不确定度培训3-6-28

ISOISO/IEC17025培训3方小光[e-mail]测量不确定度什么是测量不确定度？•测量不确定度是对任何测量的结果存有怀疑。你也许认为制作良好的尺子、钟表和温度计应该是可靠的，并应给出正确答案。但对每一次测量，即使是最仔细的，总是会有怀疑的余量。在日常说话中，这可以表述为出入，例如一根绳子可能2米长，由1cm的出入。测量不确定度的表述•由于对任何测量总是存在怀疑的余量，所以我们需要回答余量有多大？和怀疑有多差？这样，为了给不确定度定量实际上需要有两个数。一个是该余量（或称区间）的宽度；另一个是置信概率，说明我们对真值在该余量范围内有多大把握。例如：我们可以说某棍子的长度测定为20厘米加或减1厘米，由95%的置信概率。这结果可以写成：20cm±1cm，置信概率为95%。这个表述是说我们对棍子长度在19厘米到12厘米时间由95%的把握。误差与不确定度的比较•不要混淆术语“误差”和“不确定度”是很重要的。误差：是某待测物的测得值与“真值”之间的差。不确定度：是定量表示对测量结果的怀疑程度。无论何时我们都可能试图去修正任何已知的误差，例如：通过从校准证书得到的修正值。测量仪器的示值误差。但经常也有误用的情况，例如通过误差分析所得到的测量结果的“误差”，实际上并不是误差，而是被测量不能确定的范围由于随机误差和系统误差是两个性质不同的量，前者用标准偏差表示，后者则用可能产生的昀大误差来表示，在数学上无法解决两者之间的合成方法问题。正因为如此，长期以来，在随机误差和系统误差的合成方法上一直无法统一。测量不确定度的发展历史为能统一地评价测量结果的质量，1963年原美国标准局（NBS）的数理统计专家埃森哈特在研究“仪器校准系统的精密度和准确度估计”时就提出了采用测量不确定度的概念，并受到国际上的普遍关注。20世纪70年代NBS在研究和推广测量保证方案（MAP）时对测量不确定度的定量表示又有了新的发展。“不确定度”一词源于英语“uncertainty”，原意为不确定，不稳定，疑惑等，是一定性表示的名词。现在用于描述测量结果时，将其含义扩展为定量表示。即定量表示测量结果的不确定程度。此后许多年中虽然“不确定度”这一术语已在各测量领域广泛采用，但具体表示方法均不一致。为解决测量不确定度表示的国际统一性问题，1980年国际计量局在征求了32个国家的意见后，发出了推荐采用测量不确定度来评定测量结果的建议书。该建议书向各国推荐了测量不确定度的表示原则。1981年第70届国际计量委员会（CIPM）讨论通过了该建议书。测量不确定度的发展历史1986年国际计量委员会要求国际计量局（BIPM）、国际电工委员会（IEC）、国际标准化组织（ISO）、国际法制计量组织（OIML）、国际理论和应用物理联合会（IUPAP）、国际理论和应用化学联合会（IUPAC）、以及国际临床化学委员会（IFCC）等七个国际组织成立专门的工作组，起草关于测量不确定度评定的指导性文件。经过工作组近七年的讨论，由ISO计量技术顾问组第三工作组（ISO/TAG4/WG3）起草，并于1993年以七个国际组织的名义联合发布了《测量不确定度表示测量不确定度的发展历史指南》（GuidetotheExpressionofUncertaintyinMeasurement，以下简称GUM）和第二版《国际通用计量学基本术语》（InternationalVocabularyofBasicandGeneralTermsinMetrology，以下简称VIM）。1995年又发布了GUM的修订版。这两个文件为在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。除上述七个国际组织外，国际实验室认可合作组织（ILAC）也已表示承认GUM。这就是说，在测量不确定度的发展历史实验室认可工作中，无论检测实验室或校准实验室，在进行测量结果的不确定度评定时均应以GUM为基础。上述这些国际组织几乎包括了所有与测量有关的领域，这表明了文件GUM的权威性。1998年我国发布了JJF1001-1998《通用计量术语及定义》，其中前六章的内容与第二版VIM完全相对应。除此之外，还增加了国际法制计量组织所发布的有关法制计量的术语及定义。1999年我国发布JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》。测量不确定度的发展历史该标准基本概念与GUM完全一致。这两个文件就成为我国进行测量不确定度评定的基础。测量不确定度的概念以及不确定度的评定和表示方法的采用，是计量科学的一个新进展。从1963年提出测量不确定度的概念，到1993年正式发布测量不确定度评定的指导性文件GUM，整整花费了三十年时间，可见改用测量不确定度来对测量结果的质量进行评价，并不是一个简单的任务，也不是依靠少数几个科学家能做到的，它汇集了世界各国测量不确定度的发展历史计量学家的经验和智慧。即使看来十分简单的测量不确定度的定义表述本身，也曾几经改动。至于测量不确定度的评定和表示方法，更是经历了不断的完善和改进，昀后才形成了GUM这样系统而完整的文件。测量不确定度的发展历史有关术语的定义1测量measurement以确定量值为目的的一组操作。注：⑴操作可以是自动地进行的。⑵测量有时也称为计量。有关术语的定义2测量结果resultofameasurement由测量所得到的赋予被测量的值。注：⑴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。⑵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。有关术语的定义3真值truevalue与给定的特定量的定义一致的值。注：⑴量的真值只有通过完善的测量才可能获得。⑵真值按其本性是不确定的。⑶与给定的特定量定义一致的值不一定只有一个。有关术语的定义4约定真值conventionaltruevalue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年推荐的阿佛加德罗常数值6.0221367×1023mol-1。