測量不確定度實際應用講座

測量不確定度實際應用講座(一)──測量不確定度及其相關的概念

【作者中文名】肖明耀
  
【作者單位】中國計量科學研究院  
  
【摘要】         
開欄告讀者1993年國際計量局（BIPM）、國際電工委員會（IEC）、國際臨床化學聯合會（ffeC）、國際標準化組織（ISO）、國際理論與應用化學聯合會（IUPAC）、國際理論與應用物理聯合會（IUPAP）和國際法制計量組織（OIML）等7個國際組織正式發布的“測量不確定度表述指南（GUM）”，為計量標準的國際比對和測量不確定度的統一表述奠定了基礎。許多國家的計量實驗室、校準實驗室、檢測實驗室和國際組織也相應地以GUM為依據，制定了與它相一致的規定或準則，來規范各自領域中測量不確定度的計算和表達，從而促使科學、技術、商業、工業、衛生、安全和管理等各方面，對測量結果及其質量具有同一認識、理解、評價和比較。這正是全球市場經濟發展的需要，人們理應力求適應這一發展著的潮流。為了普及測量不確定度的知識，宣傳測量不確定度的實際應用經驗，進一步貫徹實施GUM，統一我國對測量不確定度的評定方法，促進GBH19000－ISO9000標準，GB／T19022．l－ISOlllZI標準，GB／T15481－ISO／IEC導則25的貫徹實施，以加速與國際慣例的接軌，提高測量工作中數據分...

測量不確定度實際應用講座(二)——測量不確定度的評定方法本文依據BIPM，IEC，IFCC，ISO，IUPAC，IUPAP，OIML七個國際組織于1993年制定并于1995年修訂的“測量不確定度表達指南（GuidetotheExpressionofUncertaintyinMeasarement）”，對測量不確定度的計算和表達方法作一介紹。1．常用術語與定義測量不確定度（uncertaintyofmeasarement）：與測量結果相關聯的參數，表征合理地賦予被測量值的分散性。標準不確定度（standarduncertainty）：用標準偏差估計值表示的不確定度。A類標準不確定度（typeAstandarduncertainty）或標準不確定度的A類計算方法（typeAevaluationofstandarduncer-tainty）：對一系列測得值進行統計分析計算得到的標準偏差估計值。B類標準不確定度（typeBstandarduncertainty）或標準不確定度的B類計算方法（typeBeva...

測量不確定度實際應用講座(三)──長度計量中不確定度的評定
例1用臥式阿貝比長儀測量標稱值為150mm的圓棒直徑入該測長儀所附玻璃標尺在匕mm處，按檢定證書其修正值為c二十o．O歷。在重復性條件下，對該由徑獨立進行了n一班次測量，每次測量部取下該棒并重新安裝在儀器的工作臺，重新以直徑的一端時零，從另端讀取測量結果。這個過程包括了：（）再直徑過程中找最大示值的隨機效應導致的不確定度分量；門）端對零的不確定度分量；（3）另一端讀數的不確定度，包括用目鏡的平行線對稱地調整到標尺標記兩側的不確定度分量，以及視差引起的分量。由這20次獨立測量結果所計算出來的實驗標準偏差S（dJ，實際上除測量儀器本身的重復性標準偏差。r之外，還包括了上述三個方面因素所導致的不確定度分量。因此，在這一情況下沒有必要對這些分量分別評定后進行合成，而可從這n二20次測量結果一次得出合成標準偏差。本例中，由于玻璃標尺檢定證書上給出修正值的擴展不確定度U。＝0．SPin，它遠小十s（）而可在加上修正值后把它略而不計。這20次的測好結果及其殘差比和U氣的計算如下表：在列上表時，表頭上采用了。；X10’與；，。’X10‘，其目的是使表中數值不致出現一些不必要的“零”導致過于繁瑣。此外，如果對d進行過修約，必然...

測量不確定度實際應用講座(四)——測力計量中不確定度的評定
1．測量數學模型的建立在機械制造業中，為了正確合理地選擇和使用材料，例如金屬、非金屬、合金、高分子聚合物及復合材料等，都必須知道材料的機械（力學）性能；在對新材料、新工藝的科學研究中，也需要測定材料的各項機械性能。而這些力學性能試驗的數據是否準確可靠，與所用計量儀器是否準確以及測量不確定度評定是否合理密切相關。例如，在常用的材料拉伸試驗中，一般采用圓形截面試棒，利用拉力試驗機或萬能試驗機，以受控的速率施加拉向力并測量拉斷試棒所需的最大作用力（負荷）。抗拉強度。等于試驗過程中的最大作用力F與試律原有截面積A之比：。＝（F／A）T，i（l）式中抗拉強度。的單位為N／nun’，截面積A的單位為nunz，拉力F的單位為N，下標T是試驗溫度，i是應變率。即在試驗過程中，溫度及應變（或負荷）速率必須保持在一定限度內。式門）就是在特定的溫度及應變（或負荷）率下，抗拉強度測量過程的數學模型。抗拉強度測量不確定度的構成要素或分量包括：截面積測量不確定度分量u＾，拉力測量不確定度分量u。...

