测量不确定度.ppt

测量不确定度评定引 言1.为什么要研究测量不确定度？因为误差分析评价测量质量有缺陷误差概念和误差分析有什么缺陷？—因为误差概念建立在真值的基础上误差 = 测量结果 —真值测量结果=真值 + 误差与真值有关的测量结果表示法缺乏可操 作性与真值无关的、具有可操作性的评定测量结果质量的方法测量不确定度寻 求另辟蹊径完整的测量结果由两部分构成表示集中性的指标：最佳估计值表示分散性的指标：测量不确定度例：对某量 重复测量 8 次 得最佳估计值 =10.05 ，的标准差 =0.01，我们可以认为：1. 该被测量的最佳估计值为10.052. 该被测量落在[ 10.04 ，10.06 ]内的概率为0.683 3. 该被测量落在[ 10.03 ，10.07 ]内的概率为0.9544. 该被测量落在[ 10.02 ，10.08 ]内的概率为0.9973 5. · · · · · ·6. · · · · · ·P=0.683P=0.954P=0.9973[ ] 10.04 10.05 10.06[ ] 10.0310.0510.07[ ] 10.0210.0510.08引入测量不确定度概念后，可将测量结果表示为带有概率值的区间 ——置信区间表示方式有几种？例：甲乙两人在完全相同的条件下，测得某 工件外径数值如下：甲：12 ，8 ，10 ，11 ，9乙：10.02 ， 10.01 ， 9.99 ， 9.98 ， 10若取5次测量的平均值作为最佳估计值，显然但甲乙两人的检测结果的分散性有明显差异 。

[ ] 10[ ] 109.29310.707规格下限TL规格上限TUMABCD2. 测量不确定度的发展历程Ø1927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￿￿￿￿ Ø1953年Y.Beers在《误差理论导引》一书中给出实验不确定度￿￿￿￿ Ø1970年C.F.Dietrich出版了《不确定度、校准和概率》 Ø1973年英国国家物理实验室的J.E.Burns等指出，当论及测量准确度时，宜用不确定度 ￿￿￿￿Ø1978年国际计量局发出不确定度征求意见书，Ø1980年国际计量局提出了实验不确定度建议书INC-1（1980）Ø1981年国际计量委员会提出了建议书（CI-1981），同意INC-1Ø1986年组成国际制定不确定度指南的工作组1993年出版了《测量不确定度表示指南》 Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement， GUMØ1999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》JJF 1059-1999 idt GUM ￿￿￿￿Ø1999年总装备部批准发布了GJB 3756-99 《测量不确定度的表示及评定》ØCNAS 关于测量不确定度的文件CNAS-GL05:2006《测量不确定度要求的实施指南》 （2007年第1次修订） CNAS-CL07:2006《测量不确定度评估和报告通用要求》 （2007年第1次修订）CNAS-GL06:2006 《化学领域不确定度指南》 CNAS-GL07:2006 《电磁干扰测量中不确定度的评定指南》 CNAS-GL08:2006 《电器领域不确定度的评估指南》 CNAS-GL10:2006 《材料理化测量不确定度评估指南》第一节 有关测量不确定度的定义1．测量不确定度的定义：表征合理地赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数。

合理”－reasonably，是指在统计控制状态下（Statistical Control）统计控制状态是一种随 机状态，即处于重复性条件下的测量状态分散性”（dispersion）是指测 量 结果的分散性，测量结果在某个置信区间内2.测量不确定度的相关定义标准不确定度以标准偏差表示的测量不确定度标准测量不确定度一般用u表示扩展不确定度确定测量结果区间的量，合理赋予被测量之值 分布 的大部分可望含于此区间扩展不确定度U由合成标准不确定度uc乘以包含 因 子k得到测量结果可表示为X=x±U，x是被测量X的最佳 估 计值，被测量X的可能值以较高的置信区间水准落于 区 间[x - U , x+U ]内，即x-U≤X≦x+U对于任一给定的置信概率或置信水准p，扩展不 确定度记为Up，表示为[ ] [ ] 合成标准不确定度当测量结果是由若干个其他分量求得时，按其他各量的方差或（和）协方 差算得的标准不确定度。

包含因子为求得扩展不确定度，对合成标准不确定度所乘之数字因子注：（1）包含因子等于扩展不确定度与合成标准不确定度之比2）包含因子有时也称覆盖因子第二节不确定度评估的基本步骤 2.1 识别不确定度来源 2.1.1 对检测和校准结果测量不确定度 来源 的识别应从分析测量过程入手，应尽 可能 画出测量系统原理或测量方法的方框 图和 测量流程图2.1.2 检测和校准结果不确定度可能来自：（1）对被测量的定义不完善；（2）实现被测量的定义的方法不理想（3）抽样的代表性不够，即被测量的样本不能代表所定义的被测量；（4）对测量过程受环境影响的认识不周全，或对环境条件的测量与控制不完善；（5）对模拟仪器的读数存在人为偏移；（6）测量仪器的分辨率或鉴别力不够；（7）赋予计量标准的值和标准物质的值不准；（8）引用数据计算的常量或其它参量不准；（9）测量方法和测量程序的近似性或假定性；（10）在表面上看来完全相同的条件下，被测量重复观测值的变化2.1.3 有些不确定度来源只能通过 实验 室间比对或采用不同的测量程序才 能 识别 2.1.4 在某些检测领域，如化学样 品分 析，测量不确定度只与特定的检测 方 法有关。

