测量不确定度评定.ppt

测量不确定度评定测量不确定度评定检测员的困惑检测员的困惑什么是测量不确定度？为什么要进行测量不确定度评定？如何评定？课程目标课程目标理解含义了解学习的意义掌握评定方法 独立完成报告课程安排课程安排课程模块课程模块课程内容课程内容课时课时(分钟分钟)概论测量不确定度的含义、表述及意义10相关标准要求CNAS准测中对于不确定度的要求5测量不确定度评定确定来源10建立数学模型10分类评定30合成不确定度评定10扩展不确定度评定10测量结果与报告掌握主要参数及测量结果的表述10作业及讲解完成不确定度报告25目录目录Content01020304测量不确定度概论相关标准要求测量不确定度评定 测量结果及报告01PartOne测量不确定度概论测量不确定度概论测量不确定度概论你知道这根笔多长？这个结果可靠吗？你对自己测量出的结果有没有怀疑？一支笔引发的思考测量不确定度概论测量不确定度概论测量不确定度是对任何测量存在怀疑。所以我们需要回答“余量有多大？”和“怀疑有多大把握？”这样，为了给不确定度定量实际上需要有两个数。一个是该余量的宽度（区间）；另一个是置信概率，说明我们对真值在该余量范围内有多大把握。测量不确定度的表述测量不确定度概论测量不确定度概论测量不确定度的表述例如：我们可以说一支笔的长度测定为：10cm1mm，置信概率为95%。这个表述是说我们对棍子长度在9.9cm到10.1cm时有95%的把握。测量不确定度概论测量不确定度概论表征合理地赋予被测量之值的分散性，与测量结果相关联的参数。什么是【测量】不确定度uncertainty of【a measurement】测量不确定度概论测量不确定度概论测量不确定度的意义 误差理论因逻辑概念和评定方法的问题难以统一，不同测量结果之间缺乏可比性，用测量不确定度来统一评价测量结果的质量顺应科技与全球化的发展。测量不确定度反映了测量结果的质测量不确定度反映了测量结果的质量。量。通常认为不确定度小，测量结果的质量高，只要不确定度满足要求，即认为质量好。02PartTwo相关标准要求相关标准要求相关标准要求CNAS-CL01、CNAS-CL07中要求校准实验室对全部校准项目评估测量不确定度。03PartThere测量不确定度评定测量不确定度的评定流程测量不确定度的评定流程列出列出不确不确定度定度来源来源建建立立数数学学模模型型标标准准不不确确定定度度分分量量评评定定A类类评评定定B类类评评定定计计算算标标准准不不确确定定度度评评定定合合成成不不确确定定度度不不确确定定度度报报告告评评定定扩扩展展不不确确定定度度列出不确定度来源列出不确定度来源010203040506070809010203040506070809被测量的定义不完整，数学模型的近被测量的定义不完整，数学模型的近似和假设似和假设重复测量时被测量的变化重复测量时被测量的变化(误差误差)引用数据或参数的不确定度引用数据或参数的不确定度测量标准或标准物质的不确定度测量标准或标准物质的不确定度测量方法不理想测量方法不理想取样的代表性不够取样的代表性不够环境影响环境影响读数误差的影响读数误差的影响仪器设备的性能不佳、精确度仪器设备的性能不佳、精确度常见来源列出不确定度来源列出不确定度来源-举例举例举例举例1 1：布氏硬度检测：布氏硬度检测不确定度的主要来源有：试验力误差；压头直径误差；压痕直径误差；硬度计示值误差；试样表面质量所带来的不确定度（本试验中，忽略不计）；数据修约带来的不确定度（本试验中，忽略不计）；在试验过程中，保持15s后，硬度值变化很小，对试验结果影响很小，此带来的不确定度忽略不计；环境温度和湿度（实验室恒温恒湿，由此带来的不确定度忽略不计）建立数学模型建立数学模型18l被测量(输出量、应变量)Y与影响量(输入量、自变量)x1，x2，xN之间的函数关系，以及需要考虑可能的影响量，建立数学模型(测量结果的计算公式)：l在测量所依据的标准方法(如GB/T)中，通常会给出待测量的“计算公式”，实际上很多情况下它就是数学模型；但是该公式一般不包括影响因素，因此有时还要在该计算公式的基础上增加若干影响量成为数学模型。建立数学模型建立数学模型-习题习题1l试验设备LD3000型布氏硬度计，HBW为D5mm的硬质合金球压头，试验力F7355 N，试验力保持10 s，试验环境温度20，湿度为60%。在试样表面选择均匀分布的5个点进行硬度试验，再将每个点用JX13B型的万能工具显微镜读取10次压痕直径d。l数学模型F试验力，N；D压头直径，mm；d压痕直径，mm。建立数学模型建立数学模型-习题习题2l试验设备JD25-C型测长仪，选用大测钩，测力F2.5N及报告值为30.0002的三等标准环规作为对标环规,试验环境温度20，湿度为60%。采用双钩法相对测量方式反复测量5次。l数学模型 D被测环规直径，mm；D1测量示值，mm；D0初始值，mm；Ds标准环规实际值，mm。标准不确定度分量评定标准不确定度分量评定-分类分类评定方法A类评定用对观测列进行统计分析的方法来评定标准不确定度B类评定除A类以外的其他方法，基于实验或其他信息来估计，含有主管鉴别成分。标准不确定度分量评定标准不确定度分量评定-A类评定类评定22A A类评定的步骤类评定的步骤按设定的条件和方法进行多次重复性（或复现性）试验取得若干个测量数据（观测列）：X1，X2，Xn求这些数据的平均值求单次测量的标准偏差(贝塞尔公式)求标准不确定度 若以平均值表示测量结果，则应计算平均值的标准偏差A类评定类评定-习题习题l对对一一固固体体样样品品进进行行多多次次称称重重，测测得得数数据据为为0.1000g0.1000g、0.1001g0.1001g、0.1000g0.1000g、0.1002g0.1002g、0.0999g0.0999g、0.1000g0.1000g、0.1001g0.1001g、0.1000g0.1000g、0.0999g0.0999g、0.1000g0.1000g，求求其其A A类类分分量量的的标标准不确定度。准不确定度。标准不确定度分量评定标准不确定度分量评定-B类评定类评定B B类评定的步骤类评定的步骤确定需要评定的随机变量(不确定度分量)的分散区间，半区间a；估计该量变化的规律(分布)；根据分布查找包含因子k：a.按技术资料中说明的包含因子选取 b.按估计的分布选取 c.若检定证书或技术说明书只给出了不确定度 而未给出包含因子时，可取k=2。d.若明确给出重复性限、复现性限时，取 k=2.83。求标准不确定度：标准不确定度分量评定标准不确定度分量评定-B类评定类评定分步讲解分步讲解确定需要评定的随机变量确定需要评定的随机变量(不确定度分量不确定度分量)的分散区间，的分散区间，半区间半区间a；a)以前测量的数据；b)对有关技术资料和测量仪器特性的了解和经验；c)生产厂提供的技术说明书；d)校准证书、检定证书或其他文件提供的数据；e)手册或某些资料给出的参考数据；f)检定规程、校准规范或测试标准中给出的数据；g)其他有用的信息。标准不确定度分量评定标准不确定度分量评定-B类评定类评定习题：习题：a)生产厂提供的测量仪器的最大允许误差为b)校准证书提供的校准值，给出了其扩展不确定度为Uc)由手册查出所用的参考数据，其误差限为d)有关资料查得某参数的最小值为a-和最大值为a+e)当测量仪器或实物量具给出准确度等级时答案：1.半宽度为2.区间的半宽度为U3.半宽度为4.则区间半宽度可以用下式估计：a=(a+-a-)/25.可以按检定规程规定的该等级的最大允许误差或测量不确定度来评定。标准不确定度分量评定标准不确定度分量评定-B类评定类评定分步讲解：分步讲解：估计该量变化的规律估计该量变化的规律(分布分布)。a)在缺乏任何其他信息的情况下，一般估计为均匀分布（均匀分在缺乏任何其他信息的情况下，一般估计为均匀分布（均匀分布）是比较合理的。布）是比较合理的。b)如果已知被测量的可能值出现在a-至 a+范围中心附近的概率，大于接近区间的边界时，则最好估计为三角分布。c)如果被测量本身就是重复性条件下的几个观测值的算术平均值，则可估计为正态分布。d)在有些情况下，可采用同行共识，如化学检测实验室的定容误差，欧洲分析化学中心（EURACHEM）认为其服从三角分布。28分布分布函数函数图形图形在下述情况使用在下述情况使用不确定度区间不确定度区间(U U或或a)a)概率概率，p p包含因子包含因子k k的数值的数值 B B类标准不类标准不确定度确定度u u(x(xi i)矩形矩形证书或其他技术规定给出了界限，但无规定置信水平估计值是以最大区间（a）形式给出的，但没给出分布的形状(aa)100%100%三角三角所获得的有关x 的信息不仅限于矩形分布。靠近x 的数值比接近两边界的更加可能。