不确定度数据表示方法 (2)讲稿

1、关于不确定度数据表示方法 (2)第一张，PPT共三十六页，创作于2022年6月2测量不确定度的表示与评定 测量不确定评定的一般要求一、测量不确定度评定步骤1、确定被测量和测量方法测量方法包括测量原理、测量仪器及其使用条件、测量程序、数据处理程序等。2、分析并列出对测量结果有明显影响的不确定的来源3、建立满足测量不确定度评定所需的数学模型建立数学模型也称为测量模型化，即建立被测量和所有影响量之间的函数关系。数学模型中应包括所有对测量不确定度有影响的输入量。Y=f(X1,X2,，Xn) Xi 为输入量，Y为输出量。第二张，PPT共三十六页，创作于2022年6月3测量不确定度的表示与评定4、确定各输

2、入量的标准不确定度u(xi)根据各输入量标准不确定度评定方法的不同，分为标准不确定度的A类评定和标准不确定度的B类评定。A类评定：对测量样本统计分析进行不确定度评定的方法。用A类评定方法得到的标准不确定度称A类标准不确定度。用实验标准偏差表征。 B类评定：用不同于测量样本统计分析的其他方法进行的不确定度评定的方法。它是基于经验或其他信息的假定概率分布估算的，也可用标准偏差表征。第三张，PPT共三十六页，创作于2022年6月4测量不确定度的表示与评定5、确定对应于各输入量的标准不确定度分量ui (y)6、对应各标准不确定度分量ui (y)进行合成，得到合成标准不确定uc。7、确定被测量Y可能值分

3、布的包含因子8、确定扩展不确定度U=kuc9、给出测量不确定度报告第四张，PPT共三十六页，创作于2022年6月5测量不确定度的表示与评定二、评定时的注意事项1、在分析测量不确定度的来源时，应充分考虑各项不确定度分量的影响，不遗漏，不重复。2、标准不确定度分量的评定，可以采用A类评定方法，也可采用B类评定方法，采用何种评定方法根据实际情况选择。3、采用A类评定方法时，如果怀疑测量数据有异常值，应按统计判别准则判断并剔除测量数据中的异常值，然后再评定其标准不确定度。4、若对测量结果进行修正，修正值不应记在不确定度内，但应考虑由修正不完善引入的不确定度。第五张，PPT共三十六页，创作于2022年6

4、月6不确定度的来源1、被测量的定义不完全2、被测量的定义值的复现不理想3、被测量的样本可能不完全代表定义的被测量4、对环境条件的影响认识不足5、人员的读数偏差6、测量仪器计量性能的局限性（如分辨力等）7、测量标准或测量设备不完善8、在数据处理时所引用的常数或其他参数的不准确9、测量方法、测量系统和测量程序不完善10、在相同条件下，被测量重复观测重的随机变化。11、修正不完善第六张，PPT共三十六页，创作于2022年6月7例：用比较法校准一台电压表在1MHz频率时的1V电压示值，分析校准的不确定度来源。信号源开关标准表被检表可能的不确定度来源：标准表不准引入的不确定度；信号源两次读数间的漂移引入

5、的不确定度；开关两路的不一致性引入的不确定度；各种随机因素引入的不确定度，即测量数据的重复性；波形失真引入的不确定度；被检表的分辨力；其他。第七张，PPT共三十六页，创作于2022年6月8标准不确定度分量的评定一、标准不确定度的A类评定用对测量数据处理的统计方法进行评定,用计算得到的实验标准偏差表征。用算术平均值作为测量结果时，测量结果的A类标准不确定度为： 如果只测量1次，则如果测量m次，则第八张，PPT共三十六页，创作于2022年6月9 标准不确定度分量的评定一、标准不确定度的A类评定实验标准偏差的计算a贝赛尔法b极差法c较差法d最小二乘法预期值的实验标准偏差e合并样本实验标准偏差（组间标

6、准偏差）第九张，PPT共三十六页，创作于2022年6月10标准不确定度的B类评定用非统计方法进行评定 用估计的标准偏差表征B类标准不确定度分量评定的步骤： 1.判断被测量可能值的区间（-a，a）; 2.确定区间半宽度a； 3.假设被测量在区间内的概率分布; 4. 估计置信因子kB类标准不确定度为:第十张，PPT共三十六页，创作于2022年6月11标准不确定度的B类评定区间半宽度a的确定 以前的观测数据；对有关技术资料和测量仪器特性的了解和经验；制造厂（生产部门）提供的技术说明书；校准证书、检定证书、测试报告或其他文件提供的数据、准确度等别和级别；手册和某些资料给出的参考数据及其不确定度；同行共

