测量不确定度评定与表示培训全文案例分析电子版

《测量不确定度评定与表示》培训一、概述1.1《测量不确定度评定与表示》的意义《测量不确定度评定与表示》代号为JJF1059-1999。是一个国家计量技术规范，是评定测量不确定的主要依据。测量是科学技术，工农业生产，国内外贸易以至日常生活各个领域中不可缺少的一项工作。测量的目的是确定被测量的值或获取测量结果。测量结果的质量直接关系到：a、国家和企业的经济利益。如出口，多了白给，少了被赔偿。天然气结算、电费结算等。b、科学技术的发展。如卫星质量和运载火箭燃料。c、人民的健康和安全。如医院用γ射线治病，药品配方各种成分的称量等。d、执法和决策。打假中，天气预报，地震预报。因此，当报告测量结果时，必须对测量结果给出足量的说明，以确定测量结果的可信程度。测量不确定度就是对测量结果质量的定量表述。测量结果的可用性完全取决于其不确定度的大小。在测量历史上，测量不确定度是一种较新的概念，但正如国际单位制计量单位已渗透到科学科学技术的各个领域并被全世界普遍采用一样。无论哪个领域进行的测量，在给出完整的测量结果时，也普遍采用了测量不确定度。在市场竞争激烈，经济全球化的今天，测量不确定度的评定与表示方法的统一，具有广泛性和实用性，是发展的要求，公认的规则。国际和各国计量部门都高度重视。目前在我国推行的ISO/IEe导则25（已修订为ISO017025）《校准和检测实验室能力的通用要求》中指明，实验室的每个证书或报告，均必须包含有关评定校准或测试结果不确定度的说明。在质量管理与质量保证中对确定度极为重视。ISO9001规定，使用时应保证使用设备的测量不确定度已知。ISO/IEe导则43指出应考虑不确定度。国际上，发达国家和发展中国家已经普遍使用。国际间的量程比对和实验数据的比较：更是要求提供包含因子或置仪水平约定的测量结果不确定度。国内通过ISO9000系列质量认证的单位。通过ISO/IEe导则25认可的实验室，以及独资、合资的企业，也要求对检测/校准提供详细的不确定度说明或报告。综上所述，我们（作为从事计量检测的人员）应重视对《测量不确定度评定与表示》（JJF1059-19990）的学习。并应用于实际工作中。1.2测量不确定度评定与表示的应用范围JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》规定的是测量中评定与表示不确定度的一些通用规则。它适用于各种准确度等级的测量。不仅限于用计量领域中的检定，校准和检测，其主要应用领域列举如下：①建立国家计量基准、计量标准及其国际比对；②标准物质、标准参考数据；③测量方法、检定规程、检定系统、校准规程等；④科学研究及工程领域的测量；⑤计量认证、计量确认、质量认证以及实验认可；⑥测量仪器的校准和检定；⑦生产过程中的质量保证以及产品的检验和测试；⑧贸易结算、医疗卫生、安全防护、环境检测及资源测量。注意：JJF-1059-1999《测量不确定度的评定与表示》主要涉及有明确定义的，并可用于唯一表示的被测量估计值的不确定度，对整套测量装置的不确定度的表示不在此列。因为测量的不确定度是指测量标准提供的标准量值的不确定度。这个不确定度仅是结果不确定度的分量之一。当由多台仪器构成一套装置时，整套装置的不确定度由测量方法及所用仪器产生的不确定度分量合成得到。一般用扩展不确定度来表示。也可用高一级标准器通过检定获得，或者与同类标准装置进行比对来进行判断。二、基本概念量值：一般由一个数乘以测量单位所表示的特定量的大小。量值是量的表示形式。通常任何可测的量都是由数值和计量单位组合而成，如105Pa，760mmHg，30psi等压力的量值。应当区分数值与量值。数值是数，它是量值的组成部分，上例中的105，760，30是数值，它们不包含计量单位，故非量值；而Pa，mmHg，psi为计量单位。应当指出：数值大的不一定量值大，数值小的也不一定量值小。[量的]真值：与给定的特定量的定义一致的值。真值只有在被测量有完善的定义，并通过完善的测量才有可能获得。