测量不确定度的评定与表示_精品文档.ppt

1、测量不确定度的评定与表示纲要v 一 如何评价一个测量结果v 二 不确定度的相关知识v 三 测量不确定度的评定v 四 应用举例一、如何评价一个测量结果？正确度高正确度高？精密度高？精密度高？准确度高？准确度高？系统误差小？系统误差小？随机误差小？随机误差小？正确度 精密度正确度：由大量测试结果得到的平均值与接受参照值间的一致程度。正确度的度量通常用术语“偏倚”表示，指测试结果的期望与接收参照值之差。它是系统误差的总和。精密度：在相同条件下,同一试样的重复测定值之间的一致程度。精密度高低用偏差大小表示。精密度是反映随机误差大小的一个量，测定值愈集中，测定精密度愈高；反之，测定值愈分散，测定精密度愈

2、低。如果没有系统误差，测试结果均匀的分布在真值周围，可增加测量次数，用平均值来估计被测量值，提高精密度和准确度。准确度:（也称精度）表示测量值与接受参照值间的一致程度。它是系统误差和随机误差共同作用的结果。准确度准确度1)1)系统误差：系统误差：对同一测量对象进行多次等精度测量对同一测量对象进行多次等精度测量,误差的大小、正负都误差的大小、正负都是恒定的是恒定的,或按一定的规律变化或按一定的规律变化,此类误差称为系统误差。其重要特征就此类误差称为系统误差。其重要特征就是它具有某种确定性，依靠多次测量一般不能消除。是它具有某种确定性，依靠多次测量一般不能消除。2)2)随机误差随机误差：在对同一测

3、量对象的多次测量中：在对同一测量对象的多次测量中,误差的大小、正负起伏不定误差的大小、正负起伏不定,呈现出随机事件的特征。在实验中呈现出随机事件的特征。在实验中,当测量次数比较多时当测量次数比较多时,随机误差大多随机误差大多遵从正态分布。遵从正态分布。1)1)3)3)过失误差过失误差：由于操作者不正确地使用仪器或由于观察错误、错读错记由于操作者不正确地使用仪器或由于观察错误、错读错记,或实验条件发生突发性变化而产生的或实验条件发生突发性变化而产生的,它会明显地歪曲客观现象它会明显地歪曲客观现象,在数据在数据处理过程中应予以剔除。处理过程中应予以剔除。1)1)误差误差误差误差 =测量结果测量结果

4、 真值真值 =测量结果测量结果 总体均值总体均值 +总体均值总体均值 真值真值 =随机误差随机误差 +系统误差系统误差测量结果测量结果 =真值真值 +误差误差 =真值真值 +随机误差随机误差 +系统误差系统误差 图图图图1.1 1.1 正确度、精密度与准确度正确度、精密度与准确度正确度、精密度与准确度正确度、精密度与准确度真值真值真值真值正确度高正确度高正确度高正确度高,但精密度低但精密度低但精密度低但精密度低精密度高精密度高精密度高精密度高,但正确度低但正确度低但正确度低但正确度低准确度高准确度高准确度高准确度高!随机误差大随机误差大随机误差大随机误差大系统误差大系统误差大系统误差大系统误差

5、大二、不确定度的相关知识二、不确定度的相关知识多次测量，只能减小随机误差，提高精密度，从而提高准确度。然而，多次测量仍不能满足分析要求时,还需从u人员(责任心和专业素养)、u仪器(特别是仪器的校准)、u方法(特别是化验中的样品分解方法)u环境(温度、湿度、振动、电磁干扰、污染等)4个方面入手分析。诞诞生生测量不确定度测量不确定度 2.1 研究不确定度的必要性研究不确定度的必要性2.2 不确定度的发展不确定度的发展 v1927年德国物理学家海森堡提出测不准关系，也称为不确定度关系。v1953年Y.Beers在误差理论导引一书中给出实验不确定度。v1970年C.F.Dietrich出版了不确定度、

6、校准和概率。v1973年英国国家物理实验室的J.E.Burns等指出，当讨论测量准确度时，宜用不确定度。v1978年国际计量局发出不确定度征求意见书，征求各国和国际组织的意见。v1980年，国际计量局提出了实验不确定度建议书INC-1（1980）。不确定度的发展不确定度的发展(续续)v1981年10月国际计量委员会提出了建议书（CI-1981），同意INC-1。v1986年组成国际不确定度工作组，负责制定用于计量、生产、科学研究中的不确定度指南。v1993年出版了测量不确定度表示指南，简称GUM。v1999年中国人民解放军总装备部批准发布了GJB 3756-99 测量不确定度的表示及评定。v1

7、999年国家质量技术监督局批准发布了JJF 1059-1999 测量不确定度评定与表示,这规范原则上等同采用了GUM的基本内容。v20122012年年1212月月3 3日国家质量技术监督局批准发布了日国家质量技术监督局批准发布了JJF 1059-JJF 1059-20122012，20132013年年6 6月月3 3日正式实施，等同采用了日正式实施，等同采用了GUMGUM法。法。2.3 不确定度的应用领域不确定度的应用领域（1）一些产品生产过程中的质量检测、质量保证与控制，以及商品流通领域中的商品检验等有关质量监督、质量控制和建立质量保证体系的质量认证活动；（2）建立、保存、比较溯源于国家标准

8、的各级标准、仪器和测量系统的校准、检定、封缄和标记等计量确认活动；（3）基础科学和应用科学领域中的研究、开发和试验，以及实验室认可活动；（4）科学研究与工程领域内的测量，以及与贸易结算、医疗卫生、安全防护、环境与资源监测等有关的其他测量活动；（5）用于对可以用单值和非单值表征被测量的测量结果的评定，以及对测量和测量器具的设计和合格评定。不确定度的应用领域不确定度的应用领域(续续)三、测量不确定度的评定三、测量不确定度的评定3.1 3.1【测量不确定度】【测量不确定度】JJF1059.1-2012JJF1059.1-2012u表征合理赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数。表征合理赋予被

9、测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数。u在测量结果的完整表述中，应包括测量不确定度。在测量结果的完整表述中，应包括测量不确定度。Y=y Y=y U U9595 （k=2k=2）u不确定度可以是标准差或其倍数，或是说明了包含概率的区间半宽度。不确定度可以是标准差或其倍数，或是说明了包含概率的区间半宽度。u以标准差表示的不确定度称为标准不确定度，以以标准差表示的不确定度称为标准不确定度，以表示。表示。u不确定度的表示形式有两种，绝对形式表示的不确定度的量纲与被测量不确定度的表示形式有两种，绝对形式表示的不确定度的量纲与被测量的量纲相同，相对形式的无量纲。的量纲相同，相对形式的无量纲。如弯曲测试

10、用传感器的扩展不确定度如弯曲测试用传感器的扩展不确定度 如热变形温度扩展不确定度：如热变形温度扩展不确定度：U=0.4U=0.4（k=2k=2）k=2 k=2 说明测量结果在说明测量结果在y yU U9595区间内的概率约为区间内的概率约为95%95%。15【如何理解测量不确定度】【如何理解测量不确定度】测量不确定度是说明了置信水准的区间的半宽度。测量不确定度是说明了置信水准的区间的半宽度。测量不确定度需要用两个数来表示。测量不确定度需要用两个数来表示。u测量不确定度的大小，即包含区间半宽。测量不确定度的大小，即包含区间半宽。u包含概率（或置信概率、置信水准），表明测量结果落在该区间有多包含概

11、率（或置信概率、置信水准），表明测量结果落在该区间有多大把握。大把握。【案例案例】一个人的身高在（一个人的身高在（1.71.71.91.9）m m范围内，包含概率为范围内，包含概率为95%95%，则该结果，则该结果可表示为：可表示为：1.8m1.8m0.1m0.1m，包含概率为，包含概率为95%95%。16U U9595 =0.1m=0.1m17测量结果测量结果U U=3s=3.0%=3s=3.0%U U=2s=2.0%=2s=2.0%U U=1s=1.0%=1s=1.0%p=68%p=68%p=95%p=95%p=99%p=99%3个人报告的不确定度个人报告的不确定度3.2 3.2 测量不确

