測量不確定度實(shí)際應(yīng)用講座

測量不確定度實(shí)際應(yīng)用講座(一)──測量不確定度及其相關(guān)的概念

【作者中文名】肖明耀
  
【作者單位】中國計(jì)量科學(xué)研究院  
  
【摘要】         
開欄告讀者1993年國際計(jì)量局（BIPM）、國際電工委員會（IEC）、國際臨床化學(xué)聯(lián)合會（ffeC）、國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）、國際理論與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會（IUPAC）、國際理論與應(yīng)用物理聯(lián)合會（IUPAP）和國際法制計(jì)量組織（OIML）等7個國際組織正式發(fā)布的“測量不確定度表述指南（GUM）”，為計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的國際比對和測量不確定度的統(tǒng)一表述奠定了基礎(chǔ)。許多國家的計(jì)量實(shí)驗(yàn)室、校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室、檢測實(shí)驗(yàn)室和國際組織也相應(yīng)地以GUM為依據(jù)，制定了與它相一致的規(guī)定或準(zhǔn)則，來規(guī)范各自領(lǐng)域中測量不確定度的計(jì)算和表達(dá)，從而促使科學(xué)、技術(shù)、商業(yè)、工業(yè)、衛(wèi)生、安全和管理等各方面，對測量結(jié)果及其質(zhì)量具有同一認(rèn)識、理解、評價和比較。這正是全球市場經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，人們理應(yīng)力求適應(yīng)這一發(fā)展著的潮流。為了普及測量不確定度的知識，宣傳測量不確定度的實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步貫徹實(shí)施GUM，統(tǒng)一我國對測量不確定度的評定方法，促進(jìn)GBH19000－ISO9000標(biāo)準(zhǔn)，GB／T19022．l－ISOlllZI標(biāo)準(zhǔn)，GB／T15481－ISO／IEC導(dǎo)則25的貫徹實(shí)施，以加速與國際慣例的接軌，提高測量工作中數(shù)據(jù)分...

測量不確定度實(shí)際應(yīng)用講座(二)——測量不確定度的評定方法本文依據(jù)BIPM，IEC，IFCC，ISO，IUPAC，IUPAP，OIML七個國際組織于1993年制定并于1995年修訂的“測量不確定度表達(dá)指南（GuidetotheExpressionofUncertaintyinMeasarement）”，對測量不確定度的計(jì)算和表達(dá)方法作一介紹。1．常用術(shù)語與定義測量不確定度（uncertaintyofmeasarement）：與測量結(jié)果相關(guān)聯(lián)的參數(shù)，表征合理地賦予被測量值的分散性。標(biāo)準(zhǔn)不確定度（standarduncertainty）：用標(biāo)準(zhǔn)偏差估計(jì)值表示的不確定度。A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度（typeAstandarduncertainty）或標(biāo)準(zhǔn)不確定度的A類計(jì)算方法（typeAevaluationofstandarduncer-tainty）：對一系列測得值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析計(jì)算得到的標(biāo)準(zhǔn)偏差估計(jì)值。B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度（typeBstandarduncertainty）或標(biāo)準(zhǔn)不確定度的B類計(jì)算方法（typeBeva...

