测量不确定度课件..ppt

1、航空报国 强军富民 1 测量不确定度的评定 姓 名：韩金岳航空报国 强军富民 2 主要内容 : 概念的意义与来源1 评定过程2A/B类测量不确定度如何评定3 如何比较评定结果4航空报国 强军富民 3前言 例如：测量人体温度最终确定（经采样，计算，评定后）为37.2或加或减0.05，置信概率为99%。该测量结果可以表示为： 37.20.05，置信概率为99% 即体温在37.15 到37.25 之间即体温真值出现在（37.20.05 ）的范围内，有99%的把握。对于测量而言，没 有给定置信概率的不确定度是不完整的。 （0.05即为测量结果的扩展不确定度） 测量不确定度用于定量表示测量结果的可靠程度

2、。测量不确定度需要两个数来表示：一是不确定度大小，即置信区间；另一个是置信概率，表明测量结果落在该区间有多大把握。航空报国 强军富民 4 一、测量不确定度的定义测量不确定度：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。（JJF1059-1999)JJF1059-1999)合理：评定认知的范围内按照一定准则，用所得到的信息进行科学而客观的评定。赋予：通过A A类或B B类评定后合成所得，非直接获取。被测量之值：阐述不确定度表征的对象。广义上是指被测量的真值。分散性：是一个区间，表示测量结果之间相互不一致程度的一个量，如重复性、复现性及测量不确定度。重复条件下测量列按贝塞尔法计算得到

3、的实验标准偏差s s就是表示测量结果分散性德一个量。以参数形式定量表示了无法修正的那部分误差范围。它来源于偶然效应和系统效应的不完善修正。航空报国 强军富民 5联系：测量不确定度包括由系统影响引起的分量。测量结果：理解为被测量之值的最佳估计，全部不确定度分量均贡献给了分散性，包括哪些由系统效应引起的分量参数：非负参数。可以是诸如标准差或其倍数，或说明了置信水准的区间的半宽度。注：JJF1011-1998JJF1011-1998通用计量术语及定义给出的不确定度定义是可操作定义，主要着眼于测量结果及分散性。以前曾经出现过定义： 由测量结果给出的被测量估计值的可能误差的度量。 表征被测量的真值所处范

4、围的评定。一、测量不确定度的定义 航空报国 强军富民 6二、引入测量不确定度的原因 测量结果：由测量所赋予被测量的值。 注：1 1、 由于测量的不完善，赋予被测量的值往往不唯一 而是赋予分散的无限多个值。由于真值不可通过 测量得到，因此所得测量结果只能是被测量的一 个最佳估计值； 2 2、 为完整的表示测量结果，必须附带其测量不确定 度。航空报国 强军富民 7 （测量）误差：测量结果与真值之差。（误差是绝对的） 注：1 1、由于真值是理想的概念，在实际测量中，真值往往不存在；在某些测量场合也只能获知约定真值。严格的来说，约定真值也含有相应的不确定度，即误差的大小和方向均不可准确知道。 2 2、

5、由于测量的不完善，必然使测量结果带有误差。因此，测量误差时客观存在，而且它总是带有一定分布范围的概念。 二、引入测量不确定度的原因 航空报国 强军富民 8二、引入测量不确定度的原因 测量不确定度，是指对测量结果（复现量）的不能肯定的态度。它反映了对被测量的“真值”的认识的不足。 测量不确定度的大小，反映了测量者对被测量的认识的程度，是一个可操作性的定义。航空报国 强军富民 9 三、测量不确定度的发展历程19721972年，德国物理学家海森堡首次在量子力学领域中提出的测不准原理。19631963年，美国NBSNBS（元美国国家标准局）的EisenhartEisenhart首先在计量校准中提出定量

6、表示不确定度的建议。19701970年，美国NBSNBS推广MAPMAP（计量保证方案），其中明确采用了不确定度的表示方法。随后，一些国家计量部门也开始使用，但理解和表示缺乏一致性。19781978年，BIPMBIPM（国际计量局）书面征询各国意见后，起草一份INC-1980INC-1980建议：实验不确定度表示。19811981年，CIPMCIPM（国际计量委员）会发文批准INC-1980INC-1980建议，并委托ISOISO联络IECIEC（国际电工委员会）、BIPMBIPM（国际计量局）、OEMLOEML（国际法制计量组织）航空报国 强军富民 10 三、测量不确定度的发展历程IUPAC

