功能比較-誤差與不確定度辨析(15)

                                     功能比較-誤差與不確定度辨析(15)        

                                             史錦順      

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人們建立理論，是為了應(yīng)用。誤差理論和不確定度論，各自的功能如何，這無疑是個引人矚目的話題。所謂理論的功能，就是處理實踐需求的能力。本文把各種實際需求的項目稱為科目。

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不確定度論的問題很多。筆者揭露不確定度弊病的文章，2004年有“不確定度理論置疑”，2005年有“不確定度理論的要害”，前年有十八評、去年有十八論，近幾個月的辨析系列，也寫到了第十五篇。雖然也穿插了一些有關(guān)誤差理論的內(nèi)容，但那也是以對比的方式來批駁不確定度論。本文是關(guān)于兩種理論功能的一番對比。大家看，老史說的是不是事實，有沒有道理。

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（一）誤差理論能處理而不確定度論不能處理的科目

    1 能否得出測量儀器、計量標(biāo)準(zhǔn)的方案

測量計量是科學(xué)研究、生產(chǎn)、交易的需求。測量計量的工具是測量儀器和計量標(biāo)準(zhǔn)。測量計量理論該有的功能首先是指導(dǎo)人們進行測量儀器和計量標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計，而進行設(shè)計的第一步，要提出先進而又可行的方案來。物理學(xué)、化學(xué)、機械學(xué)、電子學(xué)，是設(shè)計方案的基礎(chǔ)，而誤差理論更是直接指導(dǎo)。近代工業(yè)大發(fā)展，與時俱進地涌現(xiàn)種類繁多的測量儀器與各等級計量標(biāo)準(zhǔn)。能夠形成如此局面，誤差理論，功不可沒。

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不確定度論，行嗎？能當(dāng)此重任嗎？說都不敢說，別要說做了。不確定度論在全世界推廣20年了，推出過一臺按不確定度理論設(shè)計的儀器嗎？沒有的，它沒那個功能。

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2 如何設(shè)計、制造測量儀器與計量標(biāo)準(zhǔn)

在設(shè)計、制造測量儀器與計量標(biāo)準(zhǔn)的過程中，要經(jīng)歷如下步驟：建立誤差公式、提出機加工等分項誤差要求、測量分項誤差、給出誤差范圍指標(biāo)、鑒別準(zhǔn)確性性能。

這些步驟，都涉及誤差的概念和理論，誤差理論都可以解決。

不確定度論否定真值概念，不用誤差概念，沒法處理這些科目。

3 如何選用測量儀器？

誤差理論嚴(yán)格界定手段和對象，不允許手段與對象相混淆，于是，在測量時，首先要界定是常量測量，還是變量測量。

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被測量變化遠(yuǎn)小于測量儀器誤差，是常量測量，又稱基礎(chǔ)測量。如測量固體物質(zhì)的質(zhì)量，是基礎(chǔ)測量，這時選用儀器的根據(jù)是應(yīng)用中對準(zhǔn)確度的要求。買賣25千克袋裝大米，用臺秤，誤差范圍50克（約合2角錢，可忽略）。稱1千克豬肉，用電子案秤，誤差范圍5克（約合1.5角錢，可略）。稱10克的金戒子，要用天平。用M3 等砝碼，誤差范圍20毫克（約合5元錢，似乎大些）；用M2等砝碼，誤差范圍6毫克（約合1.5元錢，大概是總價值的一千五百分之一，該可以了）。

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對變化量的測量，是變量測量，又稱統(tǒng)計測量。被測量的變化大于測量儀器誤差，就是統(tǒng)計測量。此時要求測量儀器誤差范圍遠(yuǎn)小于被測量的變化。最好要小于1/10，頻率測量就這樣要求。達(dá)不到小于1/10，最差也要小于1/3。這就是孤立法或稱分割法，這樣才能確定偏離特性是屬于被測對象的。如果被測量的變化與測量儀器的誤差差不多，不能確定測得的偏差是由測量儀器引起還是由被測量引起，這是混沌帳，是無效的測量。

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醫(yī)院里用的體溫計，誤差范圍是0.15攝氏度℃。人正常體溫是35.5℃到37.5℃。用此類體溫計測出的體溫，誤差范圍是0.15℃，醫(yī)生可據(jù)以判別是否發(fā)燒。如測出甲先生體溫38℃，則可斷定是發(fā)燒了。如果用誤差范圍為2℃的溫度計，測出乙先生體溫是38℃，則無法判斷他是否發(fā)燒，因為此人體溫很可能是正常的。

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也許有人說，這么簡單的事，誰不明白。我要說明：這是在誤差理論指導(dǎo)下，人們習(xí)以為常的知識。大家都會，甚至忘了誤差理論的潛移默化的影響。我們看一個脫離誤差理論的反例——不確定度論評定的樣板。

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例 GUM 的溫度測量例子

GUM有個測量溫度的例子（見葉書47頁，GUM2008版仍是同樣的數(shù)）。

測得值如下（單位攝氏度）：

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       96.90/98.18/98.25/98.61/99.03/99.49/99.56/

       99.74/99.89/100.07/100.33/100.42/100.68/100.95/

       101.11/101.20/101.57/101.84/102.36/102.72

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【史評】

不說明溫度計的指標(biāo)，就弄不清數(shù)據(jù)的變化是測量儀器的誤差引起的，還是被測溫度本身的變化，一筆混沌帳。

猜想1  溫度計是誤差范圍為0.2℃的水銀溫度計，測量對象是溫箱。測得值的變化是溫箱的溫度變化。溫箱控溫能力很差。

猜想2  被測對象是水的沸點，標(biāo)準(zhǔn)氣壓下，其值為100℃；所用溫度計是剛制成的電子溫度計。測得值的變化由此溫度計引起，其性能極差（極限誤差4.5℃）。

