测量不确定度评定培训讲演稿-4名词术语

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四部分名词术语•测量的第一步是规定被测量，确定要测的是什么量。•对被测量不能仅用一个值来说明，还应对此量进行描述。然而，原则上说，没有无穷多信息量，被测量就不可能被完全地描述。因而，就留出解释余地来说，被测量定义的不完全在测量结果的不确定度中引入了一个不确定度分量，该分量相对于测量所要求的准确度而言可能很大也可能不大。被测量measurand拟测量的量。•被测量定义的详细程度是随所要求的测量准确度而定的。被测量应相应于所需准确度而完整定义，以便对与测量有关的所有的实际用途来说，其值是单一的。•理想情况下，测量所实现的量应与被测量的定义完全一致。然而在通常情况下，这样的量是不可能实现的，测量是在被测量的近似量上实施的。被测量measurand拟测量的量。•通常，被测量的定义要规定其一定的物理状态和条件•一根长度标称值为1m的钢棒若需测准至微米级，其说明应包括定义长度时的温度和压力。•如：应说明被测量为钢棒在25.00℃和101325Pa时的长度。•如果仅说明钢棒在101325Pa时的长度，没有说明温度，那么，对于不同的温度，会有不同的钢棒长度值，被测量就不是单一值了。•然而，如果被测长度仅需毫米级准确度，其说明可能就无需规定温度或压力或任何其他影响量的值。被测量measurand拟测量的量。被测量的定义的变化•JJF1001-2011：拟测量的量。•JJF1001-1998：作为测量对象的特定量。•VIM第二版：受到测量的特定量。•一是1998版本与2011相比，其范围扩大了，量不只指物理量，还包括化学量、生物量，所以不能专指特定量，而是广义的量。–【注1】所指，“对被测量的说明要求了解量的种类，以及含有该量的现象、物体或物质状态的描述，包括有关成分及所涉及的化学实体。”–声音在由N2=0.7808，O2=0.2095，Ar=0.00935及CO2=O.00035成分(摩尔分数)组成的干燥空气中，在温度T=273.15K和压力P=101325Pa时的速度。被测量的定义的变化•JJF1001-2011：拟测量的量。•JJF1001-1998：作为测量对象的特定量。•VIM第二版：受到测量的特定量。•新定义与1998和VIM第二版相比，其内含更为明确，这个“量”是指拟测量的量，即打算或准备要测量的量，老定义可以理解既是拟测量的量也可以是己测得的量–【注3】中指出，“测量包括测量系统和实施测量的条件，它可能会改变研究中的现象、物体或物质，此时实际受到测量的量可能不同于定义的要测量的被测量。”被测量的定义的变化•JJF1001-2011：拟测量的量。•JJF1001-1998：作为测量对象的特定量。•VIM第二版：受到测量的量。•如：拟测量的量是钢棒在20℃时的长度，在环境温度23℃时实际受到测量的量是23℃时的钢棒长度。在这里，被测对象是钢棒；拟测量的量是钢棒在20℃时的长度；受到测量的量是23℃时的钢棒长度，•这种情况下，受到测量的量不是拟测量的量，必须经过修正才能得到拟测量的被测量的估计量值。测量结果measurementresult，resultofmeasurement【VIM-2定义】赋予被测量的量值。【VIM-3定义】与其它有用的相关信息一起赋予被测量的一组量值。•【注1】测量结果由测得值及有关其可信程度的信息组成–测量得到的仅仅是被测量的估计值，其可信程度由测量不确定度来定量表示。因此通常情况下，测量结果表示为被测量的估计值及其测量不确定度，必要时还要给出不确定度的自由度。在用蒙特卡洛法评定测量不确定度时有用的相关信息也可以用输出量的概率密度函数（PDF）的方式表示。测量结果measurementresult，resultofmeasurement与其它有用的相关信息一起赋予被测量的一组量值。