估计值是以最大区间（a）形式作出并具有对称分布。(aa)100%100%正态正态估计值是对随机变化过程的重复测量作出的 不确定度是以标准偏差 s，相对标准偏差s/x或方差系数CV%给出，未给出分布 不确定度以 95（或其他）置信水平，区间为 x c 给出，未规定分布(33)99.73%99.73%3 3U U/3/399%99%2.5762.576U U/2.576/2.576(22)95.45%95.45%2 2U U/2/295%95%1.9601.960U U/1.960/1.96068.27%68.27%1 1U U随机变量的变化规律随机变量的变化规律(分布分布)、包含因子、包含因子k及概率的对应及概率的对应关系表关系表标准不确定度分量评定标准不确定度分量评定-B-B类评定类评定计算各直接测量量计算各直接测量量x xi i的合成标准不确定度的合成标准不确定度一般各直接测量量都会有多个A类分量和B类分量A类不确定度评定B类不确定度评定合成各直接测量量的标准不确定度标标准准不不确确定定度度分分量量评评定定-标标准准不不确确定定度评定度评定小结重要重要l计算计算y的合成标准不确定度的合成标准不确定度合成前，所有不确定度分量必须以（相对）标准不确定度表示建立合成标准不确定度的传播律。计算合成标准不确定度标标准准不不确确定定度度分分量量评评定定-合合成成标标准准不不确定度确定度标准不确定度分量评定标准不确定度分量评定-合成标准不确合成标准不确定度定度注意：注意：lCNAS-GL05：2011测量不确定度要求的实施指南测量不确定度要求的实施指南 l3.4.2 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。l特别地，各个直接测量量xi彼此独立（即无相关性）时，y的合成标准不确定度可简化为：当数学模型为 时，y的合成标准不确定度为：特别地，当各个当各个x xi i的系数的系数a ai i为为 1 1时，y的合成合成标准不确定度为：规则规则1：标准不确定度分量评定标准不确定度分量评定-合成标准合成标准不确定度不确定度标准不确定度分量评定标准不确定度分量评定-合成标准合成标准不确定度不确定度当数学模型为 时，y的相对合成标准不确定度为：特别地，当各个当各个x xi i的指数的指数a ai i为为1 1时，y的相对合成相对合成标准不确定度为：规则规则2：标准不确定度分量评定标准不确定度分量评定-合成标准不确合成标准不确定度定度l习题：习题：l 假定假定x1、x2、x3独立，已知独立，已知uc(x1)、uc(x2)、uc(x3)，求，求uc(y)。两边除以y标准不确定度分量评定标准不确定度分量评定-合成标准不确合成标准不确定度定度习习题题：一一玻玻璃璃圆圆柱柱体体容容器器，测测得得其其内内径径d d为为1.60cm1.60cm，u u(d d)=0.03cm)=0.03cm，高高度度h h为为10.00cm10.00cm，u u(h h)=0.03cm)=0.03cm。求其容量的求其容量的u uc c(V V)。注意相对不确定度到标准不确定度的转化！标准不确定度分量评定标准不确定度分量评定-合成标准不确合成标准不确定度定度小结：小结：合成前，所有不确定度分量必须以合成前，所有不确定度分量必须以（相对）（相对）标准不确定度标准不确定度表示表示建立的合成标准不确定度的建立的合成标准不确定度的传播律传播律计算合成标准不确定度计算合成标准不确定度规则规则1：规则规则2：小结标准不确定度分量评定标准不确定度分量评定-扩展标准不确扩展标准不确定度定度l扩展不确定度的定义及意义扩展不确定度的定义及意义l扩展不确定度的定义：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。l而用标准不确定度给出测量结果所在的区间，只是被测量值可能出现的一部分（如正态分布只占68.27%），其可信程度（用置信概率定量表示）不高，为了提高对测量结果所在区间评定的可信程度，需加以扩展。其方法是乘以包含因子。标准不确定度分量评定标准不确定度分量评定-扩展标准不确扩展标准不确定度定度lCNAS-GL069.4.1除非另有要求，结果除非另有要求，结果x应跟使用包含因子应跟使用包含因子k2计算的扩展不确定度计算的扩展不确定度U一起给出。一起给出。