《测量不确定度》PPT课件.ppt

测量不确定度 李金国 2004年7月20日 基本概念 测量不确定度产生的原因 标准不确定度的A类评定 标准不确定度的B类评定 合成标准不确定度的评定 扩展不确定度的评定 测量不确定度的报告与表示 基本概念 1、测量准确度： 测量结果与被测量的真值之间的一致程度。 2、重复性： 在相同的测量条件下，对同一被测量进行连续多次测量所得 结果 之间的一致性。 3、复现性： 在改变了的测量条件下，同一被测量的测量结果之间的一致 性。 4、实验标准偏差： 5、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。 基本概念 6、标准不确定度： 以标准差表示的测量不确定度。 7、不确定度的A类评定： 用对观测列进行统计分析的方法，来评定标准不确定度。 8、不确定度的B类评定： 用不同于对观测列进行统计分析的方法，来评定标准不确定 度。 9、合成标准不确定度： 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。 10、扩展不确定度： 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。 11、包含因子： 为求得扩展不确定度，对合成标准不确定度所乘之数字因子 。 基本概念 12、自由度： 在方差计算中，和的项数减去对和的限制数。 13、置信概率： 与置信区间或统计包含区间有关的概率值。 14、相关系数： 相关系数是两个变量之间互相以来的度量，它等于两个变量之间 的协方差除以各自方差之积的正平方根。 基本概念 测量误差和测量不确定度的区别 序号内容测测量误误差测测量不确定度 1定义义 表明测测量结结果偏 离真值值，是一个 差值值。 表明被测测量之值值的分散性，是一个区 间间。用标标准差、标标准差的倍数、或给给 定概率下置信区间间的半宽宽来表示。 2分类类按出现现于测测量结结 果中的规规律，分 为为随机误误差和系 统误统误 差，它们们都 是无限多次测测量 的理想概念。 按是否用统计统计 方法求得，分为为A类类 评评定和B类评类评 定。它们们都以标标准不确 定度表示。测测量不确定度评评定时时，一 般不必区分其性质质。若需要区分时时， 应应表述为为“由随机效应应引入的测测量不 确定度分量”和“由系统统效应应引入的不 确定度分量”。 3可操 作性 由于真值值未知， 往往不能得到测测 量误误差的值值。当 用约约定真值值代替 真值时值时 ，可以得 到测测量误误差的估 计值计值 。 测测量不确定度可以由人们们根据实验实验 、 资资料、经验经验 等信息进进行评评定，从而可 以定量确定测测量不确定度的值值。 测量误差和测量不确定度的区别 序号内容测测量误误差测测量不确定度 4 数值值 符号 非正即负负，不能 用正负负号表示。 是一个无符号的参数，当由方差求得 时时，取其正平方根。 5合成 方法 各误误差分量的代 数和。 当各分量彼此独立时时用方差合成定理 进进行合成，否则应则应 考虑虑加入相关项项 。 6修正 结结果 已知系统误统误 差的 估计值时计值时 ，可以 对测对测 量结结果进进行 修正，得到已修正 的测测量结结果。 不能用测测量不确定度对测对测 量结结果进进 行修正。对对已修正测测量结结果进进行不 确定度评评定时时，应应考虑虑修正不完善 引入的不确定度分量。 测量误差和测量不确定度的区别 序号内容测测量误误差测测量不确定度 7结结果说说 明 误误差是客观观存在的， 不以人的认识认识 程度而 转转移。误误差属于给给 定的测测量结结果，相同 的测测量结结果具有相同 的误误差，而与得到该该 测测量结结果的测测量仪仪 器和测测量方法无关。 测测量不确定度与人们对们对 被测测量、影 响量、以及测测量过过程的认识认识 有关。 合理赋赋予被测测量的任一个值值，均具 有相同的测测量不确定度。 8实验实验 标标准差 来源于给给定的测测量 结结果，它不表示被测测 量估计值计值 的随机误误 差。 来源于合理赋赋予的被测测量之值值，表 示同一观测观测 列中，任一个估计值计值 的 标标准不确定度。 9自由度不存在可作为为不确定度评评定可靠程度的指 标标。 10置信 概率 不存在当了解分布时时，可按置信概率给给出 置信区间间。 测量结果的误差、准确度和不确定度 误误差 定义义：测测量结结果减去被测测量的真值值。 测测量结结果的误误差与真值值或约约定真值值有关，与测测量结结果有关。 