测量不确定度简介.pptx

课程大纲一、基本概念一、基本概念二、不确定度的主要来源二、不确定度的主要来源三、不确定度评定方法三、不确定度评定方法四、四、A类、类、B类不确度评定步骤类不确度评定步骤五、举例理解五、举例理解 一、基本概念测量不确定度：测量不确定度：与测量结果相关联的一个参数，用以表征合理地赋予被测量之值的分与测量结果相关联的一个参数，用以表征合理地赋予被测量之值的分散性。通常用标准差（散性。通常用标准差（u）表示）表示 标准不确定度：标准不确定度：用标准偏差表示的测量结果不确定度。用标准偏差表示的测量结果不确定度。不确定度的不确定度的A类评定：类评定：对观测列进行统计分析以评定不确定度的方法。对观测列进行统计分析以评定不确定度的方法。不确定度的不确定度的B类评定：类评定：评定标准不确定度的非统计分析方法。评定标准不确定度的非统计分析方法。合成标准不确定度：合成标准不确定度：当结果由若干其它量得来时，按其他各量的方差和协方差算得的标准当结果由若干其它量得来时，按其他各量的方差和协方差算得的标准不确定度。不确定度。扩展不确定度：扩展不确定度：确定测量结果区间的量，期望测量结果以合理地赋予的较高置信确定测量结果区间的量，期望测量结果以合理地赋予的较高置信水平包含在此区间内。水平包含在此区间内。包含因子：包含因子：为获得扩展不确定度，作为合成不确定度乘数的数字因子（亦有为获得扩展不确定度，作为合成不确定度乘数的数字因子（亦有称称覆盖因子、扩展因子覆盖因子、扩展因子）包含区间：包含区间：基于可获得的信息，能赋予某量的值所处的区间，该区间与一定基于可获得的信息，能赋予某量的值所处的区间，该区间与一定高的概率相联系。高的概率相联系。置信水平（包含概率置信水平（包含概率）：）：与包含区间相联系的概率。与包含区间相联系的概率。一、基本概念与误差的区别：与误差的区别：1符号（误差可操作性差）符号（误差可操作性差）2表示分散性表示分散性3与人的认识程度有关与人的认识程度有关4评定时不区分其性质（而误差分为随机与系统）评定时不区分其性质（而误差分为随机与系统）5不能进行修正（对结果）不能进行修正（对结果）一、基本概念二、不确定度的主要来源1).被测量的定义不完善被测量的定义不完善2).复现被测量的定义的方法不理想复现被测量的定义的方法不理想3).抽样的代表性不够抽样的代表性不够4).赋予计量标准的值或标准物质的值不准赋予计量标准的值或标准物质的值不准5).引用的数据或其它参量不准引用的数据或其它参量不准6).测量方法和测量程序的近似性和假定性测量方法和测量程序的近似性和假定性7).测量仪器的分辩力或鉴别力不够测量仪器的分辩力或鉴别力不够8).对模拟仪器的读数存在人为偏离对模拟仪器的读数存在人为偏离9).对测量过程受环境影响的认识不周全，或对环境条件的测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量与控制不完善10).在表面上看来完全相同的条件下，被测量重复观测值的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变化三、不确定度评定方法1).确定被测量和测量方法确定被测量和测量方法测量原理、环境条件、所用仪器设备、测量程序和数据处理等。测量原理、环境条件、所用仪器设备、测量程序和数据处理等。2).建立数学模型建立数学模型 所谓建立数学模型，就是根据被测量的定义和物理模型（测量方案），所谓建立数学模型，就是根据被测量的定义和物理模型（测量方案），用一个函数关系将测量过程模型化，以确定被测量与有关量之间的函数关用一个函数关系将测量过程模型化，以确定被测量与有关量之间的函数关系。一个被测量可能依赖若干个有关量，为此，先要识别出所有被测的输系。一个被测量可能依赖若干个有关量，为此，先要识别出所有被测的输入量，然后通过数学模型（函数关系），用所有的已知输入量计算输出量入量，然后通过数学模型（函数关系），用所有的已知输入量计算输出量（最终的待测量）。只有评定了所有各输入量的不确定度，才能给出被测（最终的待测量）。只有评定了所有各输入量的不确定度，才能给出被测量值（输出量）的不确定度。