[摘要]:本文對測量不確定度的概念進行了分析,并說明了測量相關的定義及特性。以及由此產(chǎn)生的測量誤差進行分析,并給出測量結果的數(shù)據(jù)處理要求。
[關鍵詞]:真值 誤差 不確定度 數(shù)據(jù)修正
一、 測量的幾個相關定義及方法
1、真值:“與給定的特定量的定義一致的值”。
(1)量的真值只有通過完善的測量才有可能獲得;
(2)真值按其本性是不確定的。
所以,對于給定的使用目的,對所需要的量值總是允許有誤差和不確定度。
2、被測量:“作為測量對象的特定量。”
3、影響量:“不是被測量,但是對測量結果有影響的量。”
影響量可能來自環(huán)境條件(溫度、濕度、氣壓、振動等),也可能來自于測量儀器的不正確安裝、使用以及儀器本身結構的變化等。
4、測量結果:“由測量所得到的賦予被測量的值。”
在測量結果的完整表示中,應包括或附有不確定度,必要時還應說明測量所處的條件,或影響量的取值范圍
5、測量方法:“進行測量時,按類別敘述的一組操作邏輯次序。”
即按照給定測量原理實施測量時,概括說明的一組合乎邏輯的操作順序。
測量方法按不同的方式分為若干種:
(1)直接測量法:不必去測量與被測量有函數(shù)關系的其他量,而能直接得到被測量值的一種測量方法。如,水銀溫度計測量溫度,壓力表測量流體壓力。
(2)間接測量法:通過測量與被測量有函數(shù)關系的其他量,從而得到被測量值的一種測量方法。例如電阻率的測量:導線長度、截面積以及電阻的測量。
(3)定義測量法:根據(jù)量的單位定義來確定該量的一種測量方法。例如,通過電阻單位歐姆的定義,通過電壓和電流的測量得出電阻。
(4)替代測量法:選定的且已知其值的同種量替代被測量,使在指示裝置上得到相同效應以確定被測量值一種測量方法。例如,在天平上用已校準的砝碼替代被測量求出其質量。
(5)微差測量法:被測量與同它只有微小差別的已知同種量相比較,通過測量這兩個量值間的差值以確定被測量值的一種測量方法。如:在比較儀上用量塊測量活塞的直徑。
(6)零位測量法:整已知其值的一個或幾個被測量有已知平衡關系的量,通過平衡確定被測量值的一種測量方法。如,用電橋測量電阻就常用這種方法。
二、測量誤差:“測量結果減去被測量的真值。”
用公式表示:測量誤差=測量結果-真值
因真值本質上是不能確定的,因而測量誤差也是無法準確得到或確切獲知的。
[量的]約定真值:“對于給定目的具有適當不確定度的、賦予特定量的值,有時該值是約定采用的。”或為給定目的而取的可以代替真值的量值。
1、由計量基準、標準復現(xiàn)而賦予該特定量的值;
2、采用權威組織推薦的該量的值;
3、用某量的多次測量結果來確定約定真值。
三、不確定度
“表征合理地賦予被測量之值的分散性,與測量結果相聯(lián)系的參數(shù)。”
合理:應考慮到各種因素對被測量的影響所做的修正,特別是測量應處于隨機控制過程中(測量在重復性條件下進行的)。
相聯(lián)系:測量不確定度是一個與測量結果“在一起”的參數(shù),在測量結果的完整表達式中應包括測量不確定度。
從詞義上理解,“測量不確定度”意味著對測量結果可信性、有效性的懷疑程度或不肯定程度,是定量說明測量結果的質量的一個參數(shù)。
四、誤差與不確定度是兩個不同的概念
1、誤差(表明測量結果偏離真值的差值)用于修正測量結果;不確定度用于表征被測量之值的分散性——通過對測量過程的分析和評定得出一個區(qū)間;
2、誤差為帶有正號或負號的量值;不確定度為無符號的參數(shù);
3、以前所說測量結果的誤差為多少,實際是說測量結果的不確定度為多少。
五、測量誤差的來源與分類
(一)測量誤差的主要來源
1、方法(理論)誤差:測量方法(或理論)不十分完備,特別是忽略和簡化等所引起的誤差。
2、器具誤差:計量器具本身的結構、工藝、調(diào)整以及磨損、老化或故障所引起的誤差。
3、環(huán)境誤差:測量環(huán)境的各種條件,如溫度、濕度、氣壓、磁場、振動等所引起的誤差。
4、人員誤差:由觀測者的主觀因素和實際操作,如個性、生理特點或習慣、技術水平以及失誤等所引起的誤差。
另外,由于被測量的定義不完善,以及測量的樣本(抽樣)不能代表所定義的被測量等,亦可能引起相應的誤差。在一般的計量工作中,通常對此多不考慮。
(二)測量誤差的分類
1、絕對誤差和相對誤差
絕對誤差即是前述“誤差”;
相對誤差——“測量誤差除以被測量的真值”。
當被測量值的大小相近時,通常用絕對誤差進行測量水平的比較;
當被測量值相差較大時,用相對誤差才能進行有效的比較。
2、系統(tǒng)誤差和隨機誤差
誤差往往是由若干分量組成,這些分量按特性可分為隨機誤差和系統(tǒng)誤差。
誤差=測量結果-真值
=(測量結果-總體均值)+(總體均值-真值)
= 隨機誤差+系統(tǒng)誤差
任意一個誤差△i均可分解為系統(tǒng)誤差εi和隨機誤差δi的代數(shù)和。
六、測量結果修正
1、未修正結果:“系統(tǒng)誤差未修正前的測量結果。”
如:用某尺測量圓柱直徑,如果進行10次測量,所得的示值分別為14.9,14.6,14.8,14.6,14.9,14.7 ,14.7,14.8,14.9,
則該測量列的未修正結果為其算術平均值
2、已修正結果:“系統(tǒng)誤差修正后的測量結果”。
系統(tǒng)誤差中已識別(已掌握)的系統(tǒng)誤差,其大小與符號已知,從而可以按“修正值”進行修正。
3、修正值:“用代數(shù)方法與未修正測量結果相加,以補償其系統(tǒng)誤差的值”。
(1)修正值為負的系統(tǒng)誤差;
(2)由于系統(tǒng)誤差不能完全獲知,因此這種補償并不完全——修正值只能對系統(tǒng)誤差進行有限程度的補償。修正后,系統(tǒng)誤差會減小,但不可能為零。
真值 = 測量結果+修正值= 測量結果-誤差
(3)經(jīng)過修正的測量結果,即使具有較大的不確定度,但可能十分接近被測量的真值(即誤差甚小)——不應把測量不確定度與已修正測量結果的誤差相混淆。
4、偏差:一個值減去其參考值。
“一個值”:指測量所得的值;
“參考值”:設定值、應有值或標稱值;
“標稱值”:測量儀器上表明其特性或指導其使用的量值,該值為圓整值或近似值。它是從零件加工的“尺寸偏差”的概念引伸過來的。
“尺寸偏差”:所得到的某一實際尺寸,與其所要求的參考尺寸或標稱尺寸之差。相對于實際尺寸來說,由于加工過程中的諸多因素的影響,它偏離了要求的或應有的參考尺寸,于是產(chǎn)生了尺寸偏差。










