探讨测量不确定度与测量误差之表象

1、探讨测量不确定度与测量误差之表象【摘 要】 测量不确定度和测量误差是计量学中研究的基本命题，也是计量测试人员经常运用的重要概念之一。它直接关系着测量结果的可靠程度和量值传递的准确一致。然而很多人由于概念不清，很容易将二者混淆或误用，于是在给测量结果带来许多弊端，这里与大家共同探讨测量不确定度与测量误差的表象。 【关键词】测量；不确定度；误差；表象 一、测量不确定度发展过程及测量的目的 （一） 测量不确定度发展过程 在测量不确定度的发展过程中，人们从传统上理解它是“表征(或说明)被测量真值所处范围的一个估计值(或参数)”；也有一段时期理解为“由测量结果给出的被测量估计值的可能误差的度量”。这些曾

2、经使用过的定义，从概念上来说是一个发展和演变过程，它们涉及到被测量真值和测量误差这两个理想化的或理论上的概念(实际上是难以操作的未知量)，而可以具体操作的则是现定义中测量结果的变化，即被测量之值的分散性。 早在七十年代初，国际上已有越来越多的计量学者认识到使用“不确定度”代替“误差”更为科学，从此，不确定度这个术语逐渐在测量领域内被广泛应用。1978年国际计量局提出了实验不确定度表示建议书INC-1。1993年制定的测量不确定度表示指南得到了BIPM、OIML、ISO、IEC、IUPAC、IUPAP、IFCC七个国际组织的批准，由ISO出版，是国际组织的重要权威文献。我国也已于1999年颁布了

3、与之兼容的测量不确定度评定与表示计量技术规范。至此，测量不确定度评定成为检测和校准实验室必不可少的工作之一。 （二）测量的目的 测量的目的是为了得到测量结果，但在许多场合下仅给出测量结果往往还不充分。任何测量都存在缺陷，所有的测量结果都会或多或少地偏离被测量的真值，因此在给出测量结果的同时，还必须同时指出所给测量结果的可靠程度。在各种测量领域，经常采用诸如测量误差、测量准确度和测量不确定度等术语来表示测量结果质量这才是完整并有意义的。 二、测量误差与测量不确定的基本概念 （一） 测量误差的概念及其分类 被测量在规定条件下客观存在的量值称为被测量的真值。然而在实际测量中, 由于测量仪器、 测量条

4、件、 测量方法和测量人员的水平以及种种因素的限制, 使得测量值和客观上存在的真值之间有一定的差异。测量值与被测量真值之差定义为测量误差。误差是客观存在的, 它应该是一个确定的值, 但由于在绝大多数情况下真值是不知道的, 所以, 真误差也无法准确知道。 （二）测量误差的来源测量误差的来源是多方面的因素： 1、系统误差 2、随机误差 3、过失误差 4、仪器误差 5、影响误差 6、方法误差 7、人身误差 8、测量对象变化误差 9、测量力误差 ( 三) 测量不确定度的概念及其分类 1、测量不确定度的概念 不确定度定义为:测量结果带有的参数, 用以表征合理赋予被测量值的分散性,也就是说它按某一置信概率给

5、出真值可能落入的区间。为了表征这种分散性, 测量不确定度用标准偏差表示。 2、测量不确定度可能来源 （1）对被测量的定义不完整或不完善 （2）实现被测量定义的方法不理想 （3）取样的代表性不够，即被测量的样本不能代表所定义的被测量 （4）对被测量过程受环境影响的认识不周全，或对环境条件的测量与控制不完善。 （5）对模拟仪器的读数存在人为偏差（偏移） （6）测量仪器的分辨力或鉴别力不够 （7）赋予测量标准和标准物质的值不准 （8）用于数据计算的常量和其他参量不准 （9）测量方法和测量程序的近似性和假定性 （10）在表面上看来完全相同的条件下，被测量重复观测值的变化 三、 测量误差和测量不确定度的

6、实质与联系 (一)要明确的是测量不确定度与测量误差二者之间概念上的差异。测量不确定度表征被测量的真值所处量值范围的评定。它按某一置信概率给出真值可能落入的区间。它可以是标准差或其倍数，或是说明了置信水准的区间的半宽。 不是具体的真误差，它只是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，是用于表征合理赋予的被测量值的分散性参数。红外线测温仪确定度按其获得方法分为A、B两类评定分量。A类评定分量是通过观测列统计分析作出的不确定度评定，B类评定分量是依据经验或其他信息进行估计，并假定存在近似的标准偏差所表征的不确定度分量。误差多数情况下是指测量误差，它的传统

