测量误差理论的新概念----测量不确定度概念原理
35页1、测量误差理论的新概念 -测量不确定度概念原理测量学理论的几个基本概念议题1.误差究竟能否根据系统和随机来分类?2.测量结果序列离散和偏离的根源是什么?3.标准偏差概念究竟是个什么内涵?4.误差遵循随机分布究竟表达的是什么意思?5.不确定度概念究竟应该怎样解释?和精密 度、准确度概念之间究竟是个什么关系?6.离群值究竟是否应该剔除?1.误差的评价及测量不确定度但是!误差的概 念是测量结果与 真值之差,这个 图的毛病就在于 它没有标注最终 测量结果。传统的测量理论 教科书里总能看 到这个示意图分项误差A和B仍然都是恒 定的未知的偏差,根本没有 性质差异(虽然分别来源于随 机影响和系统影响)。A和A之间究竟是个什么关系?A是标准偏差,不是 误差。不存在要把A 和一个未知的B做合 成的需要。 上游测量的B的获取过程跟当前测量的完 全雷同;当前测量获得的也可以作为未来 下游测量的B 。量值溯源过程就是一个不 确定度的传播过程。A和B都是恒定的未知的偏差,都有各自的 标准偏差,性质完全相同,自然不存在根据 性质分类为系统/随机的可能。把一个偏差解释成精密度而把另一个偏差解 释成准确度显然没有逻辑性
2、!当然,如果是以n个观测值的平均值作为最终 测量结果,这时A将下降根号n倍,但A仍然 是恒差。注意,很多人喜欢纠结重复测量A会变化而B 不会,这是误差分类理论长期洗脑的结果。1、对于当前给定的测量结果x来说,测量已经完成 ,当前测量只关心当前二个恒定的A和B的大小范 围。谈论其他测量的其他的A是一个没有意义的话 题,其他的A如何并不能改变当前的A是恒定的事 实。2、 B的形成原理和当前的A完全雷同,也是因为 测量完成而使其数值被固定。3、未来重复测量如果都是在同样条件下进行,其 他的A也不会离散。(见后续测量序列离散的根 源)不确定度合成的基本原理就是协方差传播律, 以上是单一变量的不确定度合成,合成原理比 较简单。而对于多变量联合平差、多误差源影响情形下 的不确定度传播计算则是一个比较复杂的矩阵 计算过程,这里就不详细说明了。总之,不确定度概念是基于误差无类别哲学解 释的,是误差的概率区间评价值,表达测量结 果的误差的不可确定的程度。值得一提的是,因为误差分类哲学的纠缠,有 些文献把偏差A和B解释成随机误差和系统误 差,这就等于又扯回到精密度、准确度概念上 去了。甚至把系统误差不遵循
3、随机分布、系统误差确 定规律、随机误差随机规律等概念都统统稀里 糊涂地搅和进教科书,一会A、B类可以合成 ,一会系统误差和随机误差不能合成,一会讲 不确定度,一会讲精密度准确度,这种不讲概 念逻辑的来回倒腾自然使人们变得更加糊涂。摒弃误差分类概念的干扰,把所有上游测量( 仪器制造检定等)和当前测量看成一个整体, 才能真正理解不确定度概念。2.误差的随机规律与确定规律周期误差:正弦规律 ,U形分布; 舍入误差:锯齿规律 ,矩形分布; 石英晶体频率误差: 非线性规律,M形分 布; 噪声误差:随机规律 ,正态分布。误差的确定规律和随机规律完全是因为 观察视角的不同,根本就不存在对立 性。也无法用确定规律和随机规律来对 误差分类。规律误差也遵循随机分布,就是说,当 某个规律误差未知的时候,我们仍然能 用标准偏差来表达其误差值的概率范 围。3.测量序列离散的根源答案是测量过程条件不同!最小二乘平差的各个观测值都是在不同的测量条 件下取得的!如果能做到真正的同样条件过程,那就必定总 是同一个结果,离散就不能发生。同源同过程必然同结果。测量条件:仪器、量程、温度、路径、照准、 整平、电子噪声、甚至时
4、间等等。【例】周期误差,当观测 值是不同相位条件下取得 时,周期误差就贡献发散 ;若在相同相位条件下重 复取得观测值,周期误差 就保持恒定不贡献发散。【例】舍入误差,当观测 值是仪器的任意不同量程 取得时,其贡献发散;若 在相同量程条件重复取得 观测值,舍入误差就保持 恒定不贡献发散。【例】频率误差,当观测 值是不同温度条件下取得 时,其贡献发散;若在相 同温度条件重复取得观测 值,频率误差就保持恒定 不贡献发散【例】噪声误差,当观测 值是不同时间条件下取得 时,其贡献发散;若在相 同时刻条件(实际不能做 到)重复取得观测值,噪 声误差也同样能保持恒定 不贡献发散。【例】:利用电压电流法测量电阻值。如果采取同样测量 条件进行静态地重复测量,测量结果将是不离散 的;但如果每次测量都改变电压值,让电流表和 电压表在每次测量时处于不同的量程,这时的电 阻测量结果就是离散的。【例】:在卡尺检验中,由于采用许多不同长度的标准量 块作为基准,所获得的误差样本序列就是离散 的。但是,如果采用同样测量条件,用一个量块 做重复测量,所获得的误差样本序列就不会离 散。【例】水准仪内原理误差全是所谓系统误差
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