测量不确定度评定培训讲义

测量不确定度评定2014年8月20日1第一章引言一、正确表示不确定度的意义测量不确定度表明了测量结果的质量，质量愈高不确定度愈小，测量结果的使用价值愈高；质量愈差不确定度愈大，使用价值愈低。在检测校准工作中，没有不确定度的测量结果不具备使用价值。测量结果是否有用，在很大程度上取决于测量不确定度的大小，报告测量结果的同时必须报告不确定度，才是完整的和有意义的。2•传统上的“误差”有两方面的问题：误差定义上逻辑问题;误差评定方法上的问题。误差术语存在定义上的逻辑缺陷、合成缺乏合理的方法。于是，就有了测量不确定度。二、不确定度的发展过程●1927年,海森堡提出了量子力学的测不准关系。●1963年，美国技术标准研究院NBS(NIST)数理统计专家埃森哈特（Eisenhart）提出测量不确定度概念。●1978年国际计量局(BIPM)发出不确定度征求意见书，征求各国和国际组织的意见。●1980年，国际计量局提出了实验不确定度建议书INC-1（1980）。●1986年组成国际不确定度工作组，负责制定用于计量、生产、科学研究中的不确定度指南。4●1993年，国际标准化组织（ISO）正式发布了《测量不确定度表示指南》（简称GUM）和《国际通用计量学基本术语》（简称VIM）两个文件。1995年又对GUM作了修订和重印。GUM自1993年出版以来，在世界范围内得到广泛的应用和发行。GUM和VIM两个文件，为全世界统一采用测量结果的不确定度评定和表示奠定了基础。5•目前该国际标准ISO/IECGuide98测量不确定度及其第三部分ISO/IECGuide98-3-2008《测量不确定度表示指南》(GuidetotheExpressionofUncertaintyinMeasurement以下简称GUM)，在1995版GUM修订的基础上以8个国际组织的名义于2008年联合发布，这8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)，国际实验室认可合作组织(ILAC)。GUM方法是当前国际通行的观点和方法，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。我国1998年发布了国家计量技术规范：JJF1001-1998《通用计量基本术语和定义》、1999年发布了JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》，分别与VIM和GUM相对应，成为我国进行测量不确定度评定的基础。目前JJF1001-2011《通用计量术语和定义》已发布，对应原JJF1059-1999的新版JJF1059.1即将发布。JJF1059.1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，也适用于实验、测量方法、测量装置和系统的设计和理论分析中有关不确定度的评估与表示。7•在以下情况下:1）输入量的概率分布不对称；2）不能假设输出量的概率分布近似为正态分布或t分布；3）测量模型不能用线性模型近似或求灵敏系数很困难；4）被测量的估计值与其标准不确定度大小相当。当遇到上述情况时，可考虑采用JJF1059.2蒙特卡洛法（简称MCM），即采用概率分布传播的方法，评定测量不确定度。当用本规范的方法(简称GUM法)评定的结果得到蒙特卡洛法验证时，则依然可以用本规范的方法评定测量不确定度。测量不确定度表明了这样一个事实，对给定的被测量和给定的被测量的测量结果，存在的不是一个值，而是分散在测量结果附近的无穷多个值，所以不确定度是一个区间，即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。9三、不确定度的主要应用领域(1)建立国家计量基准、标准及国际比对；(2)标准物质、标准参考数据；(3)测量方法、检定规程、校准规范等；(4)科学研究及工程领域的测量；(5)计量认证、计量确认、质量认证以及实验室认可；(6)测量仪器的校准和检定；10(7)生产过程的质量保证以及产品检验测试；(8)贸易结算、医疗卫生、安全防护、环境监测及资源测量。11•日常工作中常使用的场合：•1、特定测量结果的不确定度评定•2、常规测量的不确定度评定•3、评定实验室的校准测量能力•4、测量过程的设计和开发•5、两个或多个测量结果的比较•6、工件和测量仪器的合格评定CNAS-CL07:2011《测量不确定度评估和报告通用要求》●对于校准实验室，其测量不确定度的评定程序和方法应符合有关规定，对用于校准和自校准所建立的计量标准和校准方法均须提供测量不确定度评定评估报告，对承担量值传递的标准和仪器设备，应在其校准证书上报告测量不确定度。●检测实验室必须建立测量不确定度的评定评估程序。对于不同的检测项目和检测对象，可以采用不同的评定评估方法。检测实验室应有能力对每一项有数值要求的测量结果进行测量不确定度评定评估13第二章名词术语1量quantity现象、物体或物质的特性，其大小可用一个数和一个参考对象表示。(现象、物体或物质可定性区别和定量确定的属性。)【注】参考对象可以是某个测量单位、测量程序或标准物质。142量值quantityvalue；valueofaquantity；value用数和参考对象一起表示的量的大小。(一般由一个数乘以测量单位所表示的特定量的大小。)【例】某杆的长度：5.34m或534cm；某物体的质量：0.152kg或152g。【注】根据参考量的类型，量值可以是：●数和测量单位的乘积；对于量纲为1的量，单位1通常是不写出的；●相对于测量程序的数和参考量(reference)；●数和参考物质。153量的真值truequantityvalue,truevalueofquantity与量的定义一致的量值。(与给定的特定量的定义一致的值。)【注1】在测量误差处理方法中，认为真值是单一的，实际上是不可知的。不确定度处理方法认为，由于一个量的定义细节的固有局限性，不存在单一真值，只存在与定义一致的一组真值。【注2】对基本常量的特殊情况，可以认为量具有单一真值。