【现代测试技术】第2章 测量不确定度的评定.ppt

第二章测量不确定度评价，本章主要内容：(1)测量不确定度的概念(2)测量不确定度的分类(3)测量不确定度的表示和评价。2.1概述，测量不确定性是测量结果可能误差的测量，是定量说明测量结果好坏的一个参数，因此是与测量结果相关联的一个参数。完整的测量结果，必须同时提供测量结果的最佳预估值和测量结果的不确定性。2.1.1出现了为什么要用测量不确定度评定代替误差评定误差的概念(1862年)，测量结果误差评定时存在逻辑概念和评价方法的问题。1.逻辑概念上的问题误差是测量结果与测量的true值之间的差异。True值是理想的概念。严格意义上得不到。所以也不能得到误差。错误评估通常使用协议真值和相对真值替代。此外，如误差所定义，误差是两个量的差值。但是，在传统错误评估中，大多数错误都标记为错误部分。2.1概述，2 .评价方法问题评价方法在错误评价中不统一：根据错误源的特点，分为随机错误和系统错误类别。随机误差以测量结果的标准差表示，其中总随机误差由各个随机误差分量和根方法合成。系统错误显示为可能的最大错误，即错误限制。总系统误差也是用联根法合成各系统误差组件的。最后，综合了总随机误差组件和总系统误差组件，得到了测量结果的总误差。随机误差耦合系统误差是两个性质不同的量，无法解决数学上两个不同特性量之间的合成问题。因此，在很长一段时间内，随机误差和系统误差的合成方法不仅因国家而异，而且在一个国家内，不同的测量领域，甚至不同的测量人员使用的方法也往往不完全相同。例如，前苏联的国家验证系统表中列出了两个技术指标：总随机误差和总系统误差，但没有列出合成后的总误差。美国的一些国家经常将随机误差和系统误差之和作为总误差。我国大部分是用合根法合成随机误差和系统误差。由于误差评价方法的不一致，不同的测量结果缺乏可比性，不符合全球化市场经济的快速发展历史。2.1.2测量不确定度评估的适用范围JJF1059-1999 测量不确定度评定与表示规定了测量不确定度评估和表示的一般规则，适用于各种精度等级的测量领域，不限于测量领域的验证、校准和测试。主要领域包括：(1)建立国家标准，测量标准和国际反应，标准物质，标准参考数据；测量方法、验证程序、验证系统和校准规范；科学研究和工程测量；计量认证、计量确认、质量认证和实验室认证；测量设备校准和验证；生产工艺质量保证和产品检验测试；贸易结算，医疗保障，安全保护，环境检查资源测量。2.1概述，2.1.3几个相关名词true表示true测量误差的表示重复性，线性性，滞后分辨率测量设备的最大参考误差测量设备的最大容差置信区间和可靠性，2.1概述，1 .真：测量本身客观存在的实际值。真理是客观的，但不能衡量。实际度量和衡量标准经常使用理论真、合意真和相对真。理论真理：理论推导分析。协议真：定义为国际公认的单位，使用科学技术发展的最高水平再现的单位标准。法律形式规定。可以忽略的。相对true(实际):满足指定精度时使用的值，而不是true值。(仪表校准)，2.1概述，2绝对误差： a=ax-A0绝对误差的负值也称为校正值，通常通过测量单位验证给出c=- a=A0-ax仪表的校正值。显示值加上修改值，即可得出true，即实际值。3相对误差：因为真值A0未知，所以经常用度量值代替。也就是说，缺点：定义不严格，与的大小有关，在低范围内误差大。在实际测量中，相对误差经常用于评价测量结果的准确度，相对误差越小，准确度越高。4参考误差：绝对误差与测量仪器范围之比，以百分比表示，即最大参考误差：测量仪器准确度等级确定应用最大参考误差。电测仪的准确度等级指数a分为7个等级：0.1、0.2、0.5、1.01.5、2.5、5.0等。最大参考误差不能超过仪表准确度等级指数a的百分比。也就是说，使用电度表时可以产生的最大可能误差为：5容差：表示在工作条件下测量仪可以产生的最大误差范围，可以用工作误差、固有误差、影响误差、稳定性误差来说明。公差通常用绝对误差表示。=(ax% AMB %)使用模拟仪表盘。例如：电位计可忽略=(ax% n字)数字仪表，常用Ax测量或标记；Am数量限制或范围值；误差的相对系数；固定系数。如果5项可以忽略“n个单词”，则显示的错误值是数字仪表在指定定量限制下的n倍分辨率，即最后一个单词表示的测量值的n倍。例如，如果n为5，并且在1V上有时间限制的3个数字电压表，则“n字”表示5mV的电压错误，如果在10V上有时间限制，则“n字”表示50mV的电压错误。示例：4个半数字电压表，其范围为2V，工作误差为0.025% UX 1个单词，使用此表测量的值分别为0.0012V和1.9888V，以查找这两种情况下的绝对误差和相对误差。解决方案：4位反恐分辨率0.0001V，6测量结果的置信度(1)置信度概念测量数据或结果的置信度特征的参数置信区间m (a)-k (a)，m (a) k (a) k 测量数据或结果的置信度在不同分布下，当给定时的置信区间时，标准差越小，信任系数和相应的信任概率越大，反映出测量数据的可信度越高。信任概率是图形的着色部分区域，信任部分包含true值的概率称为信任概率。