本帖最后由 史錦順 于 2017-10-4 11:54 編輯
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論不確定度體系的錯誤(5)
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史錦順
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5 計量誤差公式錯誤
不確定度體系誕生以來,用得最多的地方(有大量樣板)是關于計量誤差的不確定度評定。
計量中,不確定度評定的測量模型是
EM = M―B (5.1)
M是測得值,B是標準的標稱值。EM是誤差元。對(5.1)式微分,或做泰勒展開,用大寫字母表示偏微商與自變量的乘積,有
EMO+ ΔEM = MO+ ΔM分辨+ ΔM重復+ΔM溫度+ΔM其他―(BO+ΔB標)
ΔEM =ΔM分辨+ ΔM重復+ΔM溫度+ ΔM其他―ΔB標 (5.2)
(5.2)中各項表成標準不確定度形式,認為各項不相關,取“方和根”
uC = √(u分辨2 + u重復2 + u溫度2 + u其他2 + u標2 ) (5.3)
擴展不確定度U95為:
U95 = 2uC = 2√(u分辨2 + u重復2 + u溫度2 + u其他2 + u標2 ) (5)
(5)式是當前不確定度評定用得最多也是最基本的公式。u分辨表示被檢儀器分辨力的作用(包括了偏微分因子,下同),u重復表示“用測量儀器測量計量標準”時讀數的重復性,u溫度是環境溫度的影響,u其他是其他因素的影響;u標是標準的誤差范圍化成的不確定度。
依據(5)式進行不確定度評定,是當前計量不確定度評定的常規。中國的評定如此,歐洲的評定也是如此。又稱GUM的泰勒展開法。
公式(5)是錯誤的。分析如下。
4.1 混淆對象與手段
計量場合,對象是測量儀器。對象的變化,是它自身的性能,必然體現在測得值中,應該當作對象的問題處理。計量誤差是手段的問題。把對象的性能,混入到手段中是錯誤的。
4.2 混淆對象的自變量與手段的自變量
對測得值M微分,錯誤;根源是混淆了兩類不同的自變量。
被檢儀器的誤差因素,包括ΔM分辨,ΔM重復,ΔM溫度,ΔM其他都是對象的自變量,必然體現在測量儀器的示值M與標準的標稱值B的差值之中。這些量是對象的自變量,不是手段的自變量。在分析計量誤差時列出這些量,是重計、多計。
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4.3 錯誤地拆分測得值函數
在測量計量理論中,測量儀器的測得值函數,是非常重要的。測得值函數的最主要的應用場合是測量儀器的研究與制造。研制測量儀器,必須依據并給出測得值函數;制造測量儀器,必須對測得值函數作泰勒展開,知道各項誤差因素,以便在生產中控制,以達到總指標的要求,生產出合格的產品來。除極個別測量儀器給出分項指標外,一般測量儀器都以總指標作為性能的標志。
測量儀器一經成為產品后,其標志性能就是其誤差范圍指標值。計量中,計量人員檢驗、公證測量儀器誤差范圍指標;測量中,測量人員相信誤差范圍指標,根據指標選用測量儀器,根據測量儀器指標,分析與給出測得值的誤差范圍。
在測量儀器的計量與測量應用中,沒必要、一般也不可能拆分測得值函數。例如,世界上用指針式電壓表的人很多,但有幾人能寫出指針偏轉與被測量的函數關系?除電表設計人員外,測量人員與計量人員既沒必要,也不可能對電表的測得值函數作泰勒展開。應用電壓表測量,要選用性能指標合乎要求的儀器,要知道使用方法,要滿足其應用條件;而無論測量與計量,著眼點都是其整體指標,沒必要對其測得值函數作泰勒展開。
測量儀器的誤差因素的作用,體現于其總指標中,總體計量不該拆分測得值函數。如果測量儀器的指標是分項給出的(數量極少,如波導測量線),計量可按分項指標,做分項計量。分項指標的“分項”與大小,是生產廠按國家技術規范標志的,指標的規定與給出,不是計量人員的職權。計量的職責是用實測判別各分項誤差性能是否符合指標。而凡標有總指標的測量儀器,必須用計量標準進行整體計量。
不確定度論普遍地拆分測得值函數,結果是形成對象與手段混淆的錯誤。
4.4 同正確作法的比較
下面給出對(5.1)式的正確解法,再回頭同不確定度體系的解法比較,可知不確定度體系的錯誤的根源是認錯自變量,是手段與對象的混淆。
A 正確的作法1:差分法
把(5.1)中M值按測得值函數寫出。計量中,差值EM的測得值為
EM測 = M-B
=[ f(X1m/o,X2m/o,……,XNm/o)–f(X1,X2,……XN)+Z ] –B (5.4)
EM的真值為
EM真 = M-Z
=[ f(X1m/o,X2m/o,……,XNm/o)–f(X1,X2,……XN)+Z ] –Z (5.5)
計值式(5.4)與實際作用式(5.5)之差,就是計量的誤差:
r計= EM測- EM真
={[ f(X1m/o,X2m/o,……,XNm/o)–f(X1,X2,……XN)+Z ] –B}
-{[f(X1m/o,X2m/o,……,XNm/o)–f(X 1,X2,……XN)+Z ] –Z}
=Z-B (5.6)
或者簡寫為
r計= EM測- EM真
= (M-B) – (M-Z)
= Z-B (5.6)
取絕對值的最大可能值,計量的誤差范圍是
R計 = R標 (5.7)
由(5.7)式可知,計量的誤差范圍等于計量標準的誤差范圍,與被檢儀器的性能無關。
B 正確的作法2:微分法
分析計量的誤差是分析計量手段的影響。如果計量中的比較標準是真值,那就沒有計量誤差。
測得值的變化量,僅僅由計量手段引入的部分,才是計量誤差。
注意:測得值M對計量的自變量來說是常數,微分為零。
計量的誤差僅僅取決于計量標準的誤差范圍。
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正確的計量誤差公式是(5.7)。
不確定度體系導出的計量誤差公式(5)是錯誤的。(5)式充斥各種樣板評定中,成為不確定度評定的定式,但它是錯誤的。
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