7、识的经验；第十一张，PPT共三十六页，创作于2022年6月12标准不确定度的B类评定置信因子k的确定1.已知扩展不确定度的k值2.根据假设的概率分布查表得到k值第十二张，PPT共三十六页，创作于2022年6月13标准不确定度的B类评定概率分布的假设被测量随机变化服从正态分布根据测量值落在置信区间内的可能情况估计：区间内任何值的可能性相同，假设为均匀分布；在区间的中心可能性最大，假设为三角分布；落在区间中心的可能性最小，在上、下限处的可能性最大，则假设为正弦分布。缺乏任何信息时，假设为均匀分布；第十三张，PPT共三十六页，创作于2022年6月14标准不确定度的B类评定举例举例1：校准证书上指出标

8、称值为1kg的砝码质量m=1000.00032g，并说明按包含因子k=3给出的扩展不确定度U=0.24。则该砝码的标准不确定度为：u(m)=0.24mg/3=80g举例2：校准证书上指出标称值为10的标准电阻器的电阻RS在23C时为：RS=(10.000470.00013) ，同时说明置信概率p=99%。由于U0.99=0.13m，查表的kp=2.58，所以其标准不确定度为：u(RS)= 0.13m/2.58=50第十四张，PPT共三十六页，创作于2022年6月15标准不确定度的B类评定举例举例3：机械师在测量零件长度时，估计其长度以50%的概率落于10.07mm至10.15mm之间，并给出了

9、长度l=(10.110.04)mm。这说明0.04mm为p=50%的置信区间半宽度，在接近正态分布的条件下，查表得k50=0.67，则长度l的标准不确定度为：u(l)=0.04mm/0.67=0.06mm第十五张，PPT共三十六页，创作于2022年6月16标准不确定度的B类评定举例举例4：设手册中给出的膨胀系数20(Cu)=16.5210-6C-1，但指明最小可能值为16.4010-6C-1，最大可能值为16.9210-6C-1。这时半宽度为：a =(16.92-16.40)10-6C-1/2=0.2610-6C-1假设为均匀分布，取k=1.73，则u(20)= a/1.73=0.1510-6

10、C-1第十六张，PPT共三十六页，创作于2022年6月17合成标准不确定度被测量y由N个其他量xi的函数确定时，假设其函数关系为y=f（x1，x2，xN）上式称为不确定度传播率。 为灵敏系数，r（xi，xj）为 相关系数第十七张，PPT共三十六页，创作于2022年6月18合成标准不确定度1、当被测量的函数形式为：y=A1x1+A2x2+ANxN ，且各输入量之间不相关时，合成标准不确定度为： 若用灵敏系数表示第十八张，PPT共三十六页，创作于2022年6月19合成标准不确定度2、当被测量的函数形式为合成标准不确定度为：3、若所有输入量都相关，且相关系数为1时，合成标准不确定度为：直接测量时（当

11、灵敏系数为1时）第十九张，PPT共三十六页，创作于2022年6月20合成标准不确定度合成标准不确定度的自由度（有效自由度）uc(y)：合成标准不确定度ui(x) ：各输入量的标准不确定度i ： ui(x)的自由度eff 越大表明评定的合成标准不确定度uc(y)越可靠第二十张，PPT共三十六页，创作于2022年6月21合成标准不确定度举例：已知某量含不相关的不确定度分量，其值与自由度分别为： u1=10u2=10u3=10u4=101=52=53=54=5求合成标准不确定度、有效自由度及扩展不确定度(P=99%)。解：由于个分量不相关，故据公式，据eff，及P=99%，查t分布表得：tP=2.8

12、5，故扩展不确定度为：UP= tPuc=56.7 第二十一张，PPT共三十六页，创作于2022年6月22 扩展不确定度分为两种U和Up。1、 U 就是合成标准不确定度的倍数，U=kuc，即由合成标准不确定度直接乘以包含因子k（ k的典型值为23）2、 Up：对于给定的置信概率P，扩展不确定度记为Up=kpuc，此时包含因子 kp 的选择如下如果组成uc的不确定度分量较多，且各分量对不确定度的影响不大时，据中心极限定理，合成不确定度uc的分布接近正态分布。第二十二张，PPT共三十六页，创作于2022年6月23 扩展不确定度若有效自由度充分大，按正态分布计算若有效自由度较小，按t分布计算（按有效自

