計量論壇

標題: 能分清重復性歸屬的測量才是有效測量 [打印本頁]

作者: 史錦順 時間: 2017-12-6 11:14
標題: 能分清重復性歸屬的測量才是有效測量
本帖最后由史錦順于 2017-12-6 11:35 編輯

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                              能分清重復性歸屬的測量才是有效測量
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1 測量是認識過程
1.1 事物與事物的性質
   事物是有屬性的事物；屬性是事物的屬性。
   事物的特有屬性，稱為事物的性質。
   人通過認識事物的性質，來認識事物。
   以上是普通邏輯學的基本規律。凡是將事物與事物性質相分離的觀點與作法都是錯誤的。
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1.2 測量是人的認識過程
   測量是將待測量與已知標準量相比較，以確定被測量與選定的測量單位的比值。這個比值與測量單位的乘積就是測量值。
   低精密度的普通測量，可以測量一次。精密測量要進行重復測量，取N次測量（N取20，不得少于10）的平均值為測得值。
   測量是人認識事物量值的手段，測量是認識過程。測量獲得的關于量值的信息：測量值、測得值，以及量值的表征量，都是事物的性質，必須歸屬于事物本身。
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1.3 測量表征量的歸屬
   測量儀器是測量的手段，被測量是認識的對象。測量的測得值歸屬于被測量。
   測量的表征量，既是測量的表征量，更是測量儀器或被測量的表征量。
   通常，測量的表征量是由測量儀器、被測量、環境因素（如溫度）等共同作用的結果。
   外界影響，如環境溫度的影響，必定通過“儀器”或“被測量”來起作用。外界影響能起到的作用的大小，表現儀器或被測量的抗影響的能力，要分別歸入儀器或被測量的表征量中。
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   物理常數的測量，是用世界上最準確的儀器測量宇宙間最穩定的量值，限于測量當時的技術水平，不能區分表征量的歸屬，稱為“不確定度”是恰當的。物理常數的“不確定度”，包括測量儀器的誤差范圍，也可能包括尚不能判別的量值本身的變化。
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   除物理常數測量以外的通常的測量，儀器的計量，都必須區分開測量表征量的歸屬。
   一個測量表征量，如本文重點討論的“測量重復性”，在測量中必須區分開是測量儀器的，還是被測量值的。
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2 測量重復性的歸屬
   測量重復性，是一個測量表征量。必須區分開是測量儀器的，還是被測量值的。
   測量重復性由測量儀器引起的，稱為“測量儀器的重復性”。測量儀器的重復性，是儀器本身的性質，其作用是引入測量的重復性。各種精密儀器的構成不同，產生隨機誤差的原因不同。其中一個重要原因是電子器件的噪音。這是內因。外界環境的隨機影響，是隨機誤差產生的外因。這些內外原因導致的隨機誤差，就是儀器自身的“重復性”。誤差理論所稱之“隨機誤差”，簡單直接而本質，不確定度體系從手段“測量”的角度，強調“重復性”，似乎只有測量才有“重復性”，而測量儀器沒有“重復性”，這是錯誤的觀點，錯誤的說法。其實，基礎測量的“測量重復性”，就是測量儀器的隨機誤差。
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   隨機變化的量值，稱隨機變量。測量計量遇到的主要量值是一個大的常量加一個小的隨機變量，是“準隨機變量”。這就不能當常量處理了，而必須進行分離。貝塞爾公式中的（X[sub]i[/sub]-X[sub]平[/sub]），就是把大常量去掉，變成隨機變量后，再處理。統計變量的隨機變化，是“測量重復性”的另一個來源。
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   測量者必須判斷測量重復性的歸屬。即明確測量重復性是儀器的重復性，還是被測量的重復性。
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   如果只知道測量的“重復性”，而不能區分“重復性”的歸屬，那就是無效測量。
   GUM（4.4.3）有個測量溫度的例子，實測數據變化范圍（大小值之差）5.8℃，計算出的重復性σ = 1.5℃，如此大變化量，是溫度計的，還是溫度源的，不知道，這就是無效測量。
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3 重復性歸屬的判別方法
   如果已知被測量是常量，如金塊、鋼錠的重量測量，被測量的重量不變，測量重復性由秤引起，測量重復性屬于儀器，測量重復性就是儀器的重復性。
   被測量是明顯的隨機變量，而儀器的隨機誤差可略，則測量重復性就是被測量的重復性。
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   如果不能一眼看出表征量的歸屬，那就要通過實測來判別。判別方法如下。