7、定义是测量结果与被测量真值之差。通常可分为两类：系统误差和偶然误差。误差是客观存在的，它应该是一个确定的值，但由于在绝大多数情况下，真值是不知道的，所以真误差也无法准确知道。我们只是在特定的条件下寻求最佳的真值近似值，并称之为约定真值。通过对概念的理解，我们可以看出测量不确定度与测量误差的主要有以下几方面区别： 1、评定目的的区别：测量不确定度为的是表明被测量值的分散性；测量误差为的是表明测量结果偏离真值的程度。 2、评定结果的区别：测量不确定度是无符号的参数，用标准差或标准差的倍数或置信区间的半宽表示，由人们根据实验、资料、经验等信息进行评定，可以通过A，B两类评定方法定量确定；光度计电阻测

8、试仪测振仪测厚仪金属探测器测高仪。测量误差为有正号或负号的量值，其值为测量结果减去被测量的真值，由于真值未知，往往不能准确得到，当用约定真值代替真值时，只可得到其估计值。 3、影响因素的区别：测量不确定度由人们经过分析和评定得到，因而与人们对被测量、影响量及测量过程的认识有关；测量误差是客观存在的，无忧不受外界因素的影响，不以人的认识程度而改变；因此，在进行不确定度分析时，应充分考虑各种影响因素，并对不确定度的评定加以验证。否则由于分析估计不足，可能在测量结果非常接近真值(即误差很小)的情况下评定得到的不确定度却较大，也可能在测量误差实际上较大的情况下，给出的不确定度却偏小。 4、按性质区分上

9、的区别：测量不确定度不确定度分量评定时一般不必区分其性质，若需要区分时应表述为：由随机效应引入的不确定度分量和由系统效应引入的不确定度分量；测量误差按性质可分为随机误差和系统误差两类，按定义随机误差和系统误差都是无穷多次测量情况下的理想概念。 5、对测量结果修正的区别：不确定度一词本身隐含为一种可估计的值，它不是指具体的、确切的误差值，虽可估计，但却不能用以修正量值，只可在已修正测量结果的不确定度中考虑修正不完善而引入的不确定度；而系统误差的估计值如果已知则可以对测量结果进行修正。一个量值经修正后，可能会更靠近真值，但其不确定度不但不减小，有时反而会更大。这主要还是因为我们不能确切的知道真值为

10、多少，仅能对测量结果靠近或离开真值的程度进行估计而已。虽然测量不确定度与误差有着以上种种不同，但它们仍存在着密切的联系。不确定度的概念是误差理论的应用和拓展，而误差分析依然是测量不确定度评估的理论基础，在估计B类分量时，更是离不开误差分析。 (二)不确定度与误差是两个截然不同的概念，但他们之间有着密切的联系。 1、误差是不确定度的基础，尽管不确定度概念的引入使误差分类的界限及其转化的问题淡化了，但评定和计算不确定度，还有赖于必要的误差分析。只有对各个误差源的性质、分布进行合理的分析和处理，才能确定出各分量的不确定度和合成不确定度。 2、不确定度是误差的综合和发展，不确定度概念的引入使不能确切知

11、道的误差转化为一个可以定量计算的指标附在测量结果中，从而使测量结果的质量有了一个统一的比较标准。 用测量不确定度评价测量结果较之测量误差科学、合理，他避免了由原误差表示易引起的混淆，使误差理论科学发展的结果，必将会渗透到各种科学技术和生产的测量领域 。 四、总 结 测量不确定度的概念是误差理论的应用和拓展, 而误差分析依然是测量不确定度评估的理论基础, 二者既有区别又有联系, 不能混淆和误用。对同一被测量物, 不管测量方法和 条件如何, 相同测量结果可能有相同的, 而不确定度, 却可能不相同。重复性条件下, 不同测量结果可能有相同的不确定度, 而此时它们的测量误差肯定是不同的, 所以不要把误差与不确定度混为一谈。测量不确定度表明赋予被测量之值的分散性，是通过对测量过程的分析和评定得出的一个区间。测量误差则是表明测量结果偏离真值的差值。经过修正的测量结果可能非常接近于真值(即误差很小)，但由于认识不足，人们赋予它的值却落在一个较大区间内(即测量不确定度较大)。 因此测量不确定度与测量误差之表象是我们进一步