13、由度查表）如果uc的概率分布为非正态分布时，应根据相应的分布确定kp。第二十三张，PPT共三十六页，创作于2022年6月24当可以估计uc(y)接近某种分布时，乘以对应的包含因子给出UP，P值开始取出合成标准不确定度无必要给出UP时选定包含因子k一般为23计算U=kuc(y)给出U，指明kuc(y)可能接近正态分布时，可按UP给出计算有效自由度eff选定要求的置信概率按eff和P查t分布临界值tP()，包含因子kP= tP()计算UP=kPuc(y)给出UP和P值结束第二十四张，PPT共三十六页，创作于2022年6月25关于概率分布情况的估计 (1) 正态分布a. 重复条件或复现条件下多次测量

14、的算术平均值的分布；b. 被测量Y用扩展不确定度UP给出，而其分布又没有特殊指明时，估计值Y的分布；c. 被测量Y的合成标准不确定度uc(y)中，相互独立的分量ui(y)较多，它们之间的大小也比较接近时，估计值Y的分布；d. 被测量Y的合成标准不确定度uc(y)中相互独立的分量ui(y)中，存在两个界限值接近的三角分布，或4个界限值接近的均匀分布；e. 被测量Y的合成标准不确定度uc(y)中相互独立的分量ui(y)中，量值较大的分量（起决定作用的分量）接近正态分布时。第二十五张，PPT共三十六页，创作于2022年6月26关于概率分布情况的估计 (2) 矩形分布a. 数据修约导致的不确定度；b.

15、 数字式测量仪器的量化误差导致的不确定度；c. 测量仪器由于滞后、摩擦效应导致的不确定度；d. 按级使用的数字式仪表、测量仪器最大允许误差导致的不确定度；e. 平衡指示器调零不准导致的不确定度。第二十六张，PPT共三十六页，创作于2022年6月27关于概率分布情况的估计 (3) 三角分布a. 相同修约间隔给出的两独立量之和或差，由修约导致的不确定度；b. 因分辨力引起的两次测量结果之和或差的不确定度；c. 用替代法检定标准电子元件或测量衰减时，调零不准导致的不确定度；d. 两相同均匀分布的合成。第二十七张，PPT共三十六页，创作于2022年6月28关于概率分布情况的估计 (4) 反正弦分布a.

16、 度盘偏心引起的测角不确定度；b. 正弦振动引起的位移不确定度；c. 无线电中失配引起的不确定度；d. 随时间正余弦变化的温度不确定度。 第二十八张，PPT共三十六页，创作于2022年6月29 测量结果及其测量不确定度的表示一、合成标准不确定度的使用基础计量学研究;基本物理常量测量；复现国际单位制单位的国际比对。第二十九张，PPT共三十六页，创作于2022年6月30 测量结果及其测量不确定度的表示一、测量结果及其合成标准不确定度的表述推荐以下三种方法1、ms=100.02147g,uc(ms)=0.35mg;2、ms=100.02147(35)g括号中的数为合成标准不确定度uc的值，其末位与测

17、量结果的末位相对应3、ms=100.02147(0.00035)g,括号中的数为合成不确定度uc的值，与说明的测量结果有相同的测量单位。第三十张，PPT共三十六页，创作于2022年6月31 测量结果及其测量不确定度的表示二、测量结果及其扩展不确定度的表述，推荐以下几种方法：1、ms=100.02147g，U=0.70mg,k=2;2、ms=(100.021470.00070)g,k=2;3、ms=100.02147g,U0.95=0.79mg,veff=9,k=2.26第三十一张，PPT共三十六页，创作于2022年6月32 测量结果及其测量不确定度的表示(1).给出测量不确定度时，应按下列术语

18、和符号 a. 标准不确定度，用符号“u” 表示； b. 合成标准不确定度，用符号“uc”表示； c. 扩展不确定度，用符号“U ” 表示； d. 包含因子，用“k”表示； e. 置信水平，用“p”表示第三十二张，PPT共三十六页，创作于2022年6月33 测量结果及其测量不确定度的表示(2).最终报告测量结果时，应按以下规定 a.单独表示测量不确定度时，不能带有“”号。 例如，U=25mV；U=2.6%都是错误的。 应为U=25mV；U=2.6%。 b.测量不确定度取12位有效数字。 例如，U=25.6mV是错误的，应为U=26mV。 c.不确定度的数字可采用通用的修约规则，必要时也可将后面的数字舍去，末位进1。 例如，测量不确定度为 26.2m，取二位有效数 字时，U