化学实验操作评定不确定度示例.ppt

1、2020/8/30,1,第五章 评定不确定度实例 例1、数字显示式（分辨力1km/h）为汽车速度表示值（60km/h处）的不确定度。 数显汽车速度表显示的速度是由测量轮子的直径d（mm）和行使时每分钟轮子转动的圈数n计算出来的，其计算公式如下： 其不确定度为： 0.06是一个理论数字，没有（误差）不确定度。,2020/8/30,2,或者,2020/8/30,3,轮子直径的标准不确定度 根据专业知识，某型号汽车在正常气压（气压不变）下，新与磨损报废的轮胎直径变化在-1.51.5mm间（已中等磨损为中心），由正常气压范围内的低气压到高气压带来的轮子直径的变化在-11mm间（已中等气压为中心）。 该

2、型号汽车的速度表中，输入的轮子直径值是由新轮胎在正常（中等）气压下测出的直径减1.5mm，所以，在不考虑测量误差的前提下，轮子直径的变化范围为 即：输入值 2. 5mm 例如：由新轮胎在正常（中等）气压下测出的直径（6次测量值的均值）为626.3mm，输入值为624.8mm；在不考虑测量误差的前提下，轮子直径的变化范围为 622.3-627.3,2020/8/30,4,轮子直径输入值的误差来自于轮子直径真值的变化和测量误差，有以下两个极端的情况。 1、测大了加上轮子直径真值变大了（新轮胎和高气压），导致速度表显示值比实际速度小了。 2、测小了加上轮子直径真值变小了（到磨损极限的轮胎和低气压），

3、导致速度表显示值比实际速度大了。 轮子直径不确定度（误差模）评定要考虑测量误差和真值变化的幅度：,2020/8/30,5,一、轮子直径 轮子直径的输入值的误差（不确定度）包括，轮子直径变化的幅度和测量（输入值）误差（不确定度）。其输入值的标准不确定度为： 测量轮子直径的卡尺的MPE为0.5mm，检定该卡尺时所用测量标准的不确定度为0.08mm（k=3），测量轮子直径6次的方差为2.49，轮子直径输入值的标准不确定度（平方）为：（ 见5.8 ）,2020/8/30,6,二、转速 测量转速的标准不确定度（平方） 在60km/h检定点，重复测量6次，即： 第一次当标准转速表显示512 r/min时，

4、汽车速度表显示60km/h； 第二次当标准转速表显示508 r/min时，汽车速度表显示60km/h； 第三次当标准转速表显示513 r/min时，汽车速度表显示60km/h； 第六次当标准转速表显示507 r/min时，汽车速度表显示60km/h； 算得6次结果的均值为511.7，方差为31.34； 标准差的单位是r/min,2020/8/30,7,汽车速度表转速的MPE为0.002 r/min（由速度的MPE算出），标准转速表（测量标准）的扩展不确定度为0.001 r/min（k=3），由此可得到汽车速度表转速的标准不确定度（平方）为： 三、圆周率取值的标准不确定度（平方）,2020/8/

5、30,8,汽车速度表示值（60km/h处）的不确定度,2020/8/30,9,汽车速度表各示值处的不确定度不一定相同，应选择适当多的点（一般选6点）分别评定不确定度，然后用回归函数表示出各示值处的不确定度。,2020/8/30,10,近似评定： 例2、在一批炮弹中抽取了10发炮弹，分别用自动测速仪测得炮弹的初速度，算出这10发炮弹的初速度的平均值为867.25m/s，算出方差为16(m/s)2，将867.846m/s作为这批炮弹初速度的平均值。设测速仪的MPE为0.18m/s，在最近一次检定时，认为不必修正，检定该自动测速仪时所用测量标准的不确定度U= 0.06m/s （k=3）（在自动测速仪