7、IUPAC（国际理论化学与应用化学联合委员会）、IUPAPIUPAP（国际理论物理与应用物理联合委员会）、IFCCIFCC（国际临床化学联合委员会）六大国际组织在考虑工商业利益的基础上提出一份详细的指南。我国也参加了该工作组（ISO/TAG4/WG3ISO/TAG4/WG3）的活动。 19991999年，我国颁布了有关测量不确定度的GJB3756-1999GJB3756-1999和JJG1059-1999JJG1059-1999技术标准文件。20012001年，在国际计量学指南联合委员会上，对1995GUM1995GUM的技术内容进行增补和完善。 测量不确定度的基本概念，基本评定方法已经开始被

8、人们接受，成为科技、经济、商贸等许多领域进行交流的依据。航空报国 强军富民 11 四、测量不确定度的来源 1 1、被测量的定义不完整或不完善； 例如：定义被测量是一根标称值为1m的钢棒长度。如果要求侧准至m量级，则被测量的定义就不完整，因为此时被测量钢棒受温度和压力的影响已很明显，而这些条件未在定义中加以详细说明，导致其定义的不完整就会使测量结果中引入温度和大气压力影响测长的不确定度。若在定义要求温度和压力下测量，就可消除由此（温度和压力）引起的不确定度。其较完整的定义应为：标称值为1m的钢棒在20.0和101 325Pa时的长度（侧准至m量级）。 2 2、复现被测量的测量方法不理想； 例如：

9、（1）上述定义完整的钢棒长度，由于测量温度与压力实际上达不到理想定义要求，使测量结果仍然引入了不确定度；（2）在被测物品电气强度试验中，由于耐压试验台内阻不为零，使加到被测物品两端的输出电压低于实际设定值，从而引起测量结果的不确定度。航空报国 强军富民 12 四、测量不确定度的来源 3 3、取样的代表性不够，即被测样本不能代表所定义的被测量；例如：测量某介质材料在给定频率时的相对介电常数，由于测量方法和测量设备的限制，只能取这种材料的一部分做成样块，然后对其进行测量。如果测量所用的样块在材料的成分或均匀性方面不能完全代表定义的被测量，则该被测样块将引入测量不确定度。 4 4、在相同条件下被测量

10、在重复观测中得变化。（重复性）例如：这是我们在测量中不可避免的一种综合因素造成的随机误差，它必然也贡献于测量结果的不确定度。在实际工作中，通常多次测量可以得到一系列不完全相同的数据，测量值具有一定的分散性，这是由诸多的随机因素影响造成，这种随机变化常用测量重复性表征，也就是重复性是测量结果的不确定度的来源之一的原因。备注：测量重复性引入的不确定度分量与分辨力引入的不确定度分量在合成标准不确定度的计算中只能取其一，谁的量值大则将谁引入合成标准不确定度的计算。参见JJF1033-2008.航空报国 强军富民 13 5 5、对测量过程受环境影响的认识不恰如其分或对环境的测量与控制不完善； 例如：首先

11、明确，所有的测量都在规定的环境条件下进行，实验室测量环境因素包括：温度、湿度、大气压力、空气流动、污染、振动、噪声、热辐射、电磁干扰、供电电源变化等等;（1）以定义钢棒为例，不仅温度和压力会影响长度，实际上，适度和钢棒的支撑方式也会产生影响，由于认识不足，没有注意采取措施，也会引入不确定度。（校杆/量块在测量机上测量）（2）在水银温度计的校准中，被校温度计和标准温度计两者都置于同一恒温槽中，该槽由一台温度控制器控制。实际上，控制器不可能将恒温槽稳定在某值，而在一个小的范围内来回变化。由于两者的温度响应时间不同引入了不确定度。级对需同温处理的样品（量块检定），其存放时间和存放条件应作为不确定度来

12、源考虑。不相容活动的相邻区域，若没有进行有效隔离，将导致不确定度。四、测量不确定度的来源 航空报国 强军富民 14四、测量不确定度的来源 6 6、对模拟式仪器的读数存在人为偏移；例如：模拟式仪器在读取其示值时，一般是估读到最小分度值的1/10，由于观测者的观测视线以及个人习惯的不同，可能对同一状态下地显示值会有不同的估读值，这种差异将会引入不确定度。（用分辨力0.01mm的千分尺进行测量，不同人测量值的差异） 7 7、测量仪器的计量性能（如灵敏度、鉴别力阕、分辨力、死区及稳定性等）的局限性；例如：（1）测量仪器的不准（最大允许误差）是影响测量结果的最主要的不确定来源，如天平测量物体的重量时，测

