测量中评定与表示不确定度的通用规则，适用于各种准确度等级的测量领域，例如：a)建立国家计量基准、计量标准及其国际比对；b)标准物质、标准参考数据；c)测量方法、检定规程、检定系统、校准规范等；d)科学研究及工程领域的测量；e)计量认证、计量确认、质量认证以及实验室认可；f)测量仪器的校准和检定；g)生产过程的质量保证以及产品的检验和测试；h)贸易结算、医疗卫生、安全防护、环境监测及资源测量。1.2本规范主要涉及有明确定义的，并可用唯一值表征的被测量估计值的不确定度。至于被测量呈现为一系列值的分布或取决于一个或多个参量(例如，以时间为参变量)，则对被测量的描述是一组量，应给出其分布情况及其相互关系。2基本术语及其概念本规范中所使用的术语及其定义与《JJF1001——1998通用计量术语及定义》一致，但其中楷体字的内容为本规范所增加。2.1［可测量的］*量［measurable］quantity*方括号［］中的字一般可省略，下同。现象、物体或物质可定性区别和定量确定的属性。注：1术语“量”可指一般意义的量或特定量。一般意义的量如长度、时间、质量、温度、电阻、物质的量浓度；特定量如某根棒的长度，某根导线的电阻，某份酒样中乙醇的浓度。2可相互比较并按大小排序的量称为同种量。若干同种量合在一起可称之为同类量，如功、热、能；厚度、周长、波长。3量的符号参照《GB3100～3102—1993量和单位》。2.2量值valueofaquantity一般由一个数乘以测量单位所表示的特定量的大小。例：5.34m或534cm，15kg，10s,－40℃。注：对于不能由一个数乘以测量单位所表示的量，可参照约定参考标尺，或参照测量程序，或两者都参照的方式表示。2.3［量的］真值truevalue［ofaquantity］与给定的特定量定义一致的值。注：1量的真值只有通过完善的测量才有可能获得。2真值按其本性是不确定的。3与给定的特定量定义一致的值不一定只有一个。4GUM用“被测量之值”代替“真值”。在不致引起混淆时，推荐这一用法。2.4［量的］约定真值conventionaltruevalue［ofaquantity］对于给定目的具有适当不确定度的、赋予特定量的值，有时该值是约定采用的。例：a)在给定地点，取由参考标准复现而赋予该量的值作为约定真值。b)常数委员会(CODATA)1986年推荐的阿伏加德罗常数值6.0221367×1023mol－1。注：1约定真值有时称为指定值、最佳估计值、约定值或参考值。参考值在这种意义上使用不应与参考条件中的参考值混淆。2常用某量的多次测量结果来确定约定真值。2.5被测量measurand作为测量对象的特定量。例：给定的水样品在20℃时的蒸汽压力。注：1对被测量的详细描述，可要求包括对其他有关量(如时间、温度和压力)作出说明。2实践中，被测量应根据所需准确度予以完整定义，以便对所有的测量，其值是单一的。例如：一根标称值为1m长的钢棒其长度需测至微米级准确度，其技术说明应包括给定温度和压力。但若只需毫米级准确度，则无需规定温度、压力和其他影响量的值。2.6测量结果resultofameasurement由测量所得到的赋予被测量的值。注：1在给出测量结果时，应说明它是示值、未修正测量结果或已修正测量结果，还应表明它是否为若干个值的平均值。2在测量结果的完整表述中，应包括测量不确定度，必要时还应说明有关影响量的取值范围。3测量结果仅是被测量之值的估计。4很多情况下，测量结果是在重复观测的情况下确定的。5在测量结果的完整表述中，还应给出自由度。2.7测量准确度accuracyofmeasurement测量结果与被测量的真值之间的一致程度。注：1不要用术语“精密度”代替“准确度”。2准确度是一个定性概念。例如：可以说准确度高低、准确度为0.25级、准确度为3等及准确度符合××标准；尽量不使用如下表示：准确度为0.25%、16mg、≤16mg及±16mg。2.8［测量结果的］重复性repeatability［ofresultsofmeasurements］在相同测量条件下，对同一被测量进行连续多次测量所得结果之间的一致性。注：1这些条件称为“重复性条件”。2重复性条件包括：相同的测量程序；相同的观测者；在相同的条件下使用相同的测量仪器；相同地点；在短时间内重复测量。3重复性可以用测量结果的分散性定量地表示。4重复性用在重复性条件下，重复观测结果的实验标准差(称为重复性标准差)sr定量地给出。5重复观测中的变动性，是由于所有影响结果的影响量不能完全保持恒定而引起的。2.9［测量结果的］复现性reproducibility［ofresultsofmeasurements］在改变了的测量条件下，同一被测量的测量结果之间的一致性。注：1在给出复现性时，应有效说明改变条件的详细情况。