实验中测量不确定度的评定与表示

    在不确定度新概念产生以前,实验、测量结果质量的评定是用误差大小表示的.但由于误差定义及计算方法不完善,世界各国对误差具体应用和计算规则并不相同,从而影响了国际之间交流.为此国际计量局(BIPM)于1980年提出了实验不确定度建议书INC—1.经多年努力,1992年国际计量大会(CIPM)以及四个国际组织———国际标准化组织(ISO)、国际电工委员会(IEC)、国际法制计量组织(OIML)和国际计量局(BIPM),终于制定了协调的、具有国际指导性的《测量不确定度表达指南》.1993年该《指南》由上述四大组织及国际理论和应用物理学会、国际理论与应用化学学会、国际临床化学学会批准实施,供各国使用.我国的计量技术规范《测量误差及数据处理(试行)》经国家技术监督局批准,已于1992年10月开始施行.规范中明确规定,测量结果的最终表示形式用总不确定度U表征被测量真值Y在某个量度范围内的一个评定.根据所用置信概率,表达式[1]可写为:

    Y=y±U　(P=0.68)

    Y=y±U

    Y=y±U　(P=0.99)

    在P=0.95时,不必注明P值.

    任何实验、测量都有误差,误差的定义是测量值与真值之差,是一个确定值,但真值不能得到.以往计算误差时分别计算随机误差与系统误差,随机误差是按概率分布的误差,而系统误差作为不存在概率分布的误差,二种误差无法进行合成计算.许多实验中系统误差无法计算,只计算随机误差.由于原误差概念和计算方法在国内外交流中相当不方便,不确定度新概念正是由于实际需要而建立的.

    1　不确定度的意义

    不确定度说明测量结果的一个参数,表征被测量值的分散性,即被测量值在(y+U,y-U)范围之外的可能性(概率)很小.不确定度是指由于测量误差的存在而对被测量值不能确定的程度,是表征被测量真值所处的量值范围的评定.即随机误差分量和未定系统误差分量的联合分布范围.它可以近似理解为与一定置信概率相联系的误差分布基本宽度的一半.不确定度数估评方法可归二类[1]:A类分量———由测量列用统计学方法评定的不确定度,记作ΔA;B类分量———由非统计学方法评定的不确定度,记作ΔB.并规定不确定度A类分量和B类分量作等同处理.因此不确定度新概念具有的优越性是:(1)估算不确定时不必区分随机误差和系统误差,避免了因区分两类误差而引起的困难和混乱.(2)规定不确定度A类分量和B类分量都统一用标准偏差来量度,各分量可以用统一的计算公式进行传递.(3)可求出合成不确定度并根据需要给出相当置信水平区间的总不确定度.

    2.A类不确定度分量计算方法

    大部分实验教材指明的是:大多数测量误差服从正态分布,但经对大量实验数据研究表明,误差分布除正态分布外还有多项分布、二项分布、泊松分布、七分布等.但是当测量次数n∞时,这些分布又都趋向于正态分布,所以我们仍以大量测量误差接近正态分布讨论.在实验中重复测量次数大多不超过10次,这时测量结果大多服从t分布.测量列x_i(i=1,2,…n)其标准偏差Sx可由贝塞尔公式给出[1].