第四章不确定度评定.ppt

1、第四章 测量不确定度,主要内容,1.概述 2.基本术语 3.不确定度评定过程 4.不确定度评定举例,1 概 述,1.1不确定度的重要性 1.1.1不确定度的基本意义 1.1.2不确定度在技术监督中意义,1、概述,1.1.1不确定度的基本意义,1.1.1不确定度的基本意义,1、不确定度的基本意义 不确定度对人们认识自然与改造自然极为重要。 人类从学会使用劳动工具改造环境之时起，很早就开始了测量。远古时代，人们为安排农作、狩猎、交换粮食和贵重物品，就在进行时间、距离、面积、体积和重量的测量。测量就有不确定度，随着社会生产、交换的发展和科学技术的进步，测量范围不断扩大，测量不确定度愈来愈小。,现在，

2、在科学技术中，在生产、商业、贸易、医疗、环保等等中，进行着大量的测量工作，用以认识事物。测量的质量如何，要用不确定度来说明。不确定度愈小，测量结果的质量愈高，水平愈高，其使用价值也愈高；不确定度愈大，测量结果的质量愈低，水平愈低，其使用价值也愈低。,1.1.1不确定度的基本意义,测量不确定度必须正确评定。不确定度评定过大，会因测量不能满足需要而再投资，造成浪费；不确定度评定过小，会对生产与国防造成危害。如我国石油每年出口以千万吨计，不确定度评定不当，则输出石油过多会亏损并增加运费，过少也会赔偿，从而会造成巨大的损失。,1.1.1不确定度的基本意义,医疗设备仪表不确定度不可靠，就会使人体承受过大

3、或过小的药量或放射剂量，量过大造成伤亡，量过小不能治病。在航空航天系统中，频率不确定度不可靠会使导航失去联系，燃料重量不确定度不可靠会使卫星或火箭发射因推力不足而失败。,1.1.1不确定度的基本意义,1.1.2、不确定度在技术监督中意义,不确定度与计量科学技术密切相关。不确定度用以表明基准标准、检定测试、校准的水平，作为量值溯源的依据，并用来表明测量设备的质量，测量过程控制所用的计量保证，就是要保证经过验证的测量不确定度要尽可能小，以满足计量校准或计量检测的要求。,1.1.2不确定度在技术监督中意义,在质量管理和质量保证中，不确定度极为重要。ISO 9001(质量体系设计开发、生产、安装和服务

4、的质量保证模式(Qual itySystemsModelforQualityAssuranceinDesignDevelop ment，Production，Installation and Servicing)中规定，使用时，应保证所用设备的不确定度已知。,1.1.2不确定度在技术监督中意义,在ISOIECGuide 25校准实验室和测试实验室能力的通用要求(General Requirements for the Competence OfCalibration andTestingLaboratory)中指出，实验室的每个证书或报告，必须包含有关评定校准或测试结果不确定度的说明。,1.1

5、.2不确定度在技术监督中意义,在ISO)ECGuide 43利用实验室间比对的能力验证(ProficiencyTesting byInterlaboratory Comparisons)中，多处指明不确定度的重要性；如A2中说，协调者应考虑各参加实验室的不确定度，65中说，试验计划报告应包含不确定度，A16中说，协调者按照不确定度承认指定值等。,1.1.2不确定度在技术监督中意义,很多标准涉及生产、测量，都须讨论不确定度。如ISO 5168研究流量测量不确定度，ISO 14253讨论几何量产品测量不确定度等等。,1.1.2不确定度在技术监督中意义,1.2.1不确定度名称 英文：Uncertai

6、nty 法文：Incertitute 德文：Unsicherheiten 俄文：Heopee 日文：不确,1.2.2不确定度发展进程 400年前，德国天文学家开普勒(Kepler)借助于仪器进行天文测量，得以发现行星运动规律，从测量结果比较中，他知道轨道测量中有不确定度。,200年前, 工业发展推动了精确测量的发展，机械工具、汽轮机、枪等维修时的零件互换要求考虑制造的允差，并要求仔细考虑测量工具不能精确测量引起的测量不确定度。,1.2.2不确定度发展进程,1927年，海森伯(Heisenberg)提出了不确定度关系(Uncertainty Relation)，又称测不准关系。,1.2.2不确定

7、度发展进程,1953年，比尔斯(Beers)在误差理论导引(Introduction to the Theory of Error)书中指明：当我们给出实验误差为0000 00910-10。时，它实际上是以标准差等表示的估计实验不确定度。,1.2.2不确定度发展进程,1963年，美国标准局(NBS)埃森哈特(Eisenhart)在仪器校准系统的精密度与准确度估计一文中，提出了使用不确定度的建议。 1970年前后，一些计量学者和其他领域学者，逐渐使用不确定度一词。,1.2.2不确定度发展进程,1970年，英国校准机构(British Calibration Service)迪特里希(Dietri

8、ch)在不确定度、校准和概率(Uncertainty，Calibration and Probability)一书中谈到：“测量不确定度为一组测量的平均值任何一边的范围，当作了很大数目测量时，读数的位于该范围内。”,1.2.2不确定度发展进程,1973年，英国国家物理实验室(NPL)的伯恩斯(Burns)、坎皮恩(Campion)、威廉斯(Williams)在国际计量刊物Metrologia V01.9 No.2误差和不确定度(Error and Uncertainty)一文指出，当讨论结果accuracy时，宜用不确定度，并又谈到，说测量结果误差为l，实际上是指测量结果的不确定度。,1.2.