6、的检定证书上标明），算得不确定度为：（见3.3，不能代表所定义的被测量）,2020/8/30,11,例1续、使用相同的工艺又生产出一批炮弹，在这批炮弹中抽取了2发炮弹，分别用自动测速仪测得炮弹的初速度，2发炮弹初速度的均值为872.593m/s ，其测速仪的MPE为0.18m/s，在最近一次检定时，认为不必修正，检定该自动测速仪时所用测量标准的不确定度U= 0.06m/s （k=3）（在自动测速仪的检定证书上标明），算得不确定度为： 认定这批炮弹的初速度（均值为872.593m/s，U=5.7m/s）,2020/8/30,12,分析： 在此例中用n颗炮弹（样本）的初速度的平均值作为这批炮弹（

7、N颗总体）的初速度的平均值。首先是用样本信息估计总体参数（平均值）的区间估计，其次是测试误差。对于正态总体，用样本均值估计总体均值的区间估计公式是：,2020/8/30,13,此时，并没考虑测量误差；对于测量误差对应的不确定度，没有其他信息（不能重复测量）能够把测量随机波动分离出来，此处的标准差包含了样品本身的随机波动和测量的随机波动，只需考虑（未查明的）系统误差对应的不确定度。这种评定方式是非常粗略的评定。事实上，用样本均值估计总体均值的区间估计中区间的半宽是不确定度的最主要分量，而对于测量误差对应的区间估计是微不足道的。 类似的破坏性测试均可照此办理。,2020/8/30,14,例3、钢筋

8、抗拉强度测量结果的不确定度。 在一批钢筋中抽取了8根（为了评定不确定度至少抽6根），用准确度为0.25级的试验机分别测出了这8根钢筋的抗拉强度（牛顿），算得8根钢筋抗拉强度的测得值的平均值为1640 （牛顿），方差为12.96 ，用8根钢筋抗拉强度的平均值作为这批钢筋拉强度的（报出）值； 不确定度主要有： 1、样本均值估计总体均值的绝对差 2、试验机的测量误差,2020/8/30,15,其不确定度,2020/8/30,16,其不确定度,2020/8/30,17,分析：准确度等级是相对最大误差（与Vr的差），作为相对扩展不确定度，此处的标准差包含了样品本身的随机波动和测量的随机波动，不考虑Vr的

9、不确定度。 为了评定不确定度，测量钢筋抗拉强度8根，算出（单次）方差s2，今后该检测实验室用该仪器测量同类钢筋时，测量根数为m（m8)次,m次均值的方差为s2 /m 类似的破坏性测试均可照此办理。,2020/8/30,18,在一批钢筋中抽取了2根，用准确度为0.25级的试验机分别测出了这2根钢筋的抗拉强度（牛顿），算得2根钢筋抗拉强度的测得值的平均值为1637 （牛顿），用2根钢筋抗拉强度的平均值作为这批钢筋拉强度的报出）值,其不确定度为：,2020/8/30,19,不确定度,2020/8/30,20,例2、钢筋单位面积抗拉强度测量结果（N/mm2 )的不确定度。 在一批钢筋中抽取了8根，用准

10、确度为0.25级的试验机分别测出了这8根钢筋的抗拉强度（牛顿），算得8根钢筋抗拉强度的测得值的平均值为1640 （牛顿），方差为12.96 ，用8根钢筋抗拉强度的平均值作为这批钢筋拉强度的（报出）值； 不确定度主要有： 1、样本均值估计总体均值的绝对差 2、试验机的测量误差,2020/8/30,21,其不确定度,2020/8/30,22,分析：准确度等级是相对最大误差（与Vr的差），作为相对扩展不确定度，此处的标准差包含了样品本身的随机波动和测量的随机波动，不考虑Vr的不确定度。 类似的破坏性测试均可照此办理。,2020/8/30,23,例2、面粉中水分含量测量结果的不确定度。,2020/8/30,24,在一批面粉中，抽取6份面粉试样，用一架分辨力为0.1mg的天平分别称重，得到6个测量值，算得平均值为2001.36mg, 得到6份面粉试样的水分含量，算得平均值为4.8%，方差为