測量不確定度實際應用講座(五)——溫度計量中不確定度的評定

1．問題的提出現有一個標稱溫度示值被調控到400℃的工業容器，計量人員選用帶K型熱電偶的數字式溫度計來測量該容器內部某處的實際溫度（見圖1）。從制造廠說明書查知數字溫度計的分辨力為0．1℃，準確度為±0．6℃K型熱電偶每年校準一次，今年的校準證書表明其不確定度為2．0℃（置信水準為99％），在400℃時的修正值為0．5℃。當恒溫容器的指示器表明調控到示值400℃時，穩定半小時后從數字溫度計上重復測得的10個顯示值此列于表1。這是一個很常見的溫度計量問題，其測量方法和測量過程看上去也很簡單，測量結果由式（3）可知為400．2℃，對熱電偶進行修正后的測量結果由式（2）可知為400．7℃。但是人們還是會對測量是否有效、可信或測量的質量（品質）提出疑問。這是因為人們往往需要比較、評價或再現通過測量所得到的賦予被測量之值一一量結果（容器內部某處溫度的最佳估計值）。可是人們對其諸多的影響因素往往又缺乏完整的了解，從而對所得測量結果究竟可靠到什么程度心存疑慮...

測量不確定度實際應用講座(六)——電學計量中不確定度的評定
一、引言測量不確定度是說明測量值在測量結果附近分散性的參數，當我們給出測量結果時，應根據需要給出測量不確定度。本文就一些常見的概念和電學測量中的例子，來說明我們對遇到的實際問題是如何處理的。1．測量儀器的技術指標和測量結果的不確定度是什么關系？門）關于允許誤差極限我們從測量儀器說明書可以查到測量范圍和計量特性等技術指標。制造廠在制造某種儀器時，在其技術規范中預先設計規定了允許誤差的極限值，當最終檢驗時凡不超出此范圍的儀器均為合格品可以出廠，并寫過測量儀器的說明書中。因此在leq3年由七個國際組織修訂的《國際通用計量學基本術語》中將它稱為“（測量儀器的）最大允許誤差”或稱“（測量儀器的）允許誤差極限”。允許誤差極限是人們為一批儀器規定的技術指標（不論過去稱“誤差”或“準確度”，實質上都是最大允許誤差），是允許的誤差范圍，它不是某臺儀器實際存在的“誤差”或“準確度”，也不是用該...

測量不確定度實際應用講座(七)——無線電測量中不確定度的評定
在無線電測量中，對測量不確定度的評定有其自身的特點。例如，微波測量中如何考慮失配的影響；有些電子儀器技術指標比較復雜，如何進行B類不確定度評定。本文目的是通過兩個典型的例子來說明如何解決上述問題的。[例一]：諧波測量這個例子說明在微波測量中如何考慮失配對不確定度的影響。1．諧波是指頻率為載波頻率的特定倍數的信號頻譜分量，諧波測量是指測量諧波功率電平與裁波功率電平之比值。數學模型可寫成：式中：H──被測量諧波PH──測得的諧波功率電子（mW）Rc──測得的載波功率電平（mW）諧波測量是用頻譜分析儀進行的，見圖1所示。所用儀器的技術指標：①頻譜分析儀測量相對電平的最大允許誤差±1．7dB②頻譜分析儀輸入端電壓駐波比≤1.9③被測信號產生器輸出瑞電壓駐波比≤2.0④電纜損耗頻響的平坦度±0．5dB3．測量不確定度的分析諧波測量不確定度的主要來源有：（1）頻譜儀測量相對電平不準；（2）頻譜儀與被測信號產生...

測量不確定度實際應用講座(八)——時間頻率計量中不確定度的評定時間頻率計量被廣泛應用于國民經濟各個領域中，人們使用的鐘表就是一種最簡單的計時器。隨著信息技術的發展，頻率源成為電子設備的心臟，因此其性能的測量格外受到人們的關注。本文以三個例子來說明時間頻率計量中不確定度的評定方法。一、用電子計數器測量信號頻率頻率是指單位時間內周期現象重復出現的次數。信號頻率通常用電子計數器測量，其原理框圖見圖1。由晶體振蕩器的輸出經分頻后產生lins－ids的一系列時基信號，通過閘門選擇開關加到門控電路去控制主閘門的開閉時間r（稱閘門時間），被測信號人經放大整形后變成所需極性的脈沖。如果在。時間內有n個脈沖通過主閘門進入計數電路，則被測信號的頻率為：人一n／r（．l）式中：人——被測頻率，Hi；T——閘門時間又稱取樣時間，S；n——計數器所計的脈沖數。通常電子計數器直接顯示被測信號的頻率值。測量不確定度的分析與評定：由式門．l）得到測量不確定度的傳遞公式如下：門）由時基信號不準引入的相對標準不確定度分量U卜八計數器的時基是指所選的閘門時間。，它的不確定度主要取決于晶振。一般計數器所用晶振頻率為SMHZ或10MHz。晶振頻率給出值的相對頻率最大允許誤差（習慣上稱為頻...