測量不確定度實(shí)際應(yīng)用講座(三)──長度計(jì)量中不確定度的評定
例1用臥式阿貝比長儀測量標(biāo)稱值為150mm的圓棒直徑入該測長儀所附玻璃標(biāo)尺在匕mm處，按檢定證書其修正值為c二十o．O歷。在重復(fù)性條件下，對該由徑獨(dú)立進(jìn)行了n一班次測量，每次測量部取下該棒并重新安裝在儀器的工作臺，重新以直徑的一端時零，從另端讀取測量結(jié)果。這個過程包括了：（）再直徑過程中找最大示值的隨機(jī)效應(yīng)導(dǎo)致的不確定度分量；門）端對零的不確定度分量；（3）另一端讀數(shù)的不確定度，包括用目鏡的平行線對稱地調(diào)整到標(biāo)尺標(biāo)記兩側(cè)的不確定度分量，以及視差引起的分量。由這20次獨(dú)立測量結(jié)果所計(jì)算出來的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差S（dJ，實(shí)際上除測量儀器本身的重復(fù)性標(biāo)準(zhǔn)偏差。r之外，還包括了上述三個方面因素所導(dǎo)致的不確定度分量。因此，在這一情況下沒有必要對這些分量分別評定后進(jìn)行合成，而可從這n二20次測量結(jié)果一次得出合成標(biāo)準(zhǔn)偏差。本例中，由于玻璃標(biāo)尺檢定證書上給出修正值的擴(kuò)展不確定度U。＝0．SPin，它遠(yuǎn)小十s（）而可在加上修正值后把它略而不計(jì)。這20次的測好結(jié)果及其殘差比和U氣的計(jì)算如下表：在列上表時，表頭上采用了。；X10’與；，?！疿10‘，其目的是使表中數(shù)值不致出現(xiàn)一些不必要的“零”導(dǎo)致過于繁瑣。此外，如果對d進(jìn)行過修約，必然...

測量不確定度實(shí)際應(yīng)用講座(四)——測力計(jì)量中不確定度的評定
1．測量數(shù)學(xué)模型的建立在機(jī)械制造業(yè)中，為了正確合理地選擇和使用材料，例如金屬、非金屬、合金、高分子聚合物及復(fù)合材料等，都必須知道材料的機(jī)械（力學(xué)）性能；在對新材料、新工藝的科學(xué)研究中，也需要測定材料的各項(xiàng)機(jī)械性能。而這些力學(xué)性能試驗(yàn)的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確可靠，與所用計(jì)量儀器是否準(zhǔn)確以及測量不確定度評定是否合理密切相關(guān)。例如，在常用的材料拉伸試驗(yàn)中，一般采用圓形截面試棒，利用拉力試驗(yàn)機(jī)或萬能試驗(yàn)機(jī)，以受控的速率施加拉向力并測量拉斷試棒所需的最大作用力（負(fù)荷）。抗拉強(qiáng)度。等于試驗(yàn)過程中的最大作用力F與試律原有截面積A之比：。＝（F／A）T，i（l）式中抗拉強(qiáng)度。的單位為N／nun’，截面積A的單位為nunz，拉力F的單位為N，下標(biāo)T是試驗(yàn)溫度，i是應(yīng)變率。即在試驗(yàn)過程中，溫度及應(yīng)變（或負(fù)荷）速率必須保持在一定限度內(nèi)。式門）就是在特定的溫度及應(yīng)變（或負(fù)荷）率下，抗拉強(qiáng)度測量過程的數(shù)學(xué)模型?？估瓘?qiáng)度測量不確定度的構(gòu)成要素或分量包括：截面積測量不確定度分量u＾，拉力測量不確定度分量u。...

測量不確定度實(shí)際應(yīng)用講座(五)——溫度計(jì)量中不確定度的評定

1．問題的提出現(xiàn)有一個標(biāo)稱溫度示值被調(diào)控到400℃的工業(yè)容器，計(jì)量人員選用帶K型熱電偶的數(shù)字式溫度計(jì)來測量該容器內(nèi)部某處的實(shí)際溫度（見圖1）。從制造廠說明書查知數(shù)字溫度計(jì)的分辨力為0．1℃，準(zhǔn)確度為±0．6℃K型熱電偶每年校準(zhǔn)一次，今年的校準(zhǔn)證書表明其不確定度為2．0℃（置信水準(zhǔn)為99％），在400℃時的修正值為0．5℃。當(dāng)恒溫容器的指示器表明調(diào)控到示值400℃時，穩(wěn)定半小時后從數(shù)字溫度計(jì)上重復(fù)測得的10個顯示值此列于表1。這是一個很常見的溫度計(jì)量問題，其測量方法和測量過程看上去也很簡單，測量結(jié)果由式（3）可知為400．2℃，對熱電偶進(jìn)行修正后的測量結(jié)果由式（2）可知為400．7℃。但是人們還是會對測量是否有效、可信或測量的質(zhì)量（品質(zhì)）提出疑問。這是因?yàn)槿藗兺枰容^、評價或再現(xiàn)通過測量所得到的賦予被測量之值一一量結(jié)果（容器內(nèi)部某處溫度的最佳估計(jì)值）?？墒侨藗儗ζ渲T多的影響因素往往又缺乏完整的了解，從而對所得測量結(jié)果究竟可靠到什么程度心存疑慮...