國際規(guī)范舉出這樣例子，說明不確定度沒有區(qū)分手段與對象的概念，不懂分割法，不會選擇測量儀器。

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接 1# 史錦順 文

（二）誤差理論能處理、不確定度論處理不當(dāng)?shù)目颇?/font>

1 如何得知測量質(zhì)量水平

甲 誤差理論

甲1 基礎(chǔ)測量

測量儀器的誤差范圍，就是測得值的誤差范圍。要注意環(huán)境溫度等引入的附加誤差。附加誤差應(yīng)可略；附加誤差不能忽略時，測量儀器誤差加上附加誤差是測得值的誤差。依此，按測量目的之準(zhǔn)確度要求，選用夠格的測量儀器。

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甲2 統(tǒng)計測量

考察被測量的變化，要選用誤差范圍比變化量小1/3的測量儀器。頻率測量，要小1/10。（測穩(wěn)定度可小于1/3.）

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乙 不確定度論

要進行評定。A類評定是用儀器測量被測量，依測得值算西格瑪。B類評定主要是看儀器說明書標(biāo)的指標(biāo)。B類評定的其他許多條款，基本上是廢話。

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【史評】

A類評定的結(jié)果，既可能是測量儀器的隨機誤差，也可能是被測量的隨機變化，在許多情況下，都可能成為混沌帳。

B類評定，說到底管用的只有測量儀器誤差一項。第一，儀器誤差是從誤差理論那里偷來的。第二，B類評定與A類評定，隨機誤差部分重復(fù)。

不確定度論重點是解決測量的質(zhì)量問題。但離開真值概念，離開測得值與真值之差即誤差的概念，是說不清測量的質(zhì)量問題的。

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不確定度論，內(nèi)容包括兩類評定。A類是實測，B類評定條款很多。標(biāo)準(zhǔn)不確定度而合成不確定度而擴展不確定度，步驟似乎井然有序，理論似乎冠冕堂皇。但這一切，不過是瓶中插花，并無根基。否定真值，根沒了；否定誤差，枝斷了。那花朵能虛榮幾天？

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2 如何給出儀器性能指標(biāo)

甲 誤差理論

測量儀器的性能指標(biāo)的提出、形成和確定，經(jīng)歷如下程序：

1 指標(biāo)要求 按社會需求提出。通用儀器要納入序列。

2 精度設(shè)計

2.1 發(fā)明或選取方案。考慮要點：比較標(biāo)準(zhǔn)，比較方法，量程，分辨率，精密性，準(zhǔn)確性。

2.2 進行誤差分析
    A 建立測量方程；B 對測得值函數(shù)進行微分或小量計算，得到偏差表達(dá)式。C 提出分項指標(biāo)要求

2.3 提出對加工制作的具體要求

3 儀器制作

4 指標(biāo)測量

4.1分項指標(biāo)測量； 4.2 總指標(biāo)測量；4.3 環(huán)境等使用條件考驗

5 指標(biāo)給出

計算極限誤差，考慮各種極端應(yīng)用情況，留有余地并湊整給出指標(biāo)。載入儀器說明書。此指標(biāo)稱誤差范圍或準(zhǔn)確度。

6 計量檢定

6.1 本廠要逐一計量

6.2 抽樣送上級計量部門計量

上級計量部門的計量是抽樣檢查，對大量產(chǎn)品，取幾臺檢定是產(chǎn)品數(shù)量的抽樣；對受檢儀器的檢定在項目、條件上又是抽樣。檢定不可能復(fù)現(xiàn)儀器的全部使用條件。不能以上級計量部門的實測數(shù)據(jù)當(dāng)做儀器指標(biāo)。

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接 2# 史錦順 文

乙 不確定度論
    （摘自 VIM2008 4.24, JJF1059.1引用，有下劃線的是原文）

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4.22儀器的測量不確定度

由所用測量儀器或測量系統(tǒng)引起的測量不確定度的分量。

注：

1. 除原級測量標(biāo)準(zhǔn)采用其他方法外，儀器的不確定度是通過對測量儀器或測量系統(tǒng)的校準(zhǔn)得到。

2. 儀器不確定度通常按B類測量不確定度評定。

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【史評】

判斷：不確定度論的儀器指標(biāo)得出法，不合理、行不通。

1 靠校準(zhǔn)給測量儀器定指標(biāo)，行不通。能如此，則生產(chǎn)測量儀器就太簡單了。此條與我國現(xiàn)行作法不同，與絕大多數(shù)檢定規(guī)程相違。

2 B類評定要根據(jù)說明書的儀器指標(biāo)，此處又用B類評定給儀器定指標(biāo)，這是空轉(zhuǎn)的循環(huán)套。

GUM根本就沒寫如何確定測量儀器指標(biāo)。研究一下，就會知道：不確定度論本質(zhì)上是無法解決這個問題的，誰寫誰必然陷入循環(huán)套。

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（三）誤差理論不能處理、要靠不確定度論處理的科目

史錦順認(rèn)為：沒有。

此點可能爭議很大。人們會問，既然誤差理論都能解決，還提出不確定度論干什么？老史的回答是：本來就是多此一舉。馬鳳鳴氏早在1995年的全國時頻計量講習(xí)班上就說過：是“吃飽撐的”。

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