•【注2】对于某些用途而言，如果认为测量不确定度可以忽略不计，则测量结果可以仅用被测量的估计值表示，也就是此时测量结果可表示为单个测得的量值。在许多领域中这是表示测量结果的常用方式。–如在检定、校准中所得到的测得值；–计量器具出厂检验评定是否合格所得到的测得值；–人们一般在使用合格的计量器具进行测量中，所得到的测得值都是测量结果，都不需要附有测量不确定度信息，如在医院测量体温，知道多少度即可，不会再说体温计测得值的测量不确定度是多少。–单个测得的量值或对重复测量的算术平均值、经修正或未经修正都是测得值，均代表测量结果的量值。测量结果measurementresult，resultofmeasurement与其它有用的相关信息一起赋予被测量的一组量值。•【注3】对于间接测量，被测量的估计值是由各直接测量的输入量的量值经计算获得的，其中各直接测量的量值的不确定度都会对被测量的测量结果的不确定度有贡献。•【注4】在传统文献和VIM的以前版本中，测量结果定义为赋予被测量的量值，并根据上下文说明是指示值、未修正结果还是已修正结果。测得的量值(measuredquantityvalue)量的测得值measuredvalueofaquantity简称测得值(measuredvalue)代表测量结果的量值。【注1】对被测量的重复测量，每次测量可得到相应的测得值，有时称观测值（observationvalue）。由一组独立的测得值计算出的平均值或中位值可作为结果的测得值。测得值是有测量不确定度的，当测得值附有测量不确定度及有关信息时称测量结果。测得的量值(measuredquantityvalue)量的测得值measuredvalueofaquantity简称测得值(measuredvalue)代表测量结果的量值。【注2】我们一直用“测量结果”表示通过测量赋予被测量的量值，但是现在测量结果有了新的定义，赋予被测量的测量结果应该除了代表测量结果的量值外还包括测量不确定度等信息。作为结果的测得值我们还常使用术语“被测量的估计值”测得的量值(measuredquantityvalue)量的测得值measuredvalueofaquantity简称测得值(measuredvalue)代表测量结果的量值。【注3】当被测量的定义不完整时，与被测量的定义一致的量值会由很多个值组成，当认为代表被测量的值的范围与测量不确定度相比小得多时，可认为具有实际唯一真值。由各独立重复测量得到的一系列测得值的平均值或中位值确定的作为结果的测得值可认为是实际唯一真值的估计值。测得的量值(measuredquantityvalue)量的测得值measuredvalueofaquantity简称测得值(measuredvalue)代表测量结果的量值。【注4】虽然我们一直用“测量值”表示“测得值”，但在JJF1001-2011中没有“测量值”这个术语，由于测量值比较模糊，未表明待测的、被测的还是已测得的，所以现在用术语“测得值”表示测量得到的值。测量误差一、测量误差measurementerror误差error【VIM-2定义】测量结果减去被测量的真值。【VIM-3定义】测得的量值减去参考量值。【注1】“测量误差”的概念可以用于以下两种场合：(a)如果被测量使用唯一的真值或范围可忽略的一组真值表征，由于真值是未知的，测量误差也就是未知的，此时，测量误差是一个概念性的术语。测量误差(b)当存在单个参考量值并用参考量值代替真值时，由测得值与参考量值之差，可以得到测量误差。例如：用仪器测量某个被测量，测得值为x，该仪器用计量标准校准，得到相应的标准值为xs，可得到测量误差为△=x-xs。这里以计量标准的量值作为参考量值。如果假设被测量的参考量值为约定值，且约定值是给定的，则测得的量值与该约定值之差就是测量误差。无论测量标准的标准值还是其它约定值，实际上都是存在不确定度的，实际上，获得的只是测量误差的估计值。