淺談測(cè)量不確定度應(yīng)用中注意的問(wèn)題

張世賓 王洪禮

摘要：測(cè)量不確定度是與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)，以表征測(cè)量的可信程度。測(cè)量不確定度是計(jì)量學(xué)中研究的基本命題，正確表述和評(píng)定測(cè)量不確定度是計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)開(kāi)展工作的要求，它直接關(guān)系著測(cè)量結(jié)果的可靠程度和量值傳遞的準(zhǔn)確一致。本文結(jié)合學(xué)習(xí)測(cè)量不確定度有關(guān)知識(shí)，著重談測(cè)量不確定度在運(yùn)用時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題。

關(guān)鍵詞： 不確定度;可信程度;計(jì)量學(xué)

1、測(cè)量不確定度概念

1.1 對(duì)不確定度定義的正確理解

測(cè)量不確定度是指“表征合理地賦予被測(cè)量之值的分散性，與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)”。理解不確定度概念時(shí)應(yīng)注意：①測(cè)量不確定度的表示可以是標(biāo)準(zhǔn)偏差、標(biāo)準(zhǔn)偏差的倍數(shù)和說(shuō)明了置信水準(zhǔn)區(qū)間的半寬三種形式。②測(cè)量不確定度由多個(gè)分量組成，一些分量用一系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分布評(píng)定，以實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差表征;另一些分量由基于經(jīng)驗(yàn)或其他信息的假定的概率分布評(píng)定，用標(biāo)準(zhǔn)偏差表征。③測(cè)量結(jié)果為被測(cè)量值的最佳估計(jì)，所有的不確定度分量，包括由系統(tǒng)效應(yīng)引起的，均對(duì)分散性有貢獻(xiàn)。

1.2 測(cè)量結(jié)果及其不確定度的有效位數(shù)問(wèn)題

JJF1059.1-2012明確規(guī)定：通常不確定度最多為兩位有效數(shù)字。開(kāi)展不確定度評(píng)定時(shí)要注意：①不確定度一般取1位或2位有效數(shù)字，2位以上是不允許的?！白疃酁?位”而不是“一律為2位”，計(jì)算過(guò)程可保留多位。②一旦測(cè)量不確定度的有效位數(shù)確定，采用修約間隔來(lái)修約測(cè)量結(jié)果以確定其有效位至哪一位。

測(cè)量不確定度有效位數(shù)究竟是取一位還是兩位，應(yīng)根據(jù)所評(píng)定測(cè)量過(guò)程的客觀實(shí)際情況來(lái)決定。

2、測(cè)量不確定度來(lái)源

2.1 識(shí)別測(cè)量過(guò)程分析不確定度來(lái)源

識(shí)別測(cè)量過(guò)程分析不確定度來(lái)源開(kāi)展測(cè)量不確定度評(píng)定時(shí)，應(yīng)對(duì)測(cè)量方法、測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)量程序做詳細(xì)研究，為此應(yīng)盡可能畫(huà)出測(cè)量系統(tǒng)原理或測(cè)量方法的方框圖和測(cè)量流程圖。

不確定度會(huì)受許多因素的影響，測(cè)量中可能導(dǎo)致不確定度的來(lái)源很多，一般從測(cè)量過(guò)程控制的“人、機(jī)、料、法、環(huán)”五個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析。

2.2 不確定度評(píng)定中A類(lèi)和B類(lèi)方法的應(yīng)用問(wèn)題

在評(píng)定中，A類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度和B類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度不存在本質(zhì)的區(qū)別，只是評(píng)定方法不同而已。A類(lèi)是用對(duì)觀測(cè)列數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)方法，而B(niǎo)類(lèi)是非統(tǒng)計(jì)方法，在實(shí)際評(píng)定中應(yīng)根據(jù)被評(píng)定問(wèn)題的現(xiàn)實(shí)情況按照可靠、簡(jiǎn)單、方便的原則來(lái)選取。

2.3 不確定度的分類(lèi)問(wèn)題

測(cè)量不確定度在使用中根據(jù)表示的方式有三種不同的術(shù)語(yǔ)，即標(biāo)準(zhǔn)不確定度、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度。不確定度的表示形式有絕對(duì)和相對(duì)兩種， 絕對(duì)形式表示的不確定度與被測(cè)量的量綱相同， 相對(duì)形式無(wú)量綱。標(biāo)準(zhǔn)不確定度是用標(biāo)準(zhǔn)偏差表示測(cè)量結(jié)果的不確定度。測(cè)量不確定度評(píng)定分為A、B兩種方法，A類(lèi)評(píng)定所得的不確定度分量稱(chēng)為A類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量，B類(lèi)評(píng)定所得的不確定度分量稱(chēng)為B類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量。擴(kuò)展不確定度是確定測(cè)量結(jié)果區(qū)間的量，合理賦予被測(cè)量之值分布的大部分可望含于此區(qū)間，是將被測(cè)量Y的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc（y）擴(kuò)展了k倍后得到的，即U=kuc（y），k稱(chēng)為包含因子，一般取2或3，取決于被測(cè)量的重要性、效益和風(fēng)險(xiǎn)。

3、不確定度和準(zhǔn)確度的區(qū)別和聯(lián)系

3.1 不確定度和準(zhǔn)確度的區(qū)別

準(zhǔn)確度主要是以真值為中心，表示接近真值的“一致程度”。準(zhǔn)確度有測(cè)量準(zhǔn)確度和測(cè)量?jī)x器的準(zhǔn)確度之分。測(cè)量?jī)x器的準(zhǔn)確度是構(gòu)成測(cè)量準(zhǔn)確度的組成部分，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠程度不僅與測(cè)量?jī)x器準(zhǔn)確度有關(guān)， 也取決于測(cè)量環(huán)境、人員、方法等因素。測(cè)量?jī)x器選配的目的是保證測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確可靠， 必須依據(jù)其測(cè)量準(zhǔn)確度裁定。