2.2 建立测量过程的模型Y 的测量结果为y，输入量的估计值 为2.2.1 在建立模型时要注意有一些潜在的不 确定度来源不能明显地呈现在上述函数关系中， 它们对测量结果本身有影响，但由于缺乏必要的 信息无法写出它们与被测量的函数关系，因此在 具体测量时无法定量地计算出它对测量结果影响 的大小，在计算公式中只能将其忽略而作为不确 定度处理当然，模型中应包括这些来源，对这些 来源在数学模型中可以将其作为被测量与输入量 之间 的函数关系的修正因子（其最佳值为0），或 修 正系数（其最佳值为1）处理2.2.2 对检测和校准实验室有些特殊不 确定 度来源，如取样、预处理、方法偏离 、测 试条件的变化以及样品类型的改变等 也应 考虑在模型中2.2.3 在识别不确定度来源后，对不确定度 各个 分量作一个预估算是必要的，对那些比最 大分 量的三分之一还小的分量不必仔细评估（ 除非 这种分量数目较多）通常只需对其估计 一个 上限即可，重点应放在识别并仔细评估那 些重 要的分量特别是占支配地位的分量上，对 难于 写出上述数学模型的检测量，对各个分量 作预 估算更为重要2.3 各分量不确定度评估2.3.1 A 类评估——对观测列行统计分析 所作的评估a) 对输入量行n次独立的等精度测 量， 得到的测量结果为：X1，X2，…，Xn。

单次测量结果的实验标准差为：观测列平均值即估计值的标准不确定度为 ：b) 测量不确定度的A 类评估一般是采取对 用以 日常开展检测和校准的测试系统和具有代 表性 的样品预先评估的除非行非常规检测 和校 准对常规检测和校准的A 类评估，如果测 量 系统稳定，又在B 类评估中考虑了仪器的漂 移 和环境条件的影响，完全可以采用预先评 估的 结果Ø这时如提供用户的测量结果是单次测量获 得的，A类分量可用预先评估获得的u() Ø如提供用户的是两次或三次或n 次测得值的 平均值，则A类分量可用 获得 其中m分别取 m = 2，m = 3 和 m = nc）为作A 类评估，重复测量次数应足够多 ，但 有些样品只能承受一次检测或随着检测次 数的 增加其参数逐次变化，根本不能作A类评估 有些检测和校准则因难度较大费用太高不 宜作 多次重复测量，这时由上式算得的标准差 有可 能被严重低估，这时应采用基于t分布确定 的包 含因子即用（其中ν=n-1）作安全因子乘UA=U()后再 和 B类分量合成2.3.2 B 类评估——当输入量的估计量不 是由 重复观测得到时，其标准偏差可用对的有 关 信息或资料来评估。

B类评估的信息来源可来自： Ø 校准证书 Ø 检定证书 Ø 生产厂的说明书 Ø 检测依据的标准 Ø 引用手册的参考数据 Ø 以前测量的数据 Ø 相关材料特性的知识等2.3.2.1 若资料（如校准证书）给出了 的扩 展不确定度U（）和包含因子k，则的标准 不确 定度为：a) 若资料只给出了U，没有指明k，则 可以 认为k = 2（对应约95%的置信概率）b) 若资料只给出了Up（）（其中p为置 信 概率），则包含因子kp与的的分布有关 ， 此时除非另有说明一般按照正态分布考 虑， 对应p＝0.95，k 可以查表得到，即kp =1.960c) 若资料给出了Up及νeff，则kp可查表得 到，即kp ＝tp(νeff )2.3.2.2 若由资料查得或判断的可能值 分 布区间半宽度与a(通常为允许误差限的 绝 对值)则：此时k与在此区间内的概率分布有 关 （参见JJF－1059 附录B ）对应几种非正态分布其包含因子为：分布 两点 反正弦 矩形梯形三角2.3.3 标准不确定度分量的计算输入量的标准不确定度u()引起的对y 的标准不确定度分量ui (y)为：在数值上，灵敏系数 （也称为 不确 定度传播系数）等于输入量变化单位量时 引 起y的变化量。

灵敏系数可以由数学模型对求偏导数 得到，也可以由实验测量得到灵敏系数反映 了该输入量的标准不确定度对输出量的不确定 度的贡献的灵敏程度，而且标准不确定度u() 只有乘了该灵敏系数才能构成一个不确定度分 量，即和输出量有相同的单位2.4 合成不确定度Uc (y)的计算2.4.1 实际工作中，若各输入量之间均不相 关， 或有部分输入量相关，但其相关系数较小 （弱相关）而近似为r ( , xj ) = 0,于是便可化简 为：当 时，则一步简化为：2.4.2 对大部分检测工作（除涉及航天、航空、兴奋剂检测等特殊领域中要求较高的场合外 ），只要无明显证据证明某几个分量有强相关时 ，均可按不相关处理，如发现分量间存在强相关 ，如采用相同仪器测量的量之间，则尽可能改用 不同仪器分别测量这些量使其不相关2.4.3 如证实某些分量之间存在强相关，则 首先判断其相关性是正相关还是负相关，并分 别取 相关系数为＋1 或－1，然后将这些相关分 量算 术相加后得到一个“净”分量，再将它与其 他独立无关分量用方和根法求得 uc (y)2.4.4 如发现各分量中有一个分量占支配地 位时（该分量大于其次那个分量三倍以上）， 合成不确定度就决定于该分量。

2.4.5 不确定度分量汇总输入 量估计 值置信区间半 宽度a或扩 展不确定U概率 分布除数 （k）CiUi (y)输入 量y2.5 。