2可改变的条件包括：测量原理；测量方法；观测者；测量仪器；参考测量标准；地点；使用条件；时间。3复现性可用测量结果的分散性定量地表示。4测量结果在这里通常理解为已修正结果。5在复现性条件下，复现性用重复观测结果的实验标准差(称为复现性标准差)sＲ定量地给出。6又称为“再现性”。2.10实验标准［偏］差experimentalstandarddeviation对同一被测量作n次测量，表征测量结果分散性的量s可按下式算出：(1)式中qk是第k次测量结果；是n次测量的算术平均值。注：1当将n个测量结果视作分布的样本时，是该分布的期望值q的无偏估计，实验方差s２(qk)是这一分布的方差２的无偏估计。2s(qk)／为的分布的标准差估计，称为平均值的实验标准差。3将平均值的实验标准差称为平均值的标准误差是不正确的。4s(qk)与s(qk)／n的自由度相同，均为n－1。5式(1)称为贝塞尔公式。2.11［测量］不确定度uncertainty［ofameasurement］表征合理地赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数。注：1此参数可以是诸如标准差或其倍数，或说明了置信水准的区间的半宽度。2测量不确定度由多个分量组成。其中一些分量可用测量列结果的统计分布估算，并用实验标准差表征。另一些分量则可用基于经验或其他信息的假定概率分布估算，也可用标准差表征。3测量结果应理解为被测量之值的最佳估计，全部不确定度分量均贡献给了分散性，包括那些由系统效应引起的(如，与修正值和参考测量标准有关的)分量。4不确定度恒为正值。当由方差得出时，取其正平方根。5不确定度一词指可疑程度，广义而言，测量不确定度意为对测量结果正确性的可疑程度。不带形容词的不确定度用于一般概念，当需要明确某一测量结果的不确定度时，要适当采用一个形容词，比如合成不确定度或扩展不确定度；但不要用随机不确定度和系统不确定度这两个术语，必要时可用随机效应导致的不确定度和系统效应导致的不确定度来说明。6《JJF1001—1998通用计量术语及定义》给出的上述不确定度定义是可操作的定义，即着眼于测量结果及其分散性。虽然如此，这个定义从概念上来说与下述曾使用过的定义并不矛盾：——由测量结果给出的被测量估计值的可能误差的度量。——表征被测量的真值所处范围的评定。不论采用以上哪一种不确定度的概念，其评定方法均相同，表达形式也一样。7本术语中的方括弧系本规范按GUM所加。2.12标准不确定度standarduncertainty以标准差表示的测量不确定度。2.13不确定度的A类评定typeAevaluationofuncertainty用对观测列进行统计分析的方法，来评定标准不确定度。注：不确定度的A类评定，有时又称为A类不确定度评定。2.14不确定度的B类评定typeBevaluationofuncertainty用不同于对观测列进行统计分析的方法，来评定标准不确定度。注：不确定度的B类评定，有时又称为B类不确定度评定。2.15合成标准不确定度combinedstandarduncertainty当测量结果是由若干个其他量的值求得时，按其他各量的方差或(和)协方差算得的标准不确定度。注：它是测量结果标准差的估计值。2.16扩展不确定度expandeduncertainty确定测量结果区间的量，合理赋予被测量之值分布的大部分可望含于此区间。注：扩展不确定度有时也称展伸不确定度或范围不确定度。2.17包含因子coveragefactor为求得扩展不确定度，对合成标准不确定度所乘之数字因子。注：1包含因子等于扩展不确定度与合成标准不确定度之比。2包含因子有时也称覆盖因子。3根据其含义可分为两种：k＝U／uc;kp＝Up／uc。4一般在2～3范围内。5下脚标p为置信概率，即置信区间所需要的概率。2.18自由度degreesoffreedom在方差的计算中，和的项数减去对和的限制数。注：1在重复性条件下，对被测量作n次独立测量时所得的样本方差其中残差为。因此，和的项数即为残差的个数n，而是一个约束条件，即限制数为1。由此可得自由度v＝n－1。2当测量所得n组数据用t个未知数按最小二乘法确定经验模型时，自由度v＝n－t。3自由度反映相应实验标准差的可靠程度，用于在评定扩展不确定度Up时求得包含因子kp。合成标准不确定度uc(y)的自由度，称为有效自由度νeff，当y接近正态分布时，包含因子等于t分布临界值，即kp＝tp(veff)。2.19置信概率confidencelevel;levelofconfidence与置信区间或统计包含区间有关的概率值(1－α)。注：1符号为p,p＝1－α。2经常用百分数表示。3又称置信水平，置信系数，置信水准。2.20［测量］误差error［