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关于测量不确定度的来源,你知道哪些?

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测量不确定度

是一个新的术语,它从根本上改变了将测量误差分为随机误差和系统误差的传统分类方法,它在可修正的系统误差修正以后,将余下的全部误差划分为可以用统计方法计算的(A类分量)和其他方法估算的出类分量)两类误差。A类分量是用多次重复测量以统计方法算出的标准偏差σ来表征,而B类分量是用其他方法估计出近似的"标准偏差"u来表征,并可像标准偏差那样去处理u。若上述分量彼此独立,通常可用方差合成的方法得出合成不确定度的表征值。由于不确定度是未定误差的特征描述,故不能用于修正测量结果。

测量不确定度是与测量结果关联的一个参数

用于表征合理赋予被测量的值的分散性。它可以用于"不确定度"方式,也可以是一个标准偏差(或其给定的倍数)或给定置信度区间的半宽度。该参量常由很多分量组成,它的表达(GUM)中定义了获得不确定度的不同方法。

从影响测量结果的因素考虑,测量结果的不确定度一般来源于:测量人员、测量设备、被测对象、测量方法及测量环境。

01、测量人员

a.模拟式仪器的人员读数误差:即,估读误差,读取带指针仪表或带标线仪器的示值,即,读取非整数刻度值时,由于估读不准而引起的误差。

b.人员瞄准误差:采用显微镜或等光学仪器通过使视场中的两个几何图形重合来对线进行测量, 对线准确度与操作者经验和对线形状有关。

c.人员操作误差:如,测量时间的控制、测点的布置。该项取决于人员的经验、能力、知识及工作态度、身体素质等。

02、测量设备

计量标准器、测量仪器和附件以及它们所处的状态引入的误差。计量标准器和测量仪器校准不确定度,或测量仪器的最大允差或测量器具的准确度等级均是测量不确定度评定必须考虑的因素。

03、被测对象

a.被测量的定义不完善

被测量即受到测量的特定量,深刻全面理解被测量定义是正确测量的前提。如果定义本身不明确或不完善,则按照这样的定义所得出的测量值必然和真实之间存在一定偏差。

b.实现被测量定义的方法不完善

被测量本身明确定义,但由于技术的困难或其它原因,在实际测量中,对被测量定义的实现存在一定误差或采用与定义近似的方法去测量。

c.测量样本不能完全代表定义的被测量

被测量对象的某些特征,如:表面光洁度,形状、温度膨胀系数、导电性、磁性、老化、表面粗糙度、重量等在测量中有特定要求,但所抽取样本未能完全满足这些要求,自身具有缺陷,则测量结果具有一定的不确定度。

d.被测量不稳定误差

被测量的某些相关特征受环境或时间因素影响,在整个测量过程中保持动态变化,导致结果的不确定度。

04、测量方法

a.测量原理误差

测量方法本身就存在一定的原理误差,对被测量定义实现不完善;

例如,在产品的电气强度试验中,由于耐压试验台自身内阻影响,使得加于样品两端的电压低于实际设定值。这样必然造成试验结果存在一定的不确定度;

b.测量过程

测量顺序

应严格按照测量规范规定的进行。遗漏或颠倒某一操作过程都有可能造成测量结果的误差,甚至使测量失去意义。

测量次数

一般来说测量次数不同,测量精度也不同,增加测量次数,可以提高测量精度。但n10 以后,σ已减少得非常缓慢。此外,由于测量次数愈大,也愈难保证测量条件的恒定,从而带来新的误差,因此一般情况下取 n=10 以内较为适应。

测量所需时间

有的测量规定必须在一定条件下,一定时间内完成超出则结果不准确。如器具潮态试验后的泄漏电流测试必须在5s 内完成。

测量点数

操作规范规定测量若干点,但实际检测中,为节省时间或出于其它考虑减少或增加了测量点数,也对最终结果有影响。如在噪声测试中。

瞄准方式

测量方法不同,采用的测量仪器不同,对应的瞄准方式也不同,如采取目测或用光学瞄准,其瞄准精度必然不同。

方向性

测量结果须在一定稳态下获得,实验中以不同方向趋于稳态,对于有些测量设备,如具有滞后或磁滞性的仪器读数是不同的。

C.数据处理

测量标准和标准物质的赋值不准

标准器具本身不可避免存在着制造偏差,它是由更高一级的标准来检定的,这些高一级的标准本身也存在着误差。

物理常数或从外部资料得到的数据不准

外部资料中提供的数据很多,是由以前的测量为基础或单纯凭经验得出的,不可避免地存在着误差。

算法及算法实现

采用不同的算法处理数据,如,计算标准差σ,分别运用贝塞尔法和极差法,所得结果必然不同。

有效位数

数据有效位数不同,精度不同,应根据测量要求或所采用的测量设备而定。

舍入

由于数字运算位数有限,数值舍入或截尾造成不确定度。

修正

有些系统误差是可以修正的,但由于对误差因素本身的认识不充分,修正值也必然存在着不确定度。

05、测量环境

a.在一定变化范围或不完善的环境条件下测量

温度/振动噪声/供给电源的变化

温度/空气组成/污染/热辐射

大气压/空气流动

b.对影响测量结果的环境条件认识不足

由于对相关环境条件认识不足,致使测量中或分析中忽视了对某些环境条件的设定和调整,造成不确定度。

小结:

须正确评定测量结果的不确定度,既不能过大,也不能过小,以保证产品质量,又不会造成误判。首先应充分考虑测量设备、测量人员、测量环境、测量方法等方面众多来源带来的不确定度分量,作到不遗漏、不重复、不增加。并正确评定其数值,其中设备来源不确定度可经过量值溯源,由上一级计量基标准的不确定度取得;也可利用所得到的检定校准证书,测试证书或有关规范所给的数据;方法不确定度经过研究和评定,其不确定度影响可能很小。评定不确定度的原则和框架,不能代替人的思维、理智和专业技巧。它取决于对测量和被测量的本质的深入了解和认识。因此,测量结果的不确定度评定的质量和实用性,主要取决于对不确定度影响量的认识程度和细致而中肯的分析。


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