9、2不确定度发展进程,1978年，霍恩比(Hornby)等所编现代高级英汉双解词典(The Advanced Learners Dictionary，EnglishEnglishChinese)指出：“不确定度(Uncertainty)为变化、不可靠、不确知、不确定。”,1.2.2不确定度发展进程,1978年，美国标准局局长安布勒(Ambler)提请国际计量委员会(CIPM)注意不确定度问题的重要性。 1978年5月，国际计量局(BIPM)发出不确定度征求意见书。 1980年，国际计量局召开会议，讨论了各国及国际专业组织意见，得出了结论，提出了实验不确定度表示建议书INC-1(1980)。,1.

10、2.2不确定度发展进程,INC-1内容为如下5条： 1) 测量结果的不确定度 A类：用统计方法计算的那些分量 B类：用其他方法计算的那些分量,1.2.2不确定度发展进程,2)A类分量用估计方差(或估计标准差Si)、自由度i表征。必要时，应给出估计协方差。,1.2.2不确定度发展进程,3)B类分量用量 u2j 表征。可以认为u2j是假设存在的相应方差的近似，像方差那样去处理u2j，并像标准差那样去处理uj。必要时，用相似方法处理协方差。,1.2.2不确定度发展进程,4)用对方差合成的通常方法，可以得到表征合成不确定度的数值，应以“标准差”形式表示合成不确定度及其分量。,1.2.2不确定度发展进程

11、,5)对特殊用途，若须将合成不确定度乘以一个因子以获得总不确定度时，必须说明此因子的数值。,1.2.2不确定度发展进程,1981年，国际计量委员会第70届会议，提出了建议书1(CI-1981)实验不确定度的表示。建议书1(CI-1981)指出，考虑到找出一个可同意的表示不确定度方法的需要性，认识到INC1可以作为最后同意的基础。,1.2.2不确定度发展进程,1985年，中国计量科学研究院制定了不确定度应用办法，指出应按INCl评定不确定度。 1985年，德国由联邦物理技术研究院(PTB)制订了DIN1319 Teil 4测量评定的不确定度处理(Behandlung yon Unsicherhe

12、iten bei der Auswertung von Messungen)。,1.2.2不确定度发展进程,1986年，由国际标准化组织(ISO)、国际电工委员会(IEC)、国际计量委员会(CIPM)、国际法制计量组织(OIML)组成了国际不确定度工作组，负责制定用于计量、标准、质量、认证、科研、生产中的不确定度指南，我国代表刘智敏研究员为国际不确定度工作组成员。,1.2.2不确定度发展进程,1986年，国际计量委员会第75届会议，提出了建议书1(CI1986)在CIPM赞助进行的工作中不确定度的表示。此建议书决定推广INCl。,1.2.2不确定度发展进程,1993年国际不确定度工作组制定了测

13、量不确定度表示指南(Guide to the Expression Of Uncertainty in Measurement)(简称指南GUM)，指南得到了BIPM、OIML、ISO、IEC及国际理论与应用化学联合会(1UPAC)、国际理论与应用物理联合会(1UPAP)、国际临床化学联合会(1FCC)的批准，由ISO出版。国际不确定度工作组制定的GUM是国际组织的重要权威文献。,1.2.2不确定度发展进程,主要内容,1.概述 2.基本术语 3.不确定度评定过程 4.不确定度评定举例,2 基本术语,测量不确定度（uncertaintyof measurement） 用以表征合理赋予被测量之值的

14、分散性，它是测量结果含有的一个参数。,2、基本术语,标准不确定度（standard uncertainty） 以标准差表示的测量结果的不确定度。,2、基本术语,不确定度的A类评定（Type A evaluationof uncertainty） 由观测列统计分析所作的不确定度评定。,2、基本术语,不确定度的B类评定（Type B evaluationof uncertainty） 由不同于观测列统计分析所作的不确定度评定。,2、基本术语,合成标准不确定度（combined standard uncertainty）uc(y) 测量结果Y由其他量值得来时，按其他量的方差或协方差算出的测量结果的标准不确定度。uc(y)可简写为uc或u（y）。,2、基本术语,伸展不确定度，也称范围不确定度（expanded uncertainty）U 确定测量结果区间的量，合理赋予被测量值的分布的大部分可望含于该区间。,2、基本术语,包含因子，也称范围因子（coverage factor）k 为获得伸展不确定度，与合成标准不确定度相乘的数值。,2、基本术语,自由度（de