测量不确定度评定的研究进展与展望

　　0　前言

　　测量是用一种特殊的技术手段来获得被测物理量真实值的实验。测量的一个最重要的特征是测量结果及其精度,其中测量结果精度的合理评定一直是困扰工程界和科学界的一大难题。近几十年来,评定标准的混乱、评定方法好坏的争论使得世界上各研究所、公司、实验室之间的测量结果无法进行有意义的比较。传统的“测量误差”是测量精度的反映,但由于被测量的真值无法获得而使得其仅仅是一种近似的反映。为了避免用“误差”的概念表示测量结果可能引起的问题,国际上许多专家学者、国际组织提出采用“测量不确定度”取代传统的误差表示体系对测量结果的精度进行评定,并提出了几种测量不确定度评定模型[1]。本文主要对测量不确定度的主要评定模型及其优缺点、今后可能的发展方向等进行了探讨。

　　1测量不确定度的主要评定模型及其比较[1~6]

　　1.1　测量不确定度评定模型一

　　该评定模型是最早的测量不确定度评定模型,也是最早的被确定为工业标准的测量不确定度模型之一,它同时还被美国空军所采用,并在航天工业得到了广泛的应用。该模型在合成不确定度时将系统误差引起的系统不确定度BR和随机误差引起的随机不确定度SX.R相加,其计算公式为:

　　式中　UADD为测量不确定度,下标“ADD”为“Addition(加法)”的缩写;t95是置信概率为0.95时对应一定自由度下t分布的取值。由式(1)提供的不确定度区间覆盖测量结果的概率根据仿真结果可达近99%,这里之所以采用“覆盖范围”而不采用“置信区间”是因为SX.R是统计量,BR却不是统计量。BR、SX.R及合成后的自由度υR的计算公式见文献[3]。

　　该评定模型的优点是:(1)简单易用;(2)不确定度区间覆盖测量结果的概率高达99%;(3)对于每个系统误差源Bt,不要求选择其分布类型。

　　该评定模型的缺点是:(1)该模型仅提供了关于测量结果的覆盖范围,而不是置信区间;(2)该模型只能提供一个概率为99%覆盖范围;(3)覆盖范围的信任概率会随着BR和t95SX.R各自所占优势的不同而稍有变化;(4)信任概率是通过仿真计算出的,而不是由常规统计推导出的。

　　1.2　测量不确定度评定模型二

　　评定模型二是由美国机械工程师协会(ASME)于1985年发布的,它是第一个成为美国国家标准的不确定度评定模型,并在汽轮机工业得到了广泛的应用。与模型一不同的是,模型二采用“方和根”的方法将随机不确定度和系统不确定度合成到一起,其计算公式为: