系統(tǒng)誤差最重要——九論不確定度論

               系統(tǒng)誤差最重要——九論不確定度論

                                                                史錦順

計(jì)量人員都知道，測(cè)量?jī)x器或計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的誤差，主要是系統(tǒng)誤差。

令人遺憾的是，以往大量的講誤差理論的書(shū)籍，講的主要內(nèi)容是隨機(jī)誤差。其原因是隨機(jī)誤差的規(guī)律比較系統(tǒng)，重點(diǎn)突出。真值、測(cè)得值、平均值、方差、標(biāo)準(zhǔn)方差、貝塞爾公式；單值的標(biāo)準(zhǔn)偏差、平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差；誤差、極限誤差，隨機(jī)誤差的傳遞公式等。隨機(jī)誤差的減小方法也簡(jiǎn)單：多測(cè)幾次求平均值。

而系統(tǒng)誤差呢，多種多樣，各有各的樣。比較難講。有些書(shū)，如肖明耀、劉智敏講誤差理論的書(shū)都講了較好的關(guān)于系統(tǒng)誤差的內(nèi)容。本該大大加強(qiáng)，可惜，現(xiàn)在是不確定度論當(dāng)?shù)溃麄兡兀慷际俏业呐笥眩Ｋ麄儼盐蘸醚芯康姆较颉?/font>

搞過(guò)些標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)量?jī)x器的設(shè)計(jì)，就會(huì)明白：系統(tǒng)誤差比隨機(jī)誤差重要，重要得多，說(shuō)重要十倍、二十倍都不算過(guò)。

計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的改進(jìn)提高，測(cè)量?jī)x器的改進(jìn)提高，主要是系統(tǒng)誤差的減少。以我的主業(yè)時(shí)頻計(jì)量來(lái)說(shuō)，頻率測(cè)量從依靠RC振蕩器（1E-3）到石英諧振器（1E-6）到原子躍遷（1E-10以上），就是系統(tǒng)誤差的減小。石英晶振的短穩(wěn)可以極好，即隨機(jī)誤差很小，但它有漂移，即系統(tǒng)誤差大，比不過(guò)最低檔的銣原子頻標(biāo)。氫原子頻標(biāo)穩(wěn)定性比銫原子頻標(biāo)好得多，但因氫頻標(biāo)有一項(xiàng)系統(tǒng)誤差（壁移效應(yīng)）而把基準(zhǔn)的位置留給了銫頻標(biāo)。我國(guó)的銫基準(zhǔn)5年前計(jì)量院已達(dá)到5E-15的水平。

系統(tǒng)誤差重要，重要到什么程度呢，任何一項(xiàng)顯著降低系統(tǒng)誤差的技巧，都是一項(xiàng)發(fā)明。有人說(shuō)，說(shuō)是發(fā)明，夸大了吧。我告訴你，在計(jì)量行業(yè)，而又僅僅是頻標(biāo)領(lǐng)域，我知道的就有兩位獲得諾貝爾獎(jiǎng)。他們是湯斯（1964，量子振蕩器，氨分子頻標(biāo)）、拉姆齊（1989，雙腔選態(tài)，銫原子頻標(biāo)）。他們的貢獻(xiàn)，說(shuō)到底就是大幅度地減小計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的系統(tǒng)誤差。

我們可以逐件地仔細(xì)分析一下我們的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量?jī)x器，哪一件都是系統(tǒng)誤差為主的。一般來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)誤差都占到七成以上，許多則占到九成以上。

計(jì)量研究院的標(biāo)準(zhǔn)研制者們，儀器研究所的研制者們，注意點(diǎn)與精力都是集中在系統(tǒng)誤差上。隨機(jī)誤差不能不顧及，但主攻方向是系統(tǒng)誤差。

我們的計(jì)量檢定業(yè)務(wù)，主要針對(duì)的也是系統(tǒng)誤差。隨機(jī)誤差一般表現(xiàn)為測(cè)得數(shù)據(jù)的抖動(dòng)，這是自己可以發(fā)現(xiàn)，并可以通過(guò)增大測(cè)量次數(shù)取平均值而減小的。系統(tǒng)誤差則不能自查，必須送檢，用高一級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)才能發(fā)現(xiàn)、鑒別。

這樣重要的系統(tǒng)誤差，不確定度論是怎樣看待和處理的呢？

第一 漠視。講不確定度的GUM,沒(méi)有關(guān)于系統(tǒng)誤差的內(nèi)容。

第二 搪塞。GUM說(shuō)，系統(tǒng)誤差修正之后怎樣怎樣，就是說(shuō)不確定度論的前提是系統(tǒng)誤差先要修正。這是搪塞。絕大多情況下，系統(tǒng)誤差不便修正，甚至是不能修正。我從事的頻率計(jì)量，以及干過(guò)七年的電子計(jì)量，都不搞修正。我們有個(gè)共識(shí)，有時(shí)修正不如不修正。我知道，某些行業(yè)，包括計(jì)時(shí)，是進(jìn)行修正的，但不確定度論，把修正當(dāng)做前提，不去處理系統(tǒng)誤差的事，一則是其敷衍塞責(zé)，一方面也表現(xiàn)了它的無(wú)能。

第三 胡評(píng)。系統(tǒng)誤差畢竟是客觀存在，而且是計(jì)量的主要對(duì)象，不確定度論在實(shí)際評(píng)定中又不能不處理，于是別出心裁地一律用處理隨機(jī)誤差的辦法來(lái)處理系統(tǒng)誤差。這是胡評(píng)。

第四 偷用。也許有人說(shuō)，我們?cè)u(píng)定不確定度時(shí)是引用儀器誤差的，這一項(xiàng)包含有系統(tǒng)誤差。是的，目前在這樣作。從不確定度的思想體系來(lái)說(shuō)，是不允許這樣做的。我國(guó)計(jì)量領(lǐng)導(dǎo)部門(mén)一位計(jì)量專(zhuān)家說(shuō)過(guò)：“遺憾的是，GUM的一個(gè)例中，引用了儀器誤差”，這就是說(shuō)，按思想體系的純粹性和一貫性，用不屬于不確定度體系的誤差來(lái)評(píng)定不確定度，是不當(dāng)?shù)模峭祿Q。

第五 不準(zhǔn)說(shuō)。一位網(wǎng)友寫(xiě)到：“誤差概念不讓使用的那些日子（指上級(jí)宣貫不確定度時(shí)）很難過(guò)，說(shuō)話都不知道怎么表達(dá)測(cè)量值與實(shí)際值的偏離意思，因?yàn)橄到y(tǒng)誤差確實(shí)不能用測(cè)量不確定度概念正確表達(dá)，讓別人正確理解”。

那樣重要的系統(tǒng)誤差，竟不讓說(shuō)，真不講理。

計(jì)量測(cè)量領(lǐng)域最重要的系統(tǒng)誤差，不確定度論不去處理，也無(wú)能處理。這說(shuō)明：不確定度論無(wú)用。