有关术语的定义注：⑴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相混淆。⑵常常用某量的多次测量结果来确定约定真值。有关术语的定义5误差error测量结果减去被测量的真值。注：⑴由于真值不能确定，实际上用的是约定真值。⑵当有必要与相对误差相区别时，此术语有时称为测量的绝对误差。注意不要与误差的绝对值相混淆，后者为误差的模。有关术语的定义有关术语的定义66系统误差系统误差systematicerrorsystematicerror在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量的真值之差。所得结果的平均值与被测量的真值之差。注：注：⑴如真值一样，系统误差及其原因不能完全获知。⑴如真值一样，系统误差及其原因不能完全获知。⑵对测量仪器而言，其系统误差也称为测量仪⑵对测量仪器而言，其系统误差也称为测量仪器的偏移。器的偏移。有关术语的定义77随机误差随机误差randomerrorrandomerror测量结果与在重复性条件下对同一被测量进测量结果与在重复性条件下对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值之差。行无限多次测量所得结果的平均值之差。注：注：⑴随机误差等于误差减去系统误差。⑴随机误差等于误差减去系统误差。⑵因为测量只能进行有限次数，故可能确⑵因为测量只能进行有限次数，故可能确定的只是随机误差的估计值。定的只是随机误差的估计值。有关术语的定义8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：⑴不要用术语精密度代替准确度。⑵准确度是一个定性的概念。有关术语的定义9测量不确定度uncertaintyofmeasurement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：⑴此参数可以是诸如标准偏差或其倍数，或说明了置信水准的区间的半宽度。⑵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它信息的假定有关术语的定义概率分布估算，也可用标准差表征。⑶测量结果应理解为被测量之值的最佳估计，而所有的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。有关术语的定义10标准不确定度standarduncertainty以标准偏差表示的测量不确定度。11不确定度的A类评定typeAevaluationofuncertainty用对观测列进行统计分析的方法，来评定的标准不确定度。注：不确定度的A类评定，有时也称为A类不确定度评定。有关术语的定义12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，来评定的标准不确定度。注：不确定度的B类评定，有时也称为B类不确定度评定。有关术语的定义13合成标准不确定度combineduncertainty当测量结果是由若干个其他量的值求得时，按其他各量的方差和协方差算得的标准不确定度。14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为展伸不确定度或范围不确定度。有关术语的定义15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的数字因子。注：⑴包含因子等于扩展不确定度与合成标准不确定度之比。⑵包含因子有时也称为覆盖因子。操作误差•工匠中间有一种说法，测量再而三，只为一剪子。这意思是说，在着手工作以前通过两、三次核对测量，你就能减少工作中出错的风险。事实上，任何测量至少进行三次是明智的做法。若测量只进行一次，就意味着出错可能完完全被忽视了。如果你做两次测量而两者并不一致，你仍然不会知道哪一个是错的。但如果你做三次测量，切有两次彼此一致，而且第三个差很多，那么你就能怀疑这第三个测量结果。所以，仅仅为了防止出大错，或叫操作误差，对任何测量至少进行三次就是明智的。但是测量不确定度实际上并不是操作误差。这是有对重复测量多次的其他重要理由。基本统计计算•从测量中，通过取多次读数并进行某些基本统计计算，你就能增加你所得到的信息量。有两项昀主要的统计计算，就是要求的一组数值的平均值或算术平均值，以及它们的标准偏差。获得最佳估计值--取多次读数的平均值•虽然重复测量给出不同结果，但你也许并没有做错什么。这可能是由于进行的测量有自然变化。（例如：若你在野外测量风速，常常不会有稳定的值。）或者，也可能因为你的测量器具没有工作在完全稳定状态。（例如：卷尺可能因拉紧情况不同而给出不同结果。）如果在重复读数时读数有变化，那么昀好多次读数并取平均值。平均值给你的是真值的估计值。应该对多少次读数求平均•一般说来，你用的测量值越多，那么你得到的“真”值的估计值就越好。理想的估计值应当无穷多数值集来求得平均值。但增加读数要做额外的工作，什么是合理的次数呢？10次是普遍选择的，因为这计算容易。采取20次只比10次给出稍好的估计值，采用50次只比20次稍好。根据经验通常取4至10次读数就够了。分散范围…标准偏差•在重复测量给出了不同结果时，我们就要了解这些读数分散范围有多宽。量值的分散范围告诉了我们关于测量不确定度的情况。通过了解这种分散范围有多大，我们就能着手判断这次测量或者组测量的质量如何。有时候我们知道了昀大值和昀小值之间的范围就够了。但是对一组少量的值，这就不可能给出关于昀大值和昀小值之间读数分散性的有用信息。•对分散范围定量的常见形式是标准偏差。一个数集的标准偏差告诉我们各个读数代表性的与该组读数平均值差多少。根据经验，全部读数大概有三分之二会落在平均值的加、减（±）一倍标准偏差范围内。大概有全部读数的95%会落在两倍标准偏差范围内。虽然这种尺度决非