準(zhǔn)確度等級(jí)是計(jì)量器具最具概括性的特征，反映計(jì)量器具基本誤差和附加誤差的極限值以及其他影響測(cè)量準(zhǔn)確度的特性值，通常按約定注以數(shù)字或符號(hào)并稱(chēng)為等級(jí)指標(biāo)。儀表的準(zhǔn)確度級(jí)別， 就是根據(jù)它允許的最大引用誤差來(lái)劃分的。在計(jì)量檢定中最大引用誤差不得超過(guò)儀表技術(shù)規(guī)范、規(guī)程等對(duì)給定測(cè)量?jī)x器所允許的誤差。

3.2 不確定度和準(zhǔn)確度的聯(lián)系

準(zhǔn)確度是一個(gè)定性的概念， 只能對(duì)測(cè)量結(jié)果表達(dá)為“高”、“低”， 若要用值來(lái)定量表示應(yīng)采用測(cè)量不確定度的概念。

4、測(cè)量誤差與不確定度區(qū)別和聯(lián)系.

4.1 測(cè)量誤差與不確定度區(qū)別

正確運(yùn)用不確定度與誤差概念，首先把握評(píng)定目的的不同，測(cè)量不確定度評(píng)定目的為的是表明被測(cè)量值的分散性;測(cè)量誤差為的是表明測(cè)量結(jié)果偏離真值的程度。其次是評(píng)定結(jié)果的區(qū)別，測(cè)量不確定度是符號(hào)的參數(shù)，用標(biāo)準(zhǔn)差或標(biāo)準(zhǔn)差的倍數(shù)或置信區(qū)間的半寬表示，可以通過(guò)A、B兩類(lèi)評(píng)定方法定量確定;測(cè)量誤差為有正號(hào)或負(fù)號(hào)的量值，其值為測(cè)量結(jié)果減去被測(cè)量的真值，由于真值未知，往往不能準(zhǔn)確得到。第三是影響因素的區(qū)別，測(cè)量不確定度由人們經(jīng)過(guò)分析和評(píng)定得到，因而與人們對(duì)被測(cè)量、影響量及測(cè)量過(guò)程的認(rèn)識(shí)有關(guān);測(cè)量誤差是客觀存在的，不受外界因素的影響，不以人的認(rèn)識(shí)程度而改變。

根據(jù)不確定度定義，我們得出如下結(jié)論：①測(cè)量結(jié)果都存在誤差，也存在測(cè)量不確定度;②測(cè)量?jī)x器（計(jì)量器具）有誤差，無(wú)測(cè)量不確定度。只有測(cè)量結(jié)果才有不確定度，這個(gè)結(jié)果可以是示值誤差。

4.2 測(cè)量誤差與不確定度的聯(lián)系

測(cè)量不確定度與誤差有著種種不同，仍存在著密切的聯(lián)系。首先，它們都是對(duì)測(cè)量過(guò)程不完善性的評(píng)定，都是無(wú)限多次測(cè)量的理想概念。在計(jì)算不確定度時(shí)，用了描述誤差分布的一些特征參量，兩者在分析方法、合成方法和傳遞原理的公式上有相似之處，兩者不是割裂對(duì)立的。其次，實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差是分析誤差的基本手段。因此，從本質(zhì)上說(shuō)不確定度理論是在誤差理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，是誤差理論的應(yīng)用和拓展，而誤差分析依然是測(cè)量不確定度評(píng)估的理論基礎(chǔ)。

5、結(jié)語(yǔ)

測(cè)量不確定度是與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)，指測(cè)量不確定度是一個(gè)與測(cè)量結(jié)果在一起的參數(shù)，在測(cè)量結(jié)果的完整表述中應(yīng)該包括測(cè)量不確定度。正確表述和評(píng)定測(cè)量不確定度是測(cè)量工作的要求，它直接關(guān)系著測(cè)量結(jié)果的可靠程度和量值傳遞的準(zhǔn)確一致。我們?cè)陂_(kāi)展測(cè)量不確定度評(píng)定時(shí)可適當(dāng)進(jìn)行簡(jiǎn)化，k統(tǒng)一取2，在對(duì)測(cè)量方法的進(jìn)行全面了解和找出能影響測(cè)量結(jié)果的所有不確定度來(lái)源的基礎(chǔ)上，才能合理進(jìn)行測(cè)量不確定度評(píng)定和運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.測(cè)量不確定度評(píng)定與表示（JJF1059.1-2012）[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，1999.

[2] 國(guó)家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.通用計(jì)量術(shù)語(yǔ)及定義（JJF1001-1998）[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，1999.

[3] 沙定國(guó).誤差分析與測(cè)量不確定度評(píng)定[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2003.

[4] 倪育才.實(shí)用測(cè)量不確定度評(píng)定.[M].北京：中國(guó)計(jì)量出版社，2009.

作者簡(jiǎn)介：張世賓，男，漢語(yǔ)，大專(zhuān)，專(zhuān)業(yè)煤礦開(kāi)采，籍貫山東， 研究方向：金屬材料 ，單位：新疆維吾爾自治區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，職稱(chēng)：無(wú);

王洪禮，單位：新疆維吾爾自治區(qū)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，職稱(chēng)：工程師。