由于被测量的定义和测量都不可能做到完美无瑕，所以通过测量不能获得真值。约定真值：对以给定目的具有适当不确定度并赋予特定量的值。有时该值是约定采用的。约定真值有时称为指定值、最佳估计值、约定值或参考值。通常用某量的多次测量结果的平均值来确定约定真值。测量结果：由测量所得到的赋予被测量的值。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，还应表明它是否为几个值的平均。测量结果仅是被测量的最佳估计值，并非真值。在测量结果的完整表述中必须包括测量不确定度，必要时还应说明有关影响量的取值范围。仪器准确度：测量结果与被测量真值之间的一致程度。可以用准确度高低、准确度为0.25级、准确度为3级等表述方法。特别应注意：不要将术语“精密度”、“精度”来表示“准确度”。因为精密度反映在规定的条件下各独立测量结果间的分散性。多次测量同一量所得结果的分散性小，但并不表明测得的结果与真值一致。精度过去用来描述仪器的综合误差，现在国标已不再采用。[测量结果的]重复性：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。相同测量条件是指：相同的测量程序、相同的观测者、使用相同的测量仪器、相同的地点、在短时间内进行重复测量等。这些条件又称为“重复性条件”。重复性可以用测量结果的分散性定量地表示。由重复性引入的不确定度是诸多来源之一。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)定量地给出。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。rs[测量结果的]复现性：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。这里变化了的测量条件包括：测量原理、测量方法、观测者、测量仪器、参考测量标准、地点、时间、使用条件。这些条件可以改变一项、多项或全部，它们会影响复现性的数值。因此，在复现性的有效表述中，应说明变化的条件。复现性可以用测量结果的分散性来定量地表示。它用复现条件下，重复观测结果的实验标准差(称为复现性标准差)定量地给出。这里，测量结果通常理解为已修正结果。复现性又称为再现性。实验标准[偏]差：对同一被测量作次测量，表征测量结果分散性的量可以表述为(3-1)2111nkiikiqqnqs＝Rs式中——第个测量点，第次测量结果；——第个测量点的实验标准差；——第个测量点；次测量结果的算术平均值；——残差，记为。式(3-1)称为贝塞尔公式，用于计算单点测量结果的标准差。而＝称为平均值的实验标准差，它与具有相同的自由度，均为－1。在不确定度评定中，以平均值作为测量结果的最佳估计值，以作为由重复性引入的A类标准不确定度。[测量]不确定度：表征合理地赋予被测量之值的分散性，是与测量结果相联系的参数。在测量结果的完整性表述中，应包括测量不确定度。ikqiqsiqiikqqikviqsiqsnqsiiqsiqsq测量不确定度可以是标准差或其倍数，或说明了置信水平的区间的半宽度。不确定度恒为正值，在其数值前面不要加“±”号。不确定度通常由多个分量组成，对每个分量均要评定其标准不确定度。评定方法分为A，B两类。A类评定是用对观测列进行统计分析的方法，以实验标准差表征；B类不确定度以估计的标准差表征。不确定度有绝对和相对两种表示形式，绝对形式表示的不确定度与被测量的量纲相同，相对形式无量纲。标准不确定度：以标准偏差表示的测量不确定度。绝对标准不确定度用表示。相对不确定度：不确定度除以测量结果的绝对值(设≠0)。相对标准不确定度用ur表示合成标准不确定度：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协方差算得的标准不确定度。合成标准不确定度用表示，相对值用表示cucru扩展不确定度：确定测量结果区间的量，以标准差的倍数表示。