【注3】在被测量的定义不确定度与测量不确定度的其它分量相比可忽略时，可以认为被测量具有“概念上单一”的量值。这就是GUM采用的方法，而“真”字认为是多余的。164约定量值conventionalquantityvalue对于给定目的，由协议赋予某量的量值。(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1】标准自由落体加速度（以前称标准重力加速度）gn=9.80665ms2。【例2】约瑟夫逊常量的约定量值KJ-90=483597.9GHzV1。【例3】某质量标准的约定量值m=100.00347kg。【注1】术语“约定真值”有时用于此概念，但不鼓励使用。【注2】约定量值仅是真值的估计值。【注3】约定量值通常被认为具有适当小(可能为零)的测量不确定度175被测量measurand拟测量的量。(作为测量对象的特定量。)【注1】被测量的详细说明需要有量类(kindofquantity)的知识，量的现象、物体或物质状态的描述，包括相关的组分，以及所涉及的化学基体描述。【注2】在第2版VIM和IEC60050-300:2001中，被测量定义为“作为测量对象的特定量”。【注3】测量(包括测量系统和进行测量的测量条件)可能会改变测量中的量的现象、物体和物质，使其不同于定义的被测量。在这种情况下，适当的修正是必须的。【例】当用具有足够大内部电导的电压表测量干电池两极之间的电位差时，可能会降低电位差。开路电位差可从干电池和电压表的内阻计算得到。【注4】在化学领域，物质或化合物的“分析”或名称，有时被用作“被测量”的术语。这种用法是不正确的，因为这些术语未涉及到量。186测量结果measurementresult，resultofmeasurement与其他有用的相关信息一起赋予被测量的一组量值。(由测量所得到的赋予被测量的值。)【注1】测量结果通常包含一组量值的“相关信息”，其中有一些更适宜表示被测量。【注2】测量结果通常表示为单个被测量量值和测量不确定度。对于某些用途而言，如果认为测量不确定度可以忽略不计，则测量结果可以表示为单个被测量量值。在许多领域中这是表示测量结果的通用方式。【注3】在传统文献和VIM的早期版本中，测量结果定义为赋予被测量的值，并根据上下文解释说明是示值、未修正结果或已修正结果。197测量准确度measurementaccuracy被测量的测得值与其真值间的一致程度。(测量结果与被测量真值之间的一致程度。)【注1】“测量准确度”这个概念不是一个量，不给出量的数值。当某个测量提供较小的测量误差时，就说该测量更准确。【注2】术语“测量准确度”不应用于“测量正确度”，也不应将“测量精密度”用于“测量准确度”，但是测量准确度还是与这些概念有关的。【注3】“测量准确度”有时被理解为赋予被测量的“各测量值”之间的一致程度。208测量正确度measurementtrueness,truenessofmeasurement正确度trueness无穷多次重复测量所得量值的平均值与一个参考量值间的一致程度。【注1】测量正确度不是一个量，不能用数值表示，ISO5725说明了如何衡量一致程度。【注2】测量正确度反过来说明系统测量误差，但不涉及随机测量误差。【注3】测量正确度不能用于“测量准确度”，反之亦然。219测量精密度measurementprecision精密度precision在规定条件下，对同一或类似被测对象重复测量所得示值或测得值间的一致程度。【注1】测量精密度在数值上通常用不精密度表示，诸如规定测量条件下的标准偏差、方差或变异系数。【注2】“规定条件”可以是测量的重复性条件，期间测量精密度条件或测量复现性条件(参见ISO5725-5:1998)。【注3】测量精密度用于定义重复性、期间测量精密度或测量复现性。【注4】有时“精密度”被错误地用于表示测量准确度。2210重复性测量条件repeatabilityconditionofmeasurement重复性条件repeatabilitycondition包括相同测量程序、相同操作者、相同测量系统、相同操作条件和相同地点，并在短时间内对同一或相类似被测对象重复测量的一组测量条件。【注1】测量条件是重复性条件仅指相对于一组规定的重复性条件。【注2】在化学中，使用术语“内在精密测量条件(intra-serialprecisionconditionofmeasurement)”表示此概念。2311复现性测量条件reproducibilityconditionofmeasurement复现性条件reproducibilitycondition不同地点、不同操作者、不同测量系统，对同一或相类似被测对象重复测量的一组测量条件。【注1】不同测量系统可以使用不同测量程序。【注2】在技术规范中应给出改变的和不变的条件以及改变到什么程度。2412测量重复性measurementrepeatability重复性repeatability一组重复性测量条件下的测量精密度。•(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。)13测量复现性measurementreproducibility复现性reproducibility复现性测量条件下的测量精密度。(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。)25【注】ISO5725-2:1998给出了相关的统计术语。14测量不确定度measurementuncertainty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。(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】测量不确定度包括系统效应引起的分量，诸如与修正量和测量标准所赋量值有关的，以及与定义不确定度有关的分量。有时不对估计的系统效应进行修正，而是构成相关的不确定度分量。【注2】此参数可以是诸如称为标准测量不确定度的标准偏差(或其倍数)，或