2012.4.7课件评定不确定度的一般步骤

一、原始记录和数据处理盐城市计量测试所彭华伟原始记录和数据处理•依据JJF1069-2007《法定计量检定机构考核规范》7.10“原始记录和数据处理”的要求：原始记录必须是当时记录的，不能事后追记或补记，也不能以重新抄过的记录代替原始记录。（检定员必须要改掉用草稿纸记录后重抄的习惯）。•原始记录必须做到真实客观，信息量足够，能从中了解到不确定度的重要影响因素，在需要时能在尽可能与原来条件接近的情况下使检定或校准实验重现。重抄的记录是不能作为原始记录，也不能作为其承担法律责任的凭证。•必须使用按规定设计的记录格式，记录要有编号、页号。记录应包括负责抽样的人员，各项检定、校准的执行人员和结果核验人员的签名，要按规定在原始记录上是亲笔签名。•观测结果、数据和计算应在工作时予以记录，并能按照特定的任务分类识别。当在记录中发生错误时，对每一错误应划改，不可擦掉或涂掉，以免字迹模糊或消失，并将正确值填写在其旁边。对记录的所以改动应有改动人的签名或盖章。对电子存储的记录也采取同等措施，以避免原始数据的丢失或更改机构应按规定的期限保存原始记录，包括得到检定、校准和检测结果的原始观测数据及其导出数据，被检定、校准和检测的物品的信息记录，实施检定、校准和检测时的人员、设备和环境条件及依据的方法的记录和数据处理记录。并按规定要求保留出具的检定证书、校准证书和检测报告的副本。综合来说，原始记录必须满足二大要求：1、真实性要求；2、信息量要求。•相关文件1．《文件控制程序》•质量记录1．《记录归档登记表》…………………………QRD-4.13-1-01•2．《记录借阅/复印/销毁登记表》……………QRD-4.13-1-02二、评定不确定度的一般步骤一、测量不确定度的概念含义•测量不确定度是指“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”•㈠测量：只有测量，才有不确定度。--测得值的不确定度•㈡不确定：不知道、不明白--科学上达不到•实际工作中合理取舍•㈢度：程度可知设备：卡尺±0.02mm范围•环境：温度(20±1)℃•人员：X1，X2，….，Xn数据列•方法：•任何一个测量，不管简单还是复杂，都涉及设备、环境、人员、方法•四大方面因素，这四方面因素都是不确定的，它们构成一个个不确定度分量，测量不确定度评定就是利用统一规定的数学方法对这些分量进行计算。•）二、评定不确定度的一般步骤测量不确定度评定步骤：（1）明确被测量，必要时给出被测量的定义及测量过程的简单描述；（2）列出所有影响不确定度的影响量（即输入量xi），并给出用以测定测量不确定度的数学模型；（３）评定各输入量的标准不确定度u(xi)，并通过灵敏系数ci进而给出与各输入量对应的不确定度分量u(ｙi)＝│ci│u(xi)；（４）计算合成标准不确定度ｕｃ(ｙ)，计算时应考虑各输入量之间是否存在值得考虑的相关性，对于非线性数学模型则应考虑是否存在值得考虑的高阶项；（５）列出不确定度分量的汇总表，表中应给出每一个不确定度分量的详细信息；（６）对被测量的概率分布进行估计，并根据概率分布和所要求的置信水平ｐ确定包含因子ｋｐ；（７）在无法确定被测量ｙ的概率分布时，或该测量领域有规定时，也可以直接取包含因子ｋ＝２；（８）由合成标准不确定度ｕｃ(ｙ)和包含因子ｋ或ｋｐ的乘积，分别得到扩展不确定度Ｕ或Ｕｐ；（９）给出测量不确定度的最后陈述，其中应给出关于扩展不确定度的足够信息。利用这些信息，至少应该使用户能从所给的扩展不确定度进而评定测量结果的合成标准不确定度。通常，不确定度评定的流程如图。分析不确定度来源和建立数学模型评定标准不确定度分量ｕｉ计算合成标准不确定度ｕｃ确定扩展不确定度Ｕ报告测量结果三、测量过程简述和建立数学模型•3.1测量过程简述（分析测量不确定度的来源）•测量依据：规程或规范代号与名称；•测量环境条件：温度、湿度或其它；•测量标准：标准器名称、测量范围和准确度等级；•被测对象：名称、准确度和测量范围；•测量方法：简述测量原理或过程。•3.2建立数学模型选择恰当的数学模型，各输入量应尽量处理成互不相关，便于简化不确定度评定；依据数学模型列出方差公式；计算灵敏度系数。三、标准不确定度分量的评定•所有的不确定度分量有两种，也只有两种表现形式，即‘范围’和‘数据列’•将两种不同形式的量都转换成相同的参考量：标准偏差（不确定度）•任何一个标准偏差（不确定度分量）都具有三个特征量：大小、分布、自由度。其中自由度是用来描述‘大小’的可靠程度，自由度越大（小），则‘大小’的可靠程度越高（低）。