測量不確定度實(shí)際應(yīng)用講座(六)——電學(xué)計(jì)量中不確定度的評定
一、引言測量不確定度是說明測量值在測量結(jié)果附近分散性的參數(shù)，當(dāng)我們給出測量結(jié)果時，應(yīng)根據(jù)需要給出測量不確定度。本文就一些常見的概念和電學(xué)測量中的例子，來說明我們對遇到的實(shí)際問題是如何處理的。1．測量儀器的技術(shù)指標(biāo)和測量結(jié)果的不確定度是什么關(guān)系？門）關(guān)于允許誤差極限我們從測量儀器說明書可以查到測量范圍和計(jì)量特性等技術(shù)指標(biāo)。制造廠在制造某種儀器時，在其技術(shù)規(guī)范中預(yù)先設(shè)計(jì)規(guī)定了允許誤差的極限值，當(dāng)最終檢驗(yàn)時凡不超出此范圍的儀器均為合格品可以出廠，并寫過測量儀器的說明書中。因此在leq3年由七個國際組織修訂的《國際通用計(jì)量學(xué)基本術(shù)語》中將它稱為“（測量儀器的）最大允許誤差”或稱“（測量儀器的）允許誤差極限”。允許誤差極限是人們?yōu)橐慌鷥x器規(guī)定的技術(shù)指標(biāo)（不論過去稱“誤差”或“準(zhǔn)確度”，實(shí)質(zhì)上都是最大允許誤差），是允許的誤差范圍，它不是某臺儀器實(shí)際存在的“誤差”或“準(zhǔn)確度”，也不是用該...

測量不確定度實(shí)際應(yīng)用講座(七)——無線電測量中不確定度的評定
在無線電測量中，對測量不確定度的評定有其自身的特點(diǎn)。例如，微波測量中如何考慮失配的影響；有些電子儀器技術(shù)指標(biāo)比較復(fù)雜，如何進(jìn)行B類不確定度評定。本文目的是通過兩個典型的例子來說明如何解決上述問題的。[例一]：諧波測量這個例子說明在微波測量中如何考慮失配對不確定度的影響。1．諧波是指頻率為載波頻率的特定倍數(shù)的信號頻譜分量，諧波測量是指測量諧波功率電平與裁波功率電平之比值。數(shù)學(xué)模型可寫成：式中：H──被測量諧波PH──測得的諧波功率電子（mW）Rc──測得的載波功率電平（mW）諧波測量是用頻譜分析儀進(jìn)行的，見圖1所示。所用儀器的技術(shù)指標(biāo)：①頻譜分析儀測量相對電平的最大允許誤差±1．7dB②頻譜分析儀輸入端電壓駐波比≤1.9③被測信號產(chǎn)生器輸出瑞電壓駐波比≤2.0④電纜損耗頻響的平坦度±0．5dB3．測量不確定度的分析諧波測量不確定度的主要來源有：（1）頻譜儀測量相對電平不準(zhǔn)；（2）頻譜儀與被測信號產(chǎn)生...