扩展不确定度表明了具有较大置信区间的半带宽，即合理赋予被测量之值分布的大部分可望含于此区间。扩展不确定度用U表示，相对值用Ur表示。包含因子：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。包含因子记为k。置信概率为p时的包含因子用Ur表示。自由度：在方差的计算中，和的项数减去对和的限制数。自由度反映相应实验标准差的可靠程度。自由度记为v。在重复性条件下，对被测量作n次独立的测量所得的样本为为残差，故在方差计算中和的项数,即残差的rUniivn1211iv个数为n；由于残差之和为零，即＝0为约束条件，故限制数为1；因此自由度为v＝n－1合成标准不确定度的自由度称为有效自由度，以表示。置信概率：与置信区间或统计包含区间有关的概率值(1－α)，α为显著性水平。当测量值服从某分布时，落在某区间的概率即p为置信概率。置信概率介于(0，1)之间，常用百分数表示。在不确定度评定中置信概率又称置信水准或置信水平.[测量]误差：测量结果减去被测量的真值。误差应该是一个确定的值，是客观存在的测量结果与真值之间的差。但由于真值往往不知道，故误差无法准确得到。误差与不确定度是niiv1effv两个不同的概念。测量不确定度是说明测量结果分散性的参数，由人们通过分析与评定得到，即与人的认识程度有关。测量结果可能非常接近真值(误差很小)，但由于认识不足，评定得到的不确定度可能较大。也可能测量误差实际上较大，但由于分析估计不足，给出的不确定度却偏小。故在进行不确定度分析时，应当充分考虑各种影响因素，并对不确定度的评定加以验证。需要指出的是，测量仪器的不确定度是指：测量标准所能提供的(或复现的)标准量值的不确定度。用测量标准进行检定或校验时，标准装置引入的不确定度仅为测量结果不确定度的分量之一。当测量标准装置由多台仪器及其配套设备组成时，其不确定度由测量方法及所用的仪器设备等对给定的标准量值有影响的各不确定度分量进行合成得到，通常用扩展不确定度表示。测量标准装置的不确定度可以用向高一等级测量标准溯源的方法进行检定，或用与多台同类标准装置比对的方法进行验证。修正值：用代数法与未修正测量结果相加，以补偿系统误差的值。通常用高一等级的测量标准来校准测量仪器，以获得修正值。修正值等于负的系统误差估计值。但应指出，该修正值本身有不确定度，因而补偿是不完全的。为补偿系统误差，而与未修正测量结果相乘的因子称为修正因子。相关系数：相关系数是两个变量之间相互依赖性的度量，它等于两个变量间的协方差除以各自方差之积的平方根，用ρ(X,Y)表示。其估计值以r(X,Y)表示，且有r(X,Y)=s(X,Y)/s(X)s(Y)(3-2)相关系数r(X,Y)的取值范围是[－1，＋1]。当其为1时，表示两个变量完全正相关；为0时，表示两个变量无关；为-1时，表示两个变量完全负相关。在标准不确定度合成时，要考虑分量之间的相关性。独立：如果两个变量的联合概率分布是其每个概率分布的乘积，那么这两个随机变量是统计独立的。如果两个随机变量是独立的，则它们不相关。但反过来不一定成立。第二节数学模型本节介绍与在测量不确定度评定中所用到的数学模型。在实际测量的很多情况下，被测量Y不能直接测得，而是由N个其他量x1,x2,…xN通过函数关系来确定Y=F(x1,x2,…xN)(3-3)式(3-3)表示的这种函数关系就称为数学模型或测量模型。Y称为模型的输出量;x1,x2,…xN为模型的输入量。由的估计值，可得到Y的估计值y=f(x1,x2,…xN)(3-4)是y的不确定度来源。寻找不确定来源时，可以从测量仪器、测量环境、测量人员、测量方法、被测量等方面全面考虑，应做到不遗漏、不重复，特别应考虑对结果影响大的不确定度来源。x1,x2,…xN本身可看作被测量，也可取决于其他量，甚至包括具有系统效应的修正值。在准确度要求高时，可能导出一个复杂的函数关系式。当修正值与合成标准不确定度相比很小时，修正值可不加到测量结果之中，比如常温下二等活塞压力计的有效面积的修正值，应变式压力传感器的工作电压的修正