JJF10591-2012测量不确定度评定与表示培训讲义(北理工周桃庚)

JJF1059.1测量不确定度评定与表示北京理工大学周桃庚[e-mail]主要内容•测量不确定度概念的产生和发展•实验室认可和资质认定政策对测量不确定度评估的要求•统计学的基本知识•JJF1059.1－2012《测量不确定度评定与表示》的讲解•JJF1059.2－2012《用蒙特卡洛法评定测量不确定度》的简要介绍第一部分测量不确定度概念的产生和发展概览•在日常生活的许多方面，当我们估计一件事件的大小时，我们习惯性地会产生疑问。•例如，如果有人问，“你认为这个房间的温度是多少”？我们可能会说，“大概摄氏25度。”•“大概”的使用，意味着我们知道室温不是刚好就是25度，但是应在25度左右。•换句话说，我们认识到，对估计的这个温度的值是有所疑问的。概览•当然，我们可以更具体一点。我们可以说，“25度上下几度”•“上下”意味着，对这个估计仍有疑问，但对怀疑的程度给出了一个范围。•我们对该估计的怀疑，或不确定度，给出了一些定量的信息。•室温在房间的“真实的”温度的5度范围内•室温在2度范围内概览•不确定度越大，我们就越肯定，它包含了“真”值•因此给定的场合，不确定度与置信的水平有关。•我们估计的室温基于主观评价。•这不完全是猜测，因为我们可能有经验，接触到类似的和已知的环境。•为了实施更客观的测量，有必要使用某种测量仪器概览•使用一个温度计•即使使用测量仪器，对这个结果仍然会有一些疑问，或不确定度。例如，可以问：–“温度计准吗？”–“怎么读数呢？”–“读数会变吗？”–“手持温度计。会使温度上升吗？”–“房间里的相对湿度变化很大，会影响结果吗？”–“测量跟房间中所处的位置有关吗？”•为了量化的房间温度测量的不确定度，因此，必须考虑可能影响结果的所有因素。必须对这些影响的可能变化作出估计。•如果测量想要得出一个结论，不确定度就不能太大。•不确定度也不必极小，只需做到合理地小。•给出的结论，必须给出充分的理由让人相信该结论。•必须证实该结论。18克拉金合金不确定度的含义•“不确定度”这个词是指可疑程度，广义而言，测量不确定度意指对测量结果的有效性的可疑程度。•由于不确定度的一般概念与提供此概念定量度量的特定量，如标准偏差，缺少可用的不同词汇，因此需要在两种不同意义中使用“不确定度”这个词。–ISOGuide98-3不确定度表示指南(GUM)•测量结果的不确定度反映了对被测量值的认识不足。研究不确定度的意义•当报告物理量的测量结果时，必须对测量结果的质量给出定量的表述，以便使用者能评估其可靠性。如果没有这样的表述，则测量结果之间、测量结果与标准或规范中指定的参考值之间都不可能进行比较。•所以必须要有一个便于实现、容易理解和公认的方法来表征测量结果的质量，也就是要评定和表示其不确定度。•不确定度的概念和其定量表示的方法都必须满足许多不同测量应用的不同需求研究不确定度的意义•当对己知的或可疑的误差分量都作了评定，并进行了适当的修正后，即由显著的系统效应引起的所有误差分量，都评定并修正，这样的测量结果的修正仍然存在着不确定度，也就是，测量结果是否代表被测量之值，存有可疑。•在市场全球化时代，评定和表示不确定度的方法在全世界统一是必不可少的，使不同国家进行的测量可以容易地相互比较。谁需要给出测量不确定度？•遵照ISO/IEC17025，检测和校准实验室都需要估计测量不确定度。–5.4.6.1校准实验室或进行自校准的检测实验室，对所有的校准和各种校准类型都应具有并应用评定测量不确定度的程序。–5.4.6.2检测实验室应具有并应用评定测量不确定度的程序。•5.10.3.1当不确定度与检测结果的有效性或应用有关，或客户的指令中有要求，或当不确定度影响到对规范限度的符合性时，检测报告中还需要包括有关不确定度的信息•校准中，在证书中都必须声明不确定度。有效不确定度评定的基本要求•明确，且没有任何模棱两可定义被测量，即拟测量的量，或需测量的，分析的或测试的特性•对测量程序和测量对象有全面的了解•对影响测量结果的影响量有全面的分析•识别不确定度的主要分量•给定相关影响量/不确定度来源的完整列表，就可运用不同的方法实施不确定度评定。不确定度评定的方法•建模方法–严格的数学分析方法：测量测序的详尽的数学模型的基础上的“建模方法”–每一个不确定度贡献与一个专门的输入量相关，每个不确定度贡献单独评定–单个不确定度按不确定度传播率合成。•MonteCarlo方法•经验方法–基于整体方法(whole-method)性能研究，–包括尽可能多的相关不确定度的来源–使用的数据通常有：实验室内确认研究，质量控制，实验室间确认研究，或能力验证等的精密度和偏倚数据GUM法、JJF1059.1GUM-S1、JJF1059.2被测量的定义不确定度分量列表实验室内方法实验室间方法标准不确定度评定组织重复性测量，方法确认方法准确度ISO5725GB/T6379能力验证ISO指南43ISO13528GUM不确定度传播律加上其他不确定贡献，比如，偏倚的不确定度使用已出版的值+偏倚和在实验室间研究中未考虑的因子的不确定度ISOTS21748变异性+偏倚和在实验室间研究中未考虑的因子的不确定度数学模型？PT或方法性能研究？建模方法单个实验室确认方法实验室间确认方法PT方法经验方法是否方法性能PT文件通用建模单实验室实验室间PTISOGuide98-3，不确定度表示指南(GUM),2008JJF1059.1-2012测量不确定度评定与表示√√ISOGuide98-3Suppl.1用蒙特卡洛法传播概率分布JJF1059.2-2012用蒙特卡洛法评定测量不确定度√√EURACHEM/CITAC,分析测量中的定量不确定度，第3版，2012CNAS—GL06化学分析中不确定度的评估指南，2006√√√EA4/16定量检测中的不确定度评定指南，2004√√√√√EA4/02校准中测量不确定度评定，1999√ISO/TS21748利用重复性、再现性和正确度的估计值评估测量不确定度的指南GBZ22553-2010√ISO13528利用实验室间比对进行能力验证的统计方法CNAS—GL02能力验证结果的统计处理和能力评价指南GBT27043-2012合格评定能力验证的通用要求ISO/IEC17043:2010《合格评定能力验证的通用要求》√文件通用建模单实验室实验室间PTISO5725测量方法与结果的准确度(正确度与精密度)，6部分GBT6379.1-2004测量方法与结果的准确度(正确度与精密度)第1部分：总则与定义.第2部分：确定标准测量方法重复性与再现性的基本方法.第4部分：确定标准测量方法正确度的基本方法第5部分：确定标准测量方法精密度的可替代方法第6部分：准确度值的实际应用√GB/T6379.3-2012测量方法与结果的准确度(正确度与精密度)第3部分：标准测量方法精密度的中间度量√GB/T27411-2012检测实验室中常用不确定度评定方法与表示√√√GB/T27407-2010实验室质量控制利用统计质量保证和控制图技术评价分析测量系统的性能√GB/T27408-2010实验室质量控制非标准测试方法的有效性评价线性关系√测量不确定度发展简介GUM的发布•1993年，“测量不确定度表示指南”《GuidetotheExpressionofUncertaintyinMeasurement—correctedandreprinted》(简称GUM)以7个国际组织的名义联合发布，国际标准化组织(ISO)正式出版发行。–两个世界性计量组织:国际计量局（BIPM）、国际法制计量组织（OIML)–代表化学和物理方面的两个国际联盟: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）–国际电工委员会（IEC）、国际临床化学联合会（IFCC）、国际标准化组织（ISO）•1995年作了一些更正后重新印刷，即（GUM1995），为在全世界采用统一的测量结果的不确定度评定和表示方法奠定了基础。计量导则联合委员会(JCGM)•1997年由七个国际组织创立了计量学指南联合委员会（JCGM），由国际计量局（BIPM）局长任主任，JCGM有两个工作组。•第1工作组(JCGM/WG1)名为“测量不确定度表示工作组”，任务是推广应用及补充完善GUM；•第2工作组(JCGM/WG2)名为“国际计量学基本和通用术语及词汇(VIM)工作组”，任务是修订VIM及推广其应用。•2005年国际实验室认可合作组织（ILAC）正式参加该联合委员会后，成为八个国际组织联合发布有关文件。不确定度评定最新动态•2008年，JCGM/WG1将1995版GUM提交给JCGM，重新命名为JCGM100:2008《测量数据的评定—测量不确定度表示指南》•并以ISOIECBIPMOIMLIUPACIUPAPIFCC和ILAC等8个国际组织的名义发布，并命名为ISO/IECGUIDE98-3:2008《测量不确定度—第3部分：测量不确定度表示指南》[Uncertaintyofmeasurement—Part3:Guidetotheexpressionofuncertaintyinmeasurement(GUM:1995)]。•只对GUM1995仅作了少量修改。JCGM100的修订最新进展•主要修订思想–保持现有GUM处理方法的有效性,即总体框架不作大的改动;–改进以使其便于理解和使用;–去除GUM内部有关术语的不一致;–对“真值不唯一”的情况(如在化学、医学中)能够进行处理;–去除有关对概率的相矛盾观点(频率原理和贝叶斯原理)带来的内部不一致。•目前工作进展顺利。•下了一定的功夫，审阅目前GUM的举例，并收集各行业的新的例子。•这些例子将以单独的文件发布，这样容易更新和扩展，而不需要对主要文件进行修订。•预计，委员会草案第一版本可能在2014发行。GUM的局限性•局限性主要有两个方面•GUM中缺乏一般性的程序，以获得规定概率下包含被测量之值的区间–该区间称作规定包含概率下的包含区间•被测量，即输出量不止一个时，未给出充分的指导•这两个主题要求在微积分和概率的知识水平比GUM所需要的要高•决定制定具体的指导性文件，而不是对GUM进行全面修订GUM增补件•JCGM101:2008GUM增补1–使用MonteCarlo方法进行分布传播•JCGM102:2011GUM增补2–扩展到多输出量•JCGM103:GUM增补3–建模•JCGM108增补4：贝叶斯方法•所有JCGM第1工作组产生的JCGM文件都在相同的醒目标题“测量数据的评定”下出现•ISO/IECGUIDE98-3:2008/Suppl.1:2008•ISO/IECGuide98-3:2008/Suppl.2:2011•ISO/IECGuide98-3:2008/Suppl.3•ISO/IECGuide98-3:2008/Suppl.4•ISO/IECGuide98的总名称是“测量不确定度”GUM增补1•通过MonteCarlo传播概率密度函数(PDF)•通用的传播方法，可用处理–非线性模型–附有约束条件的模型•利用输出量的PDF，可计算所需的输出量，比如–包含区间–标准不确定度GUM增补2•扩展到任意多个输出量的模型–不确定度传播(GUF)–概率密度函数传播(GUM-S1)•复数的应用•使用MonteCarlo验证GUFGUM增补3•描述测量建模和模型的使用•还在起草过程中，JCGM第1工作组于2012年11月27-30日召开的会议透露，该文件大约完成了一半•也在这个会议上，透露，将起草GUM增补4-贝叶斯方法•2013年5月28日-31日会议的简报，对第一次完整的文本草案方面的更新取得了实质性的进展。•它与GUM修订平行进展，以避免两个文件之间的冗余。GUM的补充性文件•JCGM104:2009,测量不确定度表示的介绍•JCGM105:概念和基本原理•JCGM106:2012，不确定度在合格评定中的作用•JCGM107:最小二乘法的应用•ISO/IECGui