信任限制：k信任系数(或信任系数)，1)确定了正态分布的信任概率、分布和k值后，信任概率可以确定正态分布。当k=3时，间隔越大，信任概率越大，2)信任系数分布均匀，将信任范围设置为误差限制。也就是说，误差的信赖区间是100%的信赖概率。例如，均匀分布具有：2.2测量不确定度的标准，2.2.1测量不确定度的概念测量不确定度表示测量(测量值)不确定度，是表征测量结果分布的参数。通过测量过程的分析和评估获得的间隔。测量中不确定性的来源是缺乏对环境条件的影响或测量程序的认识，或在不完全的环境条件下测量。模拟仪表读数的某人偏移；测量设备或设备的分辨率或认证阈值不足。数据处理中引用的常量和其他参数的不准确；测量方法和程序的近似和假设；在相同条件下，将测量重复观测中的变更(重复)。不确定性越小，结果越接近测量的true值，反之，测量结果的质量越低！余度，2.2.2测量不确定度的分类：a类不确定性：用统计方法获得的不确定性用多测量结果的标准差表示；b类不确定性：通过其他方法获得的不确定性；2.2.3不确定度评估模型，基于2.2测量不确定度，图2-1不确定度评估过程，输入量Xi:影响量，影响系数，如温度，电源波动；其他测量结果；基于2.2测量不确定度，2.3.1A类a不确定度的计算贝塞尔(Bessel)方法贝塞尔方法是一般标准方法。设置等精度限定测量数据集的测量列包括：单个测量标准偏差的估计值为剩馀误差、剩馀误差或残差；算术平均值的标准偏差估计值为、2.3测量不确定度计算；最大残差方法为n次测量；测量列的残差；最大残差测量列的残差；最大残差测量列的算术平均值参考表2-2，表2-1系数与n的关系，2.3测量不确定度计算，是对电压进行5次迭代测量，获得1.48V、1.50V、1.47V、1.52V、1.53V，根据表2-1计算测量不确定度， 根据表2-2，根据1240、1225、，2.3.2类b不确定性根据不同信息源的恒定转换关系进行评估。 有关U(xi)的信息如下：以前的测量数据；对材料和设备性能的理解；技术手册中提供的技术指标；校准验证证书或研究报告提供的数据。手册或文档提供的参考数据及其不确定性。2.3测量不确定度计算，如1 .如果在文档、验证证书、用户指南中提供了Xi的扩展不确定性u和u的复盖范围k，则Xi的b类标准不确定性u(xi)等于扩展不确定性除以复盖因素。2.3测量不确定度计算(例如，标准值为1000g的重量m，验证证书上显示的值的不确定性为240g，是标准偏差的3倍)。此天平的标准不确定性为u (m)=240/3=80g的相对标准不确定性为，2。如果已知Xi的信任区间之一及其对应的信任概率(通常为P=0.90，0.95，0.99)，则Xi的b类标准不确定性u (Xi):u xi的扩展不确定性等于信任区间的一半宽度。K信任系数，k (0.68)=1，k (0.90)=1.64，k (0.95)=1.96，k (0.99)=2.58。其中下标是信任概率的值，如果k均匀分布，则以弧分布。2.3测量不确定度计算，范例:验证证明具有标称值10的标准电阻器为99%信任水平，其电阻的不确定性为129 ，电阻的标准不确定性为u(ri)=u/k=129/2.58=50也就是说，Xi的不确定性是2.3测量不确定度计算，示例在数字电压表规范中，验证后2年内1V范围的不确定性是1410-6读数210-6范围(v)，用20个月内使用的数字电压表测量电位器U，得到U=0.928571V。此测量的不确定性用b类标准不确定度评定方法进行评估。作为数字电压表的技术指标计算，半宽a为：=1410-60.928571 210-61=1510-6v=15v时b类标准不确定性组件为：2.3.3合成不确定性的计算合成不确定性的计算公式测量结果的每个输入相互独立时y=f (x1.)测量结果的合成标准不确定性：2.3测量不确定性计算，样式的测量结果的合成标准不确定性；A类a标准不确定性组件；B标准不确定度成分；已知函数的变量的误差传播系数；不确定度传播系数计算(1)微分方法。将函数y设置为n个独立变量的函数，即独立变量的不确定度传播系数，给出了、(2)数值计算方法(3)实验确定方法、2.2测量不确定度计算、2.3.4扩展不确定性和计算扩展不确定性以置信水平的区间半宽表示的测量不确定性，以复合不确定性的倍数表示的测量不确定性，给出了测量值的分布概率。根据U(y)=kyuc(y) y概率分布检查表。规定，如果y的概率分布不确定，则ky=3，对应的信任概率p为0.99或99%，或者ky=2，对应的信任概率p为0.95或95%。如果测量单位为常数、2.3测量不确定度计算、2.3.5测量单位将正在测量的y的估计值设置为y、估计值中包含的定义系统误差分量为y、估计值的不确定度为u，则正在测量的y的测量单位为y-y-uy-y uy-y u y=0，则测量结果可能如下所示：5734y=Yu，2.3测量不确定度计算，2.3.6数据处理示例示例晶体管毫伏表的技术指标如下：基波a频率为1kHz时出现基本错误，参考为b 20 的温度错误。c在50Hz到100kHz范围内添加频率错误。d电源电压220V变化范围为10%时添加错误。85734