•将重复测量的数据列转换成标准偏差的过程为A类评定•A类评定有以下常用方法：•a)标准差法（贝塞尔公式法）•1）最佳估计值：由n次重复测值的算术平均值得到：•2）单次实验标准差为：•3）平均值的实验标准差为：•4）分布特征：一般可认为是正态分布nxxi/s(xi)=niixxn1211iixsnxu1)(自由度：v=n-1•b)极差法–单次n独立观测值的实验标准差为：。其中R为多次测量值中最大值与最小值之差，极差系数C值由附表一给出。–平均值实验标准差为：u()=–分布特征：使用极差法的前提条件是可以估计为接近正态分布。•自由度：由附表1查得。–最小二乘法数据处理过程比较繁琐，一般较少使用。（化学上使用）需要时可参考有关的技术资料。CRxui)(测量次数n23456789极差系数C1.131.642.062.332.532.702.852.97自由度v0.91.82.73.64.55.36.06.8ixixnxski)(,•不确定度的B类评定•将范围（±a）转换成标准偏差：B类评定•1)标准不确定度的B类评定是借助于一切已知的可利用的具有评定可靠性的有关信息从最大可能偏差折算得到的。由于B类评定主要依赖于以往的信息、相关的技术资料、经验等，因而B类评定往往表现出较多的“经验性”，这尤其表现在B类不确定度分量自由度的评估方面。•2)所谓具有可靠性的有关出处可以是：•以前的测量数据；•对有关技术材料和测量仪器特性的了解和经验；•生产部门提供的技术说明文件；•检定证书、校准证书及其他文件提供的数据；•手册或某些资料给出的参考数据及其不确定度；•规定实验方法的国家标准或类似技术文件中给出的重复性限r或复现性限R。•3)B类不确定度分量的合理评估主要依赖于对xi的置信区间（可能的变化范围）及它所遵守分布的正确理解。•a)分布特征：xi的分布特征判定请参照下表，若查不到又缺乏任何其他可参考信息时，一般估计为矩形（均匀）分布是合理的。•b)标准不确定度：keu•分子e表示xi可能的变化范围的一半（半区间）。分母k是xi所遵守的分布对应的包含因子，可直接查下表。•附表A（正态分布）•附表B(其他分布)•注:请注意上表正态分布k值随概率的变化，其他几种分布的概率皆为100%，k值是固定不变的。P(%)5068.27909595.459999.73kp0.67611.6451.96022.5763分布类别P（%）k矩形（均匀）100三角100梯形（β=0.71）1002反正弦100两点1001362•c)自由度：B类标准不确定度的自由度由下式计算：•例：90%可靠：ν＝1/（2×（0.1）2）=50只舍不进•总结：22221)()(21)()(21不可靠iiiiixuxuxuxuvA类B类来源自己亲自观测到的数据列外界提供的计算方式相同μ：数学期望σ2：方差地位完全平等对人员要求复杂、教条简单、经验合成标准不确定度•3、合成标准不确定度•合成不确定度计算，各输入量彼此独立不相关可按下式进行计算：•不确定度的数值大小可以以绝对方式也可以相对方式（类似于绝对误差、相对误差）给出，但合成时必须注意所有不确定度分量数值大小表述方式的一致性，要么皆为绝对方式要么皆为相对方式，切不可混乱使用，计量单位也要一致；•如果各输入分量不相关，则合成标准不确定度等于各分量标准不确定度的平方和的正平方根。•自由度的合成：合成标准不确定度的有效自由度veff并根据下式计算：•有效自由度veff的数值大小一般只取整数，小数位原则上只舍不进•分布的合成：依据数学上“中心极限定理”，一般可以认为合成标准不确定度遵从正态分布；)()(2yucyuiicNiiiceffvyuyuv144•4扩展标准不确定度•方案一：扩展不确定度U等于合成不确定度乘覆盖因子k，一般直接取k=2（或k=3）。•方案二：扩展不确定度Up等于合成不确定度乘覆盖因子kp，按需要的概率p及veff查附录B的t分布表求kp。•5测量结果表述•扩展不确定度只取2位有效数字，其他小数位原则上只进不舍；•测量结果中平均值的位数应与扩展不确定度的位数对齐。平均值的位数由保留两位有效数字的扩展不确定度的位数决定，当平均值的位数不够时原则上补零对齐；•测量结果的表述在JJF1059-1999中有多种形式，一般采用以下形式。以被报告标称值为100g的标准砝码ms的测量结果为例：•绝对方式：ms=(100.02147±0.00070)g或•相对方式：ms=100.02147(1±0.70×10-5)g•结果=平均值±扩展不确定度；（k=？p=？）位数对齐ykuUcyukUcp谢谢