   測量者應該知道所用測量儀器的誤差范圍R[sub]儀[/sub]（準確度、準確度等級、極限誤差、最大允許誤差絕對值MPEV）。
   重復測量幾次，如測量值不變，或僅僅有尾數一個字的變化（按分辨力±1計入誤差范圍），不計重復性。如果有2個字以上的變化，就要進行“重復測量”，測量次數N取20（不得少于10），按貝塞爾公式計算標準偏差σ。
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3.1 儀器重復性的判據
   若
               3σ ＜ R[sub]儀[/sub]                                                                         （1）
可判斷是基礎測量，測量重復性屬于測量儀器。3σ是儀器的“重復性”，即隨機誤差范圍。在多次重復測量取平均值為測得值的條件下，儀器的重復性引入的測量誤差范圍是3σ[sub]平[/sub]。σ[sub]平[/sub]= 3σ/√N。此項已包含在儀器誤差范圍R[sub]儀[/sub]中，直接測量的誤差范圍按誤差范圍即MPEV計算，不疊加3σ[sub]平[/sub]。
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3.2 量值重復性的判據
      若
               R[sub]儀[/sub] ＜ σ                                                                               （2）
可判斷為是統計測量。條件（2）是儀器的誤差范圍R[sub]儀[/sub]小于儀器隨機變化范圍（隨機變化量的絕對值的最大可能值3σ）的1/3。此時儀器誤差范圍與隨機變化范圍的合成是“方和根”合成，儀器誤差的影響可略。統計測量中，測量的重復性，就是被測量的隨機變化范圍。
   注意，基礎測量，被測量取平均值，多次測量的隨機誤差是σ[sub]平[/sub]，但在統計測量中，被測量取平均值，而隨機變量的分散性表征量是σ，而不是σ[sub]平[/sub]，即在統計測量中，不允許將σ除以根號N。
   一些書上說：量值取單值，用σ，量值取平均值用σ[sub]平[/sub]。這話對基礎測量是對的；但對統計測量是錯誤的。σ[sub]平[/sub] 隨測量次數N的增大而減小，而趨于零，它不是隨機變量的表征量。而單值的σ隨著N的增大而趨于常數，是隨機變量分散性的表征量。要準確理解高斯正態分布曲線的物理含義。只有取平均值為量值的表征量，3σ為半寬的區間，才能以99.73%的概率包括隨機變量的值。
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4 不確定度體系的誤區
   一個巴掌拍不響，測量必定包括兩個方面：測量儀器和被測量。測量者通過測量認識到的“測量重復性”，可能是測量儀器引起的，可能是被測量引起的，也可能是測量儀器與被測量共同引起的。
   測量者能認定是條件（1），那就是基礎測量。被測量的變化可略，而測量的重復性就是測量儀器的重復性。
   如果被測量的變化不能忽略，而是考察的對象，測量者就要通過選用測量儀器，實現條件（2）。這時，測量是統計測量。即儀器的隨機誤差可略，測量重復性是被測量的重復性。
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   以上作法，體現了物理學的重要方法“孤立法”或稱“分割法”，哲學上，稱突出主要矛盾。這是計量測量學的一個基本方法，一條重要的法則。
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   不確定度體系恰恰相反，僅僅著眼于“測量重復性”，而不區分是儀器的重復性還是被測量的重復性，導致混沌。說“測量儀器沒有重復性”、“被測量沒有重復性”，是不確定度體系“割裂事物與事物性質”錯誤的登峰造極的表現。是極端錯誤的。
   通過測量認識了儀器的重復性，即認識了隨機誤差，是改進儀器、提高儀器性能的基礎。對統計測量，得知被測量的重復性，就是認識了統計變量的隨機變化，達到認識被測量的分散性的目的。而不確定度體系的“測量重復性”，不區分二者，測量就成為無效測量。
   手段與對象的混淆，是不確定度體系的本質性的弊病。重復性上的問題，是其一種具體表現。這是根本的方法論的問題，沒法改進。
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作者: justas 時間: 2017-12-6 18:31
看完了，留個腳印，表示支持。

作者: huangshi 時間: 2017-12-29 12:17
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如果只知道測量的“重復性”，而不能區分“重復性”的歸屬，那就是無效測量。
GUM（4.4.3）有個測量溫度的例子，實測數據變化范圍（大小值之差）5.8℃，計算出的重復性σ = 1.5℃，如此大變化量，是溫度計的，還是溫度源的，不知道，這就是無效測量。
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在進行多次測量時，測量結果的重復性包含了“源”的重復性，這值得引起注意。

謝謝，史老師

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