探討測量不確定度與測量誤差之表象

1、探討測量不確定度與測量誤差之表象【摘 要】 測量不確定度和測量誤差是計量學中研究的基本命題，也是計量測試人員經常運用的重要概念之一。它直接關系著測量結果的可靠程度和量值傳遞的準確一致。然而很多人由于概念不清，很容易將二者混淆或誤用，于是在給測量結果帶來許多弊端，這里與大家共同探討測量不確定度與測量誤差的表象。 【關鍵詞】測量；不確定度；誤差；表象 一、測量不確定度發(fā)展過程及測量的目的 （一） 測量不確定度發(fā)展過程 在測量不確定度的發(fā)展過程中，人們從傳統(tǒng)上理解它是“表征(或說明)被測量真值所處范圍的一個估計值(或參數(shù))”；也有一段時期理解為“由測量結果給出的被測量估計值的可能誤差的度量”。這些曾

2、經使用過的定義，從概念上來說是一個發(fā)展和演變過程，它們涉及到被測量真值和測量誤差這兩個理想化的或理論上的概念(實際上是難以操作的未知量)，而可以具體操作的則是現(xiàn)定義中測量結果的變化，即被測量之值的分散性。 早在七十年代初，國際上已有越來越多的計量學者認識到使用“不確定度”代替“誤差”更為科學，從此，不確定度這個術語逐漸在測量領域內被廣泛應用。1978年國際計量局提出了實驗不確定度表示建議書INC-1。1993年制定的測量不確定度表示指南得到了BIPM、OIML、ISO、IEC、IUPAC、IUPAP、IFCC七個國際組織的批準，由ISO出版，是國際組織的重要權威文獻。我國也已于1999年頒布了

3、與之兼容的測量不確定度評定與表示計量技術規(guī)范。至此，測量不確定度評定成為檢測和校準實驗室必不可少的工作之一。 （二）測量的目的 測量的目的是為了得到測量結果，但在許多場合下僅給出測量結果往往還不充分。任何測量都存在缺陷，所有的測量結果都會或多或少地偏離被測量的真值，因此在給出測量結果的同時，還必須同時指出所給測量結果的可靠程度。在各種測量領域，經常采用諸如測量誤差、測量準確度和測量不確定度等術語來表示測量結果質量這才是完整并有意義的。 二、測量誤差與測量不確定的基本概念 （一） 測量誤差的概念及其分類 被測量在規(guī)定條件下客觀存在的量值稱為被測量的真值。然而在實際測量中, 由于測量儀器、 測量條

4、件、 測量方法和測量人員的水平以及種種因素的限制, 使得測量值和客觀上存在的真值之間有一定的差異。測量值與被測量真值之差定義為測量誤差。誤差是客觀存在的, 它應該是一個確定的值, 但由于在絕大多數(shù)情況下真值是不知道的, 所以, 真誤差也無法準確知道。 （二）測量誤差的來源測量誤差的來源是多方面的因素： 1、系統(tǒng)誤差 2、隨機誤差 3、過失誤差 4、儀器誤差 5、影響誤差 6、方法誤差 7、人身誤差 8、測量對象變化誤差 9、測量力誤差 ( 三) 測量不確定度的概念及其分類 1、測量不確定度的概念 不確定度定義為:測量結果帶有的參數(shù), 用以表征合理賦予被測量值的分散性,也就是說它按某一置信概率給

5、出真值可能落入的區(qū)間。為了表征這種分散性, 測量不確定度用標準偏差表示。 2、測量不確定度可能來源 （1）對被測量的定義不完整或不完善 （2）實現(xiàn)被測量定義的方法不理想 （3）取樣的代表性不夠，即被測量的樣本不能代表所定義的被測量 （4）對被測量過程受環(huán)境影響的認識不周全，或對環(huán)境條件的測量與控制不完善。 （5）對模擬儀器的讀數(shù)存在人為偏差（偏移） （6）測量儀器的分辨力或鑒別力不夠 （7）賦予測量標準和標準物質的值不準 （8）用于數(shù)據(jù)計算的常量和其他參量不準 （9）測量方法和測量程序的近似性和假定性 （10）在表面上看來完全相同的條件下，被測量重復觀測值的變化 三、 測量誤差和測量不確定度的

6、實質與聯(lián)系 (一)要明確的是測量不確定度與測量誤差二者之間概念上的差異。測量不確定度表征被測量的真值所處量值范圍的評定。它按某一置信概率給出真值可能落入的區(qū)間。它可以是標準差或其倍數(shù)，或是說明了置信水準的區(qū)間的半寬。 不是具體的真誤差，它只是以參數(shù)形式定量表示了無法修正的那部分誤差范圍。它來源于偶然效應和系統(tǒng)效應的不完善修正，是用于表征合理賦予的被測量值的分散性參數(shù)。紅外線測溫儀確定度按其獲得方法分為A、B兩類評定分量。A類評定分量是通過觀測列統(tǒng)計分析作出的不確定度評定，B類評定分量是依據(jù)經驗或其他信息進行估計，并假定存在近似的標準偏差所表征的不確定度分量。誤差多數(shù)情況下是指測量誤差，它的傳統(tǒng)

7、定義是測量結果與被測量真值之差。通?？煞譃閮深悾合到y(tǒng)誤差和偶然誤差。誤差是客觀存在的，它應該是一個確定的值，但由于在絕大多數(shù)情況下，真值是不知道的，所以真誤差也無法準確知道。我們只是在特定的條件下尋求最佳的真值近似值，并稱之為約定真值。通過對概念的理解，我們可以看出測量不確定度與測量誤差的主要有以下幾方面區(qū)別： 1、評定目的的區(qū)別：測量不確定度為的是表明被測量值的分散性；測量誤差為的是表明測量結果偏離真值的程度。 2、評定結果的區(qū)別：測量不確定度是無符號的參數(shù)，用標準差或標準差的倍數(shù)或置信區(qū)間的半寬表示，由人們根據(jù)實驗、資料、經驗等信息進行評定，可以通過A，B兩類評定方法定量確定；光度計電阻測

8、試儀測振儀測厚儀金屬探測器測高儀。測量誤差為有正號或負號的量值，其值為測量結果減去被測量的真值，由于真值未知，往往不能準確得到，當用約定真值代替真值時，只可得到其估計值。 3、影響因素的區(qū)別：測量不確定度由人們經過分析和評定得到，因而與人們對被測量、影響量及測量過程的認識有關；測量誤差是客觀存在的，無憂不受外界因素的影響，不以人的認識程度而改變；因此，在進行不確定度分析時，應充分考慮各種影響因素，并對不確定度的評定加以驗證。否則由于分析估計不足，可能在測量結果非常接近真值(即誤差很小)的情況下評定得到的不確定度卻較大，也可能在測量誤差實際上較大的情況下，給出的不確定度卻偏小。 4、按性質區(qū)分上

9、的區(qū)別：測量不確定度不確定度分量評定時一般不必區(qū)分其性質，若需要區(qū)分時應表述為：由隨機效應引入的不確定度分量和由系統(tǒng)效應引入的不確定度分量；測量誤差按性質可分為隨機誤差和系統(tǒng)誤差兩類，按定義隨機誤差和系統(tǒng)誤差都是無窮多次測量情況下的理想概念。 5、對測量結果修正的區(qū)別：不確定度一詞本身隱含為一種可估計的值，它不是指具體的、確切的誤差值，雖可估計，但卻不能用以修正量值，只可在已修正測量結果的不確定度中考慮修正不完善而引入的不確定度；而系統(tǒng)誤差的估計值如果已知則可以對測量結果進行修正。一個量值經修正后，可能會更靠近真值，但其不確定度不但不減小，有時反而會更大。這主要還是因為我們不能確切的知道真值為

10、多少，僅能對測量結果靠近或離開真值的程度進行估計而已。雖然測量不確定度與誤差有著以上種種不同，但它們仍存在著密切的聯(lián)系。不確定度的概念是誤差理論的應用和拓展，而誤差分析依然是測量不確定度評估的理論基礎，在估計B類分量時，更是離不開誤差分析。 (二)不確定度與誤差是兩個截然不同的概念，但他們之間有著密切的聯(lián)系。 1、誤差是不確定度的基礎，盡管不確定度概念的引入使誤差分類的界限及其轉化的問題淡化了，但評定和計算不確定度，還有賴于必要的誤差分析。只有對各個誤差源的性質、分布進行合理的分析和處理，才能確定出各分量的不確定度和合成不確定度。 2、不確定度是誤差的綜合和發(fā)展，不確定度概念的引入使不能確切知

11、道的誤差轉化為一個可以定量計算的指標附在測量結果中，從而使測量結果的質量有了一個統(tǒng)一的比較標準。 用測量不確定度評價測量結果較之測量誤差科學、合理，他避免了由原誤差表示易引起的混淆，使誤差理論科學發(fā)展的結果，必將會滲透到各種科學技術和生產的測量領域 。 四、總 結 測量不確定度的概念是誤差理論的應用和拓展, 而誤差分析依然是測量不確定度評估的理論基礎, 二者既有區(qū)別又有聯(lián)系, 不能混淆和誤用。對同一被測量物, 不管測量方法和 條件如何, 相同測量結果可能有相同的, 而不確定度, 卻可能不相同。重復性條件下, 不同測量結果可能有相同的不確定度, 而此時它們的測量誤差肯定是不同的, 所以不要把誤差與不確定度混為一談。測量不確定度表明賦予被測量之值的分散性，是通過對測量過程的分析和評定得出的一個區(qū)間。測量誤差則是表明測量結果偏離真值的差值。經過修正的測量結果可能非常接近于真值(即誤差很小)，但由于認識不足，人們賦予它的值卻落在一個較大區(qū)間內(即測量不確定度較大)。 因此測量不確定度與測量誤差之表象是我們進一步