测量中的不确定度及其数学处理方法

　　长期以来,对实验测量数据的质量好坏,是以误差理论进行评定的.误差指的是测量值对真值的差距,但真值本身就是需要认识而又因为误差的存在而又 无法准确认识的量,这就造成逻辑上的混乱和实际操作中定量的困难.因此国际上提出要用不确定度的概念代替误差概念,于是国际标准化组织ISO发动其它7个 国际组织在1993年发布了《测量不确定度表示导则》,统一了不确定度概念及其数学处理方法,并在全世界推广应用[1].根据《导则》,今后在国际上出具 的任何校准证书、鉴定报告、测试报告、学术报告、技术规范、产品标准,甚至合同、协议等文件中的实验测量结果,都必须有与《导则》一致的不确定度说明,才 能被承认是完整的和有意义的.为了与国际接轨,便于学术交流,应了解和重视不确定度理论[2].

　　1　测量过程和被测量值

　　1.1　测量

　　测量是以确定量值为目的的一组操作.测量不是理想中的概念,任何测量过程都是在一定的技术条件,一定的认识条件和一定的环境条件下由人来具体完成的操作.所以测量过程不可避免的要受到上述条件的影响和制约.

　　1.2　被测量

　　受测量的特定量(被测量)也不是理想中的量,而是物质在具体的现实条件下的一种表现.对被测量不能仅用一个值来说明,还应对此量进行描述.原理上讲,没有无穷多信息量,被测量就不可能被完全描述.

　　例如声音的速度就不是笼统的概念,比较完整的说法是:声音在由N2(0.780 8),Ar(0.009 35),CO2(0.000 35)成分组成的干燥空气中,在温度T=273.15 K时的速度.但这样的描述也不是全面的,声音的速度还可能与定义中未提及的压力p有关,压力不一样,速度值也不一样,也就是说,由于压力的影响,速度值不 止一个.所以根据上面的速度定义,实际上有许多速度值都能满足上述定义.另外,在上述规定的物理状态和条件下,理想情况是测量所复现的量应完全与定义的被 测量一致,然而通常情况下,上述定义的条件本身在实际中也是不可完全保证的量,所以由于定义的不完全和条件本身的近似,测量总是在被测量的近似量上进行.

　　1.3　真值

　　在上述意义下,真值应理解为完全满足被测量定义的量值,即理想条件下定义的量值.但根据上面所说的理由和例子,还存在着被测量的定义不完全(完 全的定义需要无穷的信息),因此满足此定义的真值不止一个,而是散布在一定范围内的许多值.因此真值仅仅是一个理想的概念,在《导则》中,“真”字认为是 多余的.

　　1.4　测量的实际情况

　　测量不是理想中的过程,而是在大量的已知或未知的因素影响下的具体实践过程.在未被考虑到的或未被认识到的因素的影响下,即由于认识的不足,被测量值并不唯一,而是具有一定分散性.