l取取k=2，此时对应的置信概率约为，此时对应的置信概率约为95%，则：，则：简易评定简易评定标准不确定度分量评定标准不确定度分量评定-扩展标准不确扩展标准不确定度定度l标准评定步骤：标准评定步骤：由各输入量的标准不确定度评定的由各输入量的标准不确定度评定的自由度自由度求求输出量合成标准不确定度评定的输出量合成标准不确定度评定的有效自由度有效自由度；选定所需的置信概率，求选定所需的置信概率，求包含因子包含因子；计算扩展不确定度。计算扩展不确定度。标准评定标准评定04PartFour测量结果及报告测量结果及报告测量结果及报告l测量结果及其合成标准不确定度的表述测量结果及其合成标准不确定度的表述1、ms=100.02147g,uc(ms)=0.35mg;2、ms=100.02147(35)g括号中的数为合成标准不确定度uc的值，其末位与测量结果的末位相对应3、ms=100.02147(0.00035)g,括号中的数为合成不确定度uc的值，与说明的测量结果有相同的测量单位。测量结果及报告测量结果及报告l测量结果及其扩展不确定度的表述，推荐以下测量结果及其扩展不确定度的表述，推荐以下几种方法：几种方法：1、ms=100.02147g，U=0.70mg,k=2;2、ms=(100.021470.00070)g,k=2;3、ms=100.02147g,U0.95=0.79mg,veff=9,k=2.26测量结果及报告测量结果及报告l主要参数主要参数给出测量不确定度时，应按下列术语和符号给出测量不确定度时，应按下列术语和符号 l a.标准不确定度，用符号“u”表示；l b.合成标准不确定度，用符号“uc”表示；l c.扩展不确定度，用符号“U”表示；l d.包含因子，用“k”表示；l e.置信水平，用“p”表示测量结果及报告测量结果及报告最终报告测量结果时，应按以下规定最终报告测量结果时，应按以下规定 a.单独表示测量不确定度时，不能带有“”号。例如，U=25mV；U=2.6%都是错误的。应为U=25mV；U=2.6%。b.测量不确定度取12位有效数字。例如，U=25.6mV是错误的，应为U=26mV。c.不确定度的数字可采用通用的修约规则，必要必要时也可将后面的数字舍去，末位进时也可将后面的数字舍去，末位进1。例如，测量不确定度为 26.2m，取二位有效数 字时，U=26m；必要时，末位进1，取U=27m测量结果及报告测量结果及报告d.测量不确定度的末位应与其测量结果的末位一测量不确定度的末位应与其测量结果的末位一致。致。例如，测量结果为M=100.021g，扩展不确定度为 U=0.0226g，是错误的，应为U=0.023g。又如，测量结果为D=2.63%，扩展不确定度U=0.5%应将测量结果进行修约为D=2.6%，与测量不确定度未位对齐。e.测量不确定度的计量单位一般应与其测量结果的计量单位一致；可采用百分数或10的负幂次方表示相对测量不确定度(没有计量单位)，符号Ur或Urel。例如，M=100.021g，U=0.023g；f=398kHz，Ur=1.5%；f=10.0000006MHz，Ur=510-8测量结果及报告测量结果及报告习题-改错：1).某标准装置合成标准不确定度为：UC=1.1510-11 (k=2)正确：合成标准不确定度：uC=1.210-112).某电压表5V刻度基本误差检定结果为：-5.56%，扩展不确定度uC=1.27%(k=2)。正确：5V刻度基本误差检定结果为：-5.6%，扩展不确定度 U=1.3%(k=2)测量结果及报告测量结果及报告习题-改错：3)某10电阻检定结果为10.057，扩展不确 定度:UC=0.0258(k=2)正确：扩展不确定度:U=0.026(k=2)4)某10MHz频率源校准结果为：10.0000056MHz，相对扩展不确定度:Ur=510-7(k=2)。正确：校准结果为：10.000006MHz 相对扩展不确定度:Ur=510-7(k=2)作业作业通过学习范例，为如下测量撰写一份不确定度报告：试验设备JD25-C型测长仪，选用大测钩，测力F2.5N及报告值为30.0002的三等标准环规作为对标环规,试验环境温度20，湿度为60%。采用双钩法相对测量方式反复测量5次得到结果如下:测量次数测得值130.0002230.0002330.0003430.0004530.0004平均值:30.0003THANKYOU