測量不確定度實(shí)際應(yīng)用講座(八)——時間頻率計(jì)量中不確定度的評定時間頻率計(jì)量被廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)各個領(lǐng)域中，人們使用的鐘表就是一種最簡單的計(jì)時器。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，頻率源成為電子設(shè)備的心臟，因此其性能的測量格外受到人們的關(guān)注。本文以三個例子來說明時間頻率計(jì)量中不確定度的評定方法。一、用電子計(jì)數(shù)器測量信號頻率頻率是指單位時間內(nèi)周期現(xiàn)象重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)。信號頻率通常用電子計(jì)數(shù)器測量，其原理框圖見圖1。由晶體振蕩器的輸出經(jīng)分頻后產(chǎn)生lins－ids的一系列時基信號，通過閘門選擇開關(guān)加到門控電路去控制主閘門的開閉時間r（稱閘門時間），被測信號人經(jīng)放大整形后變成所需極性的脈沖。如果在。時間內(nèi)有n個脈沖通過主閘門進(jìn)入計(jì)數(shù)電路，則被測信號的頻率為：人一n／r（．l）式中：人——被測頻率，Hi；T——閘門時間又稱取樣時間，S；n——計(jì)數(shù)器所計(jì)的脈沖數(shù)。通常電子計(jì)數(shù)器直接顯示被測信號的頻率值。測量不確定度的分析與評定：由式門．l）得到測量不確定度的傳遞公式如下：門）由時基信號不準(zhǔn)引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量U卜八計(jì)數(shù)器的時基是指所選的閘門時間。，它的不確定度主要取決于晶振。一般計(jì)數(shù)器所用晶振頻率為SMHZ或10MHz。晶振頻率給出值的相對頻率最大允許誤差（習(xí)慣上稱為頻...

測量不確定度實(shí)際應(yīng)用講座(九)──電離輻射計(jì)量中不確定度的評定
本文介紹電離輻射計(jì)量中的不確定度評定的三個具體例子，用液體閃爍計(jì)數(shù)器測定放射性核素的活度，用含氯正比計(jì)數(shù)管測量單能快中子注量和用自由空氣電離室復(fù)現(xiàn)照射量和空氣比釋動能，給出了不確定度的各個分量以及合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的結(jié)果。一、液體閃爍計(jì)數(shù)器測量放射性活應(yīng)1．基本原理液體閃爍計(jì)數(shù)器測量放射性活度是活度測量中最常用的方法之一，測量方法較多，本文只介紹用4π（LS）—γ了符合裝置測量電子俘獲核素的活度。孩裝置采用“雙死時間法”，它沒有符合線路，不同于常規(guī)符合方法。當(dāng)測量電子俘獲核素時，液閃道卜十x）道記錄核素的俄歇電子和X射線在閃爍液中產(chǎn)生的信號以及部分了射線的信號，Y道記錄Y射線的信號，同時相加道記錄液閃道和Y道的相加信號。測量條件是使卜十x）道、7道的死時間不大于相加道的死時間，以確保在相加道記錄的信號在（e＋x）道或Y道中也能記錄，不會丟失或增加?！半p死時間法”的原理示意圖見圖一。設(shè)卜十X）道，Y道和相加道計(jì)數(shù)分別為NX、N。、N，、相應(yīng)的活時間Tx、T’、Tr。當(dāng)，；...

測量不確定度實(shí)際應(yīng)用講座(十)——光學(xué)計(jì)量中不確定度的評定
光度計(jì)量中，照度計(jì)是一種常用的工作計(jì)量器具。照度計(jì)的示值可用發(fā)光強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)燈在測光導(dǎo)軌上校準(zhǔn)?，F(xiàn)僅就校準(zhǔn)一處示值評定其不確定度并確定示值誤差。一、核準(zhǔn)方法和數(shù)字模型1．將標(biāo)準(zhǔn)燈和服度計(jì)的探測器安裝在測光導(dǎo)軌上，并調(diào)整好它們的位置（如圖）。式中I（i）＝256．2Cd，為標(biāo)準(zhǔn)燈的發(fā)光強(qiáng)度，i為供給標(biāo)準(zhǔn)燈的電流，l＝1．6（X：ki，為標(biāo)準(zhǔn)燈燈絲平向到探測器接收面之間的距離。由此可計(jì)算得接收面上的照度為：（注：照度單位fix＝led／m’＝tim／m’）。3．給標(biāo)準(zhǔn)燈供給規(guī)定的電流（在校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)燈的光強(qiáng)時給定的電流值），待發(fā)光穩(wěn)定后，由照度計(jì)進(jìn)行測量。測量數(shù)據(jù)列于表中第二行。各次測量值的殘差卜列于第三行。第四行為殘差的平方v’。表的最下列列出了測量的平均值和殘差的平方和。二、A類標(biāo)準(zhǔn)不確定應(yīng)分量的評定根據(jù)貝塞爾公式，計(jì)算得實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差：羌．相對實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差Se。）r一頁J。0·32％。則，平均值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差為：平均值的相對實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差為：因此，A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：u（）＝S（e）＝0．10lx（絕對）...