是一个量值值，有符号，不能用（）号表示。 测测量结结果的误误差等于系统误统误 差和随机误误差的代数和。 准确度 定义义：测测量结结果与被测测量的真值值之间间的致程度。 测测量结结果的准确度是一个定性的概念，不要和数字连连用而将 其定量化。 不确定度 定义义：表征合理地赋赋予被测测量之值值的分散性，与测测量结结果相 联联系的参数。 表示一个区间间，无符号。用标标准不确定度或扩扩展不确定度表 示。 测量仪器的误差、准确度和不确定度 误误差 定义义：测测量仪仪器的示值值与对应输对应输 入量真值值之差。也称为为示值值 误误差。示值误值误 差与真值值有关，实际实际 上常用约约定真值值而得到示 值误值误 差的近似值值。 示值误值误 差是对对于某一特定仪仪器和某一指定的示值值而言的，同 型号不同仪仪器的示值误值误 差一般是不同的，同一台仪仪器对应对应 于 不同示值值的示值误值误 差也可能不同。最大允许误许误 差是对对某型号 仪仪器的人为规为规 定的误误差限，它不是误误差，实际实际 上是扩扩展不确 定度的概念。 准确度 定义义：测测量仪仪器给给出接近于真值值的响应应能力。是一定性的概 念，但可以用准确定等级级或测测量仪仪器的示值误值误 差来定量表述 。 目前不少仪仪器说说明书书上给给出的准确度，实际实际 上是指最大允许许 误误 差。 不确定度 无定义义，因此尽量不要用“测测量仪仪器的不确定度”这这种说说法。 有时时，将由校准得到的仪仪器示值误值误 差的不确定度简简称为仪为仪 器 的 不确定度。 基本概念 误差和不确定度是两个完全不同而相互有联系的概念，它们相互之间并不排 斥。不确定度不是对误差的否定，相反，它是误差理 论的进一步发展。 误差和不确定度的概念是不同的，因此不能混淆和误用。应该根据误差和不 确定度的定义来加以判断，应该用误差的地方就不能用不确定度，反之亦然 。 误差仅与测量结果及被测量的真值或约定真值有关。对同一被测量，不 管测量仪器、测量方法、测量条件如何，相同测量结果的误差是相同的。 在重复性条件下进行多次重复测量，得到的测量结果一般是不同的，因此它 们的测量误差也不同。 测量不确定度和测量仪器、测量方法以及测量条件有关，而与测量结果无 关。在重复性条件下进行测量时，不同测量结果的不确定度是相同的，但它 们的误差肯定是不同的。 知道了测量误差以后，可以对测量结果进行修正，得到已修正的测量结果。 而不确定度是不能用来对测量结果进行修正的。 仪器没有不确定度，因为没有对仪器的不确定度下过定义。但仪器的示值误 差或最大允许误差与用仪器得到的测量结果的不确定度有关。 测量不确定度产生的原因 1、被测量的定义不完整； 2、复现被测量的测量方法不理想； 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； 4、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； 5、对模拟式仪器的读数存在人为偏移； 6、测量仪器的计量性能的局限性； 7、测量标准或标准物质的不确定度； 8、引用的数据或其他参量的不确定度； 9、测量方法和测量程序的近似和假设； 10、在相同条件下被测量在重复观测中的变化。 标准不确定度的A类评定 u（x）= s（x）/n1/2 s2（x）= vi2/（n-1）= （xi-x）2/（n-1） 标准不确定度的B类评定 U（x）= ku（x） U（x）的确定： 1、以前的观测数据； 2、对有关技术资料和测量仪器特性的了解和经验； 3、生产部门提供的技术说明文件； 4、校准证书、检定证书或其他文件提供的数据、准确度的 等 别或级别，包括目前暂时在使用的极限误差等； 5、手册或某些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 限r或复现性R。 k的确定： 根据分布及置信概率确定。 标准不确定度的B类评定 合成标准不确定度的评定 uc2（y）= ui2（y） 扩展不确定度的评定 U = kuc（y） 测量不确定度的报告与表示 测量不确定度评定步骤 1、确定被测量和测量方法 此处的测量方法包括测量原理，测量仪器以及测量 和数据处理程序等。 2、建立满足测量不确定度评定所需的数学模型并找出 所有影响测量不确定度的输入量。 3、根据不确定度传播定律，得到方差和传播系数公式 ，即合成标准不确定度公式。 4、确定各输入量的标准不确定度。 5、确定对应于各输入量