量值（输出量）的不确定度。建立物理模型和相应的数学模型，实际上就给出了被测量值的不确定度主建立物理模型和相应的数学模型，实际上就给出了被测量值的不确定度主要来源。如果对被测量不确定度有贡献的分量未包括在数学模型中，应特要来源。如果对被测量不确定度有贡献的分量未包括在数学模型中，应特别加以说明，如环境因素的影响。别加以说明，如环境因素的影响。3).求被测量的最佳估值求被测量的最佳估值 不确定度评定时对测量结果的不确定度评定，而测量结果应理不确定度评定时对测量结果的不确定度评定，而测量结果应理解为被测量之值的最佳估计。解为被测量之值的最佳估计。4).确定各输入量的标准不确定度确定各输入量的标准不确定度 包括不确定度的包括不确定度的A类评定和类评定和B类评定。类评定。5).确定各个输入分量标准不确定度对输出量的标准不确定度确定各个输入分量标准不确定度对输出量的标准不确定度的贡献的贡献 由数学模型对各输入量求偏导数确定灵敏系数，然后由输入量由数学模型对各输入量求偏导数确定灵敏系数，然后由输入量的标准不确定度分量求输出量对应的标准不确定度分量。的标准不确定度分量求输出量对应的标准不确定度分量。三、不确定度评定方法6).求合成标准不确定度求合成标准不确定度 利用不确定度传播率，对输出量的标准不确定度分量进利用不确定度传播率，对输出量的标准不确定度分量进行合成。行合成。7).求扩展不确定度求扩展不确定度 根据被测量的概率分布和所需的置信水准，确定包含因根据被测量的概率分布和所需的置信水准，确定包含因子，由合成标准不确定度计算扩展不确定度。子，由合成标准不确定度计算扩展不确定度。8).报告测量结果的不确定度报告测量结果的不确定度 报告测量不确定度时，必须给出测量结果。最终不确定报告测量不确定度时，必须给出测量结果。最终不确定度的修约是直接进位，而不是舍去。度的修约是直接进位，而不是舍去。三、不确定度评定方法建立数学模型建立数学模型求最佳值求最佳值B B类评定类评定评定扩展不确定度评定扩展不确定度列出各不确定度分量的表达式列出各不确定度分量的表达式求出合成不确定度求出合成不确定度A A类评定类评定不确定度报告不确定度报告三、不确定度评定方法各被测量各被测量A类标准不确定度评定步骤（贝塞尔法）类标准不确定度评定步骤（贝塞尔法）前提：在重复测量条件下前提：在重复测量条件下步步 骤骤运运 算算 说说 明明数学公式数学公式1对所有测量结果进行修正（修正已识别的系统效应）2计算修正后的测量结果的平均值。即修正后的测量结果之和被测量次数n除（如果忽略了步骤1,则应补加修正）3对每一个测量结果求残差，即将每一个结果减去其平均值4对每一个残差求平方和，再求残差平方和除以测量次数n减1。其结果称为方差V。5取正平方根给出一组测量列的标准偏差 6计算平均值的标准偏差，参加标准不确定度合成各被测量各被测量B类标准不确定度评定步骤类标准不确定度评定步骤根据经验和有关信息或资料根据经验和有关信息或资料,先分析该先分析该B B类不确定度分量的置信区间半宽类不确定度分量的置信区间半宽a a,以及包含因子以及包含因子k,k,则该分量为则该分量为:B B类不确定度少不了测量仪器引进的因素类不确定度少不了测量仪器引进的因素,可参考下表计算。可参考下表计算。分量来源分量来源 分布分布半宽半宽a a包含因子包含因子k k校准证书给出设备的校准证书给出设备的U U、p p 正态正态 U校准证书给出设备校准证书给出设备U U、k k 正态正态 U k校准证书给出设备校准证书给出设备U U、p p、t 分布分布 U检定证书给出检定证书给出“等等”，查检定系数表，查检定系数表U U、p p U检定证书给出检定证书给出“级级”，则则最大允许误差最大允许误差A A A若两次检定值之差若两次检定值之差d,d,则稳定性则稳定性d d 均匀均匀 d/2 仪器、仪表分辨率仪器、仪表分辨率 均匀均匀 /2两次两次测量重复性限测量重复性限r r 正态正态 r/r/2两次两次测量复现性限测量复现性限R R 正态正态 R/R/2单测检验限单测检验限R R t 分布分布 R查单测检验查单测检验温度系数不对称温度系数不对称 均匀均匀举例