測量不確定度實(shí)際應(yīng)用講座(十一)──定量化學(xué)分析中不確定度的評定

測量不確定度是與測量程序、方法、條件密切相關(guān)的，在上述因素保持穩(wěn)定不變或者在可控狀態(tài)下變化時，雖然被測量的估計(jì)值（一般就是指測量結(jié)果或測量結(jié)果的平均值）不同，但它們的測量不確定度還是相同的。反之，不存在上述條件時，對同一被測量雖得到了相同的估計(jì)值，但它們的測量不確定度往往出入甚大。從這個意義上說，測量不確定度獨(dú)立于測量結(jié)果。它只給出了在給定測量程序下測量結(jié)果的分散性。在定量化學(xué)分析中，同一被測量往往可用多種方法給出其估計(jì)值。方法多、可用的設(shè)備多是其主要特點(diǎn)之一。一般分為兩大類，即化學(xué)分析方法以及物理與物理化學(xué)分析方法。前者以化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)，這也就是不確定度評定中數(shù)學(xué)模型的基本依據(jù)。通常采用天平、硅碼、滴定管、量杯、量瓶等作為主要的測量儀器，這些測量儀器的示值不確定度對測量結(jié)果的不確定度往往都有較大貢獻(xiàn)。物理與物理化學(xué)分析法常使用某些專門設(shè)...

哇！測量不確定度評定理論和實(shí)踐重量級人物的講座！

現(xiàn)在我公司對幾個測量過程進(jìn)行了定期核查，可不知怎么進(jìn)行不確定度的評定
下大雨 發(fā)表于 2009-4-13 22:56

我覺得對測量過程的核查可以不進(jìn)行測量不確定度評定。因?yàn)樽鳛楹瞬闃?biāo)準(zhǔn)有三個條件：

a)核查標(biāo)準(zhǔn)所體現(xiàn)的量應(yīng)與測量過程所測的量相一致。

b)核查標(biāo)準(zhǔn)必須具有良好的穩(wěn)定性。

c)核查標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)通過獨(dú)立于受控測量過程且比所控制的過程更精密的另一個過程來測量或校準(zhǔn)。

特別是C)決定了沒有必要再進(jìn)行測量不確定度評定的需要。

現(xiàn)在我公司對幾個測量過程進(jìn)行了定期核查，可不知怎么進(jìn)行不確定度的評定
下大雨 發(fā)表于 2009-4-13 22:56

應(yīng)該是對企業(yè)中關(guān)鍵測量過程的測量設(shè)備進(jìn)行定期核查，并用控制圖方式。
這是中企計(jì)量檢測體系認(rèn)證中心對AAA級測量管理體系認(rèn)證的新要求，已經(jīng)讓審核員在考評中提出要求，并逐步開展。

TO 14樓總監(jiān)：）
如果做AAA體系的話有要求的，必須對所有關(guān)鍵測量過程進(jìn)行測量不確定度評定。關(guān)鍵測量過程包括建標(biāo)項(xiàng)目、自校測量過程、生產(chǎn)工藝及質(zhì)量檢驗(yàn)中需要高度控制對產(chǎn)品質(zhì)量有直接影響的測量過程。
我們公司這次查了建標(biāo)項(xiàng)目6項(xiàng)、自校測量過程18項(xiàng)、生產(chǎn)工藝及質(zhì)量關(guān)鍵測量過程3項(xiàng)。