13、量结果的不确定度必包含天平和发麻引入的不确定度分量。（2）分辨力对测量结果也有贡献如百分表分辨力为0.01mm，我们可以认为测量时测值落在X-0.005mm到X+0.005mm的区间内机会均等。这里，仪器的分辨力限制引入的测量（扩展）不确定度为0.005mm。航空报国 强军富民 15四、测量不确定度的来源 8 8、测量标准或标准物质的不确定度；例如：通常的测量仪器都是通过与此相关的量值的测量标准来传递量值或校准其测量值。用比较法测量量块长度值时，测得的被测量块长度量的不确定度中应该包含检定时所用的标准量块的不确定度。即测量标准或标准物质的不确定度是测量结果的主要不确定度来源。 9 9、引用的数

14、据或其他参量的不确定度；例如：在测量黄铜工件的长度时，要用到黄铜材料的热膨胀系数，由有关的数据手册可以查到所需的数值，该值的不确定度同时由手册给出，其同样是测量结果不确定度的一个来源。 1010、测量方法和测量程序的近似和假设；例如：被测量表达式的某种近似；自动测试程序的迭代程度，电测量中由于测量系统不完善引起的绝缘漏电、热点势、引线上得电阻压降等，均会引起测量的不确定度。航空报国 强军富民 16评定过程建立模型识别测量不确定度的来源计算合成不确定度量化标准不确定度分量计算扩展不确定度报告测量结果及不确定度航空报国 强军富民 17 A/B类不确定度的评定 XXXXXA类不确定度的 评定方法举例

15、说明提高A类不确定度准确性的方法贝塞尔公式的介绍与应用 A类不确定度 XXXXXB类不确定度的 评定方法举例说明B类不确定度的使用条件B类不确定度的来源B类不确定度航空报国 强军富民 18 niixnx11五、标准不确定度的A A类评定及B B类评定 航空报国 强军富民 19五、标准不确定度的A A类评定及B B类评定 112)(112)( nnixxnniiixsi xxxvii 航空报国 强军富民 2020)()(xsxsi或或稳稳定定值值时时，当当 )(ixsn0)( xsn时时，当当)()(xsxsi和和3.1 )(ixs)(xs0 . 18 . 06 . 04 . 02 . 0 20

16、15105n0五、标准不确定度的A类评定及B类评定航空报国 强军富民 21 五、标准不确定度的A A类评定及B B类评定 航空报国 强军富民 22 五、标准不确定度的A A类评定及B B类评定 航空报国 强军富民 23 采用标准不确定度B类评定的信息来源为：1、以前的观测或测量数据；2、对有关技术资料和测量仪器性能知识的了解和经验；3、生产部门提供的技术说明文件（制造厂的技术说明书）；4、校准证书、检定证书、测试报告或其他文件提供的数据、准确度等级或级别，包括 目前暂在使用的极限误差等；5、引用的手册或有关资料给出的参考数据及其不确定度；6、规定实验方法的国家标准或类似技术文件中给出的重复性或

17、复现性；7、其他有用信息8、注意检定证书和校准证书的应用。“等”和“级”的应用。五、标准不确定度的A A类评定及B B类评定 航空报国 强军富民 24五、标准不确定度的A A类评定及B B类评定 标准不确定度B B类评定的基本方法对于以上信息来源地不确定度的B B类评定，可以根据所提供的信息，先确定输入量X X的不确定度区间-a,a-a,a或误差的范围，其中a a为区间的半宽度。然后根据该输入量X X在不确定度区间-a,a-a,a内的概率分布情况确定包含因子k kp p，则可按下式计算B B类标准不确定度Kp P P（% %）505068.2768.279090959595.4595.4599

18、9999.7399.73K Kp p0.670.671 11.6451.6451.9601.9602 22.5762.5763 3航空报国 强军富民 25分布类型分布类型三角三角梯形梯形矩形矩形/ /均匀均匀反正弦反正弦两点两点k k2 21 1五、标准不确定度的A A类评定及B B类评定 3、不能确定分布情况，如输入量X在-a,a区间内的分布难以确定，则可认为服从均匀分布，取包含因子为4、输入量X由完善的校准证书或鉴定证书等技术文件给出，同时也给出了X的不确定度U（x）是标准差s(x)的k倍，并指明包含因子k的大小，这是“B类评定”很方便， U（x）即为半宽度a，所以标准不确定度u(x)可取