測量不確定度實際應用講座(九)──電離輻射計量中不確定度的評定
本文介紹電離輻射計量中的不確定度評定的三個具體例子，用液體閃爍計數器測定放射性核素的活度，用含氯正比計數管測量單能快中子注量和用自由空氣電離室復現照射量和空氣比釋動能，給出了不確定度的各個分量以及合成標準不確定度的結果。一、液體閃爍計數器測量放射性活應1．基本原理液體閃爍計數器測量放射性活度是活度測量中最常用的方法之一，測量方法較多，本文只介紹用4π（LS）—γ了符合裝置測量電子俘獲核素的活度。孩裝置采用“雙死時間法”，它沒有符合線路，不同于常規符合方法。當測量電子俘獲核素時，液閃道卜十x）道記錄核素的俄歇電子和X射線在閃爍液中產生的信號以及部分了射線的信號，Y道記錄Y射線的信號，同時相加道記錄液閃道和Y道的相加信號。測量條件是使卜十x）道、7道的死時間不大于相加道的死時間，以確保在相加道記錄的信號在（e＋x）道或Y道中也能記錄，不會丟失或增加。“雙死時間法”的原理示意圖見圖一。設卜十X）道，Y道和相加道計數分別為NX、N。、N，、相應的活時間Tx、T’、Tr。當，；...

測量不確定度實際應用講座(十)——光學計量中不確定度的評定
光度計量中，照度計是一種常用的工作計量器具。照度計的示值可用發光強度標準燈在測光導軌上校準。現僅就校準一處示值評定其不確定度并確定示值誤差。一、核準方法和數字模型1．將標準燈和服度計的探測器安裝在測光導軌上，并調整好它們的位置（如圖）。式中I（i）＝256．2Cd，為標準燈的發光強度，i為供給標準燈的電流，l＝1．6（X：ki，為標準燈燈絲平向到探測器接收面之間的距離。由此可計算得接收面上的照度為：（注：照度單位fix＝led／m’＝tim／m’）。3．給標準燈供給規定的電流（在校準標準燈的光強時給定的電流值），待發光穩定后，由照度計進行測量。測量數據列于表中第二行。各次測量值的殘差卜列于第三行。第四行為殘差的平方v’。表的最下列列出了測量的平均值和殘差的平方和。二、A類標準不確定應分量的評定根據貝塞爾公式，計算得實驗的標準偏差：羌．相對實驗標準差Se。）r一頁J。0·32％。則，平均值的實驗標準差為：平均值的相對實驗標準差為：因此，A類標準不確定度為：u（）＝S（e）＝0．10lx（絕對）...

測量不確定度實際應用講座(十一)──定量化學分析中不確定度的評定

測量不確定度是與測量程序、方法、條件密切相關的，在上述因素保持穩定不變或者在可控狀態下變化時，雖然被測量的估計值（一般就是指測量結果或測量結果的平均值）不同，但它們的測量不確定度還是相同的。反之，不存在上述條件時，對同一被測量雖得到了相同的估計值，但它們的測量不確定度往往出入甚大。從這個意義上說，測量不確定度獨立于測量結果。它只給出了在給定測量程序下測量結果的分散性。在定量化學分析中，同一被測量往往可用多種方法給出其估計值。方法多、可用的設備多是其主要特點之一。一般分為兩大類，即化學分析方法以及物理與物理化學分析方法。前者以化學反應為基礎，這也就是不確定度評定中數學模型的基本依據。通常采用天平、硅碼、滴定管、量杯、量瓶等作為主要的測量儀器，這些測量儀器的示值不確定度對測量結果的不確定度往往都有較大貢獻。物理與物理化學分析法常使用某些專門設...

哇！測量不確定度評定理論和實踐重量級人物的講座！

現在我公司對幾個測量過程進行了定期核查，可不知怎么進行不確定度的評定
下大雨 發表于 2009-4-13 22:56

我覺得對測量過程的核查可以不進行測量不確定度評定。因為作為核查標準有三個條件：

a)核查標準所體現的量應與測量過程所測的量相一致。

b)核查標準必須具有良好的穩定性。

c)核查標準應通過獨立于受控測量過程且比所控制的過程更精密的另一個過程來測量或校準。

特別是C)決定了沒有必要再進行測量不確定度評定的需要。

現在我公司對幾個測量過程進行了定期核查，可不知怎么進行不確定度的評定
下大雨 發表于 2009-4-13 22:56

應該是對企業中關鍵測量過程的測量設備進行定期核查，并用控制圖方式。
這是中企計量檢測體系認證中心對AAA級測量管理體系認證的新要求，已經讓審核員在考評中提出要求，并逐步開展。

TO 14樓總監：）
如果做AAA體系的話有要求的，必須對所有關鍵測量過程進行測量不確定度評定。關鍵測量過程包括建標項目、自校測量過程、生產工藝及質量檢驗中需要高度控制對產品質量有直接影響的測量過程。
我們公司這次查了建標項目6項、自校測量過程18項、生產工藝及質量關鍵測量過程3項。