测量误差【注2】从概念上说，理想的测量误差是测得值偏离真值的程度，而实际上，测量误差的估计值是测得值偏离参考量值的程度。通常情况下测量误差是指绝对误差，但需要时可用相对形式表示，即用绝对误差与被测量值之比的百分数表示，此时称相对误差。给出测量误差时必须注明误差值的符号，当测量值大于参考值时为正号，反之为负号。【注3】测量误差包括系统误差和随机误差两类不同性质的误差。测量误差系统测量误差systematicmeasurementerror系统误差systematicerror在重复测量中保持恒定不变或按可预见的方式变化的测量误差的分量。【注1】它是在重复性条件下，对同一被测量进行无穷多次测量所得结果的平均值与参考量值之差。【注2】系统误差的参考量值是真值时，系统误差是一个概念性的术语。当用测量不确定度可忽略不计的测量标准的标准值，或给定的约定值作为参考量值时，可得到系统误差的估计值。【注3】系统测量误差及其来源可以是已知的或未知的。对于已知的系统测量误差可以采用修正来补偿。【注3】系统误差等于测量误差减随机测量误差。系统误差系统误差是由恒定不变或可预见的规律变化的因素所造成，这些误差因素是可以掌握的。(1)测量设备的因素：体现为示值误差，主要由仪器设备结构原理设计上的缺陷；仪器设备零部件制造和安装的缺陷，诸如标尺刻度偏差、刻度盘和指针安装偏心；使用中的老化等等。(2)环境条件因素：测量过程中温湿度、大气压力按一定规律性变化。(3)测量方法因素：采用采用近似测量方法或近似的计算公式等。(4)测量人员因素：习惯偏向某一方向读数，动态测量时，记录某一信号有滞后倾向等。测量误差系统误差系统误差的特征是：在同一条件下，多次测量同一量时，误差的绝对值和符号保持不变，或者在条件改变时，误差按一定规律变化。由上述特征可知，在多次重复测量同一被测量时，系统误差不具有抵偿性，它是固定的或按一定函数规律变化的误差。广义上说，是服从某一确定规律。测量误差各种系统误差的变化a:不变系统误差b:线性变化系统误差c:非线性变化系统误差d:周期性变化系统误差e:复杂变化系统误差t各种系统误差曲线abcde系统误差系统误差是由恒定不变或可预见的规律变化的因素所造成。由于系统误差及其原因不能完全获知，因此通过修正值对系统误差只能有限程度的补偿。当测量结果以代数和与修正值相加之后，其系统误差之模会比修正前的要小，但不可能为零。来源于影响量的已识别的效应称为系统效应。由系统误差的【注2】可知：参考量值可以是被测量的真值，这种情况它是未知的；也可以是约定量值或参考量值(通常是由上一级检定/校准的测量标准提供的)，这种情况它是已知的。测量误差系统误差的修正•在GUM中，隐含着一个假设，即由显著的系统效应引起的所有误差分量，都评定并修正。•偶尔可发现，系统影响的已知修正量b并未用于报告的测量结果中，而是试图放大赋予结果的“不确定度”来考虑这种影响的。应避免这样做法。只有在非常特殊的情况下，虽存在已知的显著的系统影响，仍不对测量结果进行修正。•已知修正量若可疑，则放大测量不确定度来考虑显著偏倚的影响在大多数情况下肯定更好。测量误差随机测量误差randommeasurementerror随机误差randomerror在重复测量中按不可预见的方式变化的测量误差的分量。【注1】随机测量误差的参考量值是对同一个被测量由无穷多次重复测量得到的平均值。【注2】随机误差是测得值与在重复性条件下对同一被测量进行无穷多次测量所得结果的平均值之差。【注2】一组重复测量的随机测量误差形成一种分布，该分布可以用期望和方差描述，其期望通常可假设为零。【注3】随机误差等于测量误差减系统测量误差。随机误差的性质在重复条件下(或复现性条件下)对随机变量X进行n次独立测量，得到测量列x1，x2，…，xn。由于测量装置不完善、环境条件的变化，以及人员等各方面因素的影响，每个测得量