测量不确定度评定培训讲演稿-1概念的产生和发展

JJF1059.1测量不确定度评定与表示北京理工大学周桃庚[e-mail]主要内容一．第一部分测量不确定度概念的产生和发展二．第二部分实验室认可和资质认定政策对测量不确定度评估的要求三．第三部分统计学的基本知识四．第四部分名词术语五．第五部分测量不确定度评定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。不确定度的含义•不确定度这个词意指可疑程度，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。–ISOGuide98-3不确定度表示指南(GUM)•测量结果的准确度的一个度量指标–Eurolab技术报告《检测中的测量不确定度》，2002年,2006年，2007年•测量不确定度是一个结果或一种检测方法的质量的一种重要度量。–ILAC-G17:2002：检测中的测量不确定度概念的介绍不确定度的定义•测量不确定度–根据所用到的信息，表征赋予被测量值分散性的非负参数——VIM3，JJF1059.1•不确定度–测量获得的参数，与测量结果一起表征被测量的真值的值的范围——DIN1319-1（德国计量基础第1部分基本术语）•结果的不确定度–估计的量，表征包含参考值的值的范围，根据定义或协议，参考值可以是真值或期望值。——DIN55350-13(质量和统计概念第13部分有关测定方法和测定结果的准确度的概念)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。•全世界对不确定度的评定和表示方法取得一致意见，将会对科学、工程技术、商贸、工业以及规范中大量的测量结果，易于理解和适当解读，具有重要的意义。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。谁需要测量不确定度？•客户需要知道结果有“多准”或结果有多可信•特别是考虑规范限度时必须考虑测量不确定度•检测实验室需要校准证书上的不确定度，以便他们可以声明自己的测量结果的不确定度•实验室想知道自己的测量结果的质量，并改进以达到规定的质量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测量不确定度的提出•早在1963年美国国家标准局（NBS）的数理统计专家埃森哈特（Eisenhart）在研究“仪器校准系统的精密度和准确度的估计”时提出了定量表示不确定度的概念和建议，受到了国际上的普遍关注。•20世纪70年代，NBS在研究和推广测量保证方案（MAP）时在不确定度的定量表示方面有了进一步的发展。不确定度这个术语逐渐在测量领域广泛使用，用它来定量表示测量结果的不可确定的程度，但具体表示方法方面很不统一，并且不确定度与误差同时并用。测量不确定度的提出•1977年5月国际电离辐射咨询委员会（CCEMRI）的x-射线和电子组讨论了关于校准证书如何表达不确定度的几种不同建议，但未作出决议。•1977年7月的CCEMRI会上提出了这个问题的迫切性，CCEMRI主席美国NBS局长Amber同意将此问题列入送交国际计量局的报告，并且，由他作为国际计量委员会（CIPM）的成员向CIPM发起了解决测量不确定度表示方面的国际统一问题的提案。测量不确定度的提出•1977年，CIPM要求国际计量局（BIPM）联合各国家标准实验室着手解决这个问题。•1978年BIPM就此问题制定了一份调查表，分发到32个国家计量院及5个国际组织征求意见。•1979年底得到了21个国家实验室的复函。•1980年，BIPM召集和成立了不确定度表述工作组，在征求各国意见的基础上起草了一份建议书：INC-1(1980)。该建议书向各国推荐了测量不确定度的表述原则。自此，得到了国际初步统一的测量不确定度的表示方法。测量不确定度的提出•1981年，第七十届国际计量委员会批准了上述建议，并发布了一份CIPM建议书：CI-1981。•1986年，CIPM再次重申采用上述测量不确定度表示的统一方法，并又发布了一份CIPM建议书：CI-1986。CIPM建议书推荐的方法是以INC-1(1980)为基础的。CIPM要求所有参加CIPM及其咨询委员会赞助下的国际比对及其他工作中，各参加者在给出测量结果的同时必须给出合成不确定度。GUM的发布•80年代以后，CIPM建议的不确定度表示方法首先在世界各国的计量实验室中得到广泛应用。但正如国际单位制计量单位不仅在计量部门使用一样，测量不确定度应该可以应用于一切使用测量结果的领域。如何进一步推广使用的问题提到了日程上。•1986年CIPM要求国际标准化组织（ISO）能在INC-1(1980)建议书的基础上起草一份能广泛应用的指导性文件。GUM的发布•该项工作得到了7个国际组织的支持和倡议。•该7个国际组织是：–国际计量局（BIPM）–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）–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）–国际法制计量组织（OIML）GUM的发布•这7个国际组织包括两个权威的标准化组织、两个权威的计量组织和三个物理、化学、医学方面的权威组织。•自此，成立了专门的工作组即国际标准化组织（ISO）的第四技术顾问组（TAG4）第三工作组（WG3），开始起草“测量不确定度表示指南”，该工作组的成员是由BIPM、ISO、IEC和OIML四个国际组织提名的。GUM的发布•1993年，经过工作组近7年的努力，完成了“测量不确定度表示指南”的第一版，并以7个国际组织的名义联合发布，由ISO正式出版发行。同时终止了ISO/TG69/SC6/WG3关于测量不确定度标准的起草工作。•1995年在对“测量不确定度表示指南-1993”作了一些更正后重新印刷。即《GuidetotheExpressionofUncertaintyinMeasurement—correctedandreprinted，1995》（简称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(JCG