19、U（x）/ k。5、输入量X的分散区间为-a,a，且相对于其最佳估计值xi并不对称的情况下，则半宽度a=（a+-a-）/2，如缺乏X在区间内的分部信息，则可按均匀分布处理，标准不确定度u(x)可按下式计算： u(x)= （a+-a-）/2 这种情况下，应对输入量的估计值xi进行修正，修正值的大小为（a+-a-）/2- xi，修正后xi就在区间的中心位置（a+-a-）/2处。航空报国 强军富民 26标准不确定度标准不确定度A A类类评定评定标准不确定度标准不确定度B B类类评定评定根据根据一组测量数据一组测量数据根据根据信息信息来源来源可能性可能性可信性可信性来源于来源于随机效应随机效应来源于来

20、源于系统效应系统效应通常属通常属数理统计数理统计研究范畴研究范畴通常是通常是相关领域专家相关领域专家的共识的共识五、标准不确定度的A A类评定及B B类评定 航空报国 强军富民 27不确定度如何比较测量结果来看测量过程：1、从误差角度来讲，a的测量结果最好，其误差最小，其测量结果更接近约定真值；其测量不确定度评定虽不是最小，但比参考实验室要好。 2、从不确定度角度来讲，UaUd，说明d的不确定度范围小。由此可见，测量误差小不能说明测量不确定小，测量不确定度小也不能说明测量误差小。单从测量不确定度的角度不能完全测评测量结果。测量误差与测量不确定度的联系一定与测量结果的给出相关联，不能仅仅谈误差与

21、测量不确定度的关系或联系下面列举一个国际比对的例子说明测量结果与误差及不确定度之间的关系： 计量国际比对示意图 对于同一测量标准器而言，Xa+Ua=Xb+Ub，我们假设Xb=Xa+Xa，可以得到等式：Xa+Ua= Xa+Xa+Ub既可以得出： Ua=Xa+Ub，从这个等式中，我们不难看出，b国家在修正测量结果的过程中，对测量误差中的相关问题认识与a国家不完全相同，对测量值Xb产生了影响，就本例而言，b国家对约定真值的认识不如a国家充分，虽然Ub的评价比较小航空报国 强军富民 28测量结果的表示方式：用扩展不确定度表示方式：共有两种表示方式，举例说明。 y y= =y yU U=(100.021

22、47=(100.021470.00070)g 0.00070)g k k=2 =2 y y=100.021 47 g , =100.021 47 g , U U=0.000 70 g, =0.000 70 g, k k=2=2 y=yy=yU Up p(y)(y)=(100.02147=(100.021470.00079)g, 0.00079)g, k k=t=t9595(9)=2.26, =9(9)=2.26, =9 y y=100.02147g=100.02147g， U Up p(y)(y)=0.00079=0.00079， k k=t=t9595(9)=2.26, =9(9)=2.26

23、, =9effveffv二、测量不确定度的报告与表示 航空报国 强军富民 29测量结果的数字位数修约规则：最后报告的不确定度有效位数一般不超过两位，当U U的第一个有效数字为1 1、2 2时，U U取两位有效数字；当U U的第一个有效数字为3 3或3 3以上时，U U只取一位有效数字。多余部分推荐：当保留两位有效数字时，按“不为零即进位”； 当保留一位有效数字时，按“三分之一原则”进行修正。被测量的估计值的位数也要进行相应的修约，原则上是与修约后的不确定度的位数对齐，多余部分进行取舍。二、测量不确定度的报告与表示 航空报国 强军富民 30测量结果的数字位数修约规则：测量结果修约与不确定度关系测得值 8.579 613 8.579 613 8.579 613 8.579 613 测量不确定度U U 0.003 63 0.001 830.003 63 0.001 83U U的第一位 3 13 1U U应取有效位 1 21 2U U应取值 0.004 0.001 90.004 0.001 9U U的修约区间 0.001 0.000 10.001 0.000 1测得值修约数 8.580 8.579 68.580 8.579 6二、测量不确定度的报告与表示 航空报国 强军富民 31 敬请各位专家领导批评指正！航空报国 强军富民 32 谢谢大家！ 祝愿大家工作顺利，心情愉快