12、定度的来源测量不确定度的来源1.1.被测量的定义不完整或不完善被测量的定义不完整或不完善【示例示例】定义被测量是一根标称值为定义被测量是一根标称值为1m1m长的铜棒的长度。由于温度、压力等长的铜棒的长度。由于温度、压力等对测量铜棒长度有影响，如果没有规定在多高温度、多大压力下测量，对测量铜棒长度有影响，如果没有规定在多高温度、多大压力下测量，也没有要求测量至也没有要求测量至mmmm或或mm量级，在不明确测量条件下的测量，无疑将引量级，在不明确测量条件下的测量，无疑将引入较大的不确定度。入较大的不确定度。182.2.复现被测量的测量方法不理想复现被测量的测量方法不理想【示例示例】在微波测量中，在

13、微波测量中，“衰减量衰减量”是在匹配条件下定义的，但实际测量系是在匹配条件下定义的，但实际测量系统没有实现较理想的匹配，因此失配将引起不确定度。统没有实现较理想的匹配，因此失配将引起不确定度。19测量不确定度的来源测量不确定度的来源3.3.取样的代表性不够取样的代表性不够被测量的样本不能完全代表所定义的被测量被测量的样本不能完全代表所定义的被测量【示例示例】被测量的某种介质材料在给定频率时的相对介电常数，由于测量方被测量的某种介质材料在给定频率时的相对介电常数，由于测量方法和测量设备的限制，只能取这种材料的一部分做成样块进行测量，法和测量设备的限制，只能取这种材料的一部分做成样块进行测量，如果

14、该样块在材料的成分或均匀性方面不能完全代表定义的被测量，如果该样块在材料的成分或均匀性方面不能完全代表定义的被测量，则样块就引起测量不确定度。则样块就引起测量不确定度。20测量不确定度的来源测量不确定度的来源4.4.对测量过程受环境影响的认识不足，或对环境参数的测量与控制不完善对测量过程受环境影响的认识不足，或对环境参数的测量与控制不完善被测量的样本不能完全代表所定义的被测量被测量的样本不能完全代表所定义的被测量【示例示例】在在1m1m长铜棒测量中，不仅温度和压力影响长度，实际上温度和铜棒的长铜棒测量中，不仅温度和压力影响长度，实际上温度和铜棒的支撑方式对测量都有影响，但由于认识不足，没有采取

15、措施，因而会支撑方式对测量都有影响，但由于认识不足，没有采取措施，因而会引入不确定度。引入不确定度。21测量不确定度的来源测量不确定度的来源5.5.对模拟式仪表的读数存在人为的偏移对模拟式仪表的读数存在人为的偏移【示例示例】模拟式仪表在读取其示值时，一般可估读到最小分度值的模拟式仪表在读取其示值时，一般可估读到最小分度值的1/101/10，在条，在条件较差时，可能只能估读到最小分度值的件较差时，可能只能估读到最小分度值的1/21/2或更低。或更低。另外，由于观察者的读数习惯和位置的不同，也会引入与观察者有关另外，由于观察者的读数习惯和位置的不同，也会引入与观察者有关的不确定度分量。的不确定度分

16、量。22测量不确定度的来源测量不确定度的来源6.6.测量仪器的计量性能本身的局限性测量仪器的计量性能本身的局限性【示例示例】若测量仪器的分辨力为若测量仪器的分辨力为，则由测量仪器所得到的读数将会受到仪器，则由测量仪器所得到的读数将会受到仪器有限分辨力的影响，从而引入数值为有限分辨力的影响，从而引入数值为u=0.29u=0.29的不确定度分量。的不确定度分量。23测量不确定度的来源测量不确定度的来源7.7.赋予计量标准的值或标准物质的值不准确赋予计量标准的值或标准物质的值不准确【示例示例】通常的测量都是将被测量与计量标准或标准物质所提供的标准量值进通常的测量都是将被测量与计量标准或标准物质所提供的标准量值进行比较而实现的。因此，计量标准或标准物质所提供标准量值的不确行比较而实现的。因此，计量标准或标准物质所提供标准量值的不确定度将直接引入测量结果。例如，用天平测量时，测得质量的不确定定度将直接引入测量结果。例如，用天平测量时，测得质量的不确定度中包括由标准砝码引入的不确定度。度中包括由标准砝码引入的不确定度。24测量不确定度的来源测量不确定度的来源8.8.引用的数据或其他参数的不确定度引