本帖最后由 史錦順 于 2014-2-10 15:47 編輯
討論:不確定度評定的基本公式錯誤 - 史錦順 - 筆者認為:不確定度評定的基本公式是錯誤的。這是個重大話題。鑒于此論點的基礎性與嚴肅性,特加討論二字,意在征詢有關專家學者及網友的意見。 - 推行不確定度論以來,不確定度評定用得最多的場合是檢定裝置的評定。國外常稱為校準評定。以下統稱為“計量評定”。 已發表的大量的不確定度樣板評定,基本是計量評定。我認為:不確定度論的計量評定是錯誤的。其基本錯誤是對象與手段的混淆。而其錯誤的根源是基本公式錯誤。 - (一)不確定度計量評定所本公式 GUM評定的主要方法是對測得值函數作泰勒展開。 歐洲的樣板評定,直接寫出偏差公式,這是測得值函數泰勒展開的簡化形式。 中國的樣板評定,與國際上的通用方式是一致的。 本文將各種評定歸并于如下的形式,統稱不確定度計量評定,簡稱計量評定。 - 不確定度計量評定的基本公式(又稱數學模型) EX= X―B (1) EX(0)+ΔEX=X(0)+ΔX(分辨)+ΔX(重復)+ΔX(其他)―[B(0)+ΔB(標)] (2) 本體部分為 EX(0) = X(0)―B(0) (3) 變化部分為 ΔEX =ΔX(分辨)+ΔX(重復)+ΔX(其他)―ΔB(標) (4) X是被測量,B是標準量,EX是差值,加(0)表示無計量誤差時的量。 ΔEX是被評定的不確定度(元),ΔX(分辨)表示被檢儀器分辨力因素,ΔX(重復)表示“用測量儀器測量計量標準”時讀數的重復性,ΔX(其他)是被檢儀器其他因素的作用;ΔB(標)是標準的誤差。 依據(4)式進行不確定度評定,就是把等號右端各項均方合成(有一套按分布規律除以因子以及乘因子的辦法)。這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。其本質就是GUM的泰勒展開法。 - (二)計量的不確定度評定是錯誤的 史錦順判斷:不確定度論的計量評定是錯誤的。 1 被檢儀器的誤差因素,包括ΔX(分辨),ΔX(重復),ΔX(其他)都必然體現在測量儀器的示值X與標準的標稱值B的差值之中。不該對測得值X作拆分。拆分的結果是重計、錯計。 2 ΔX(分辨)、ΔX(重復)、ΔX(其他)是計量的對象,不能把它們算在檢定能力上;這幾項的作用已體現在儀器的示值與標準值的差別中,不能重計。 3 不確定度計量評定所依據的基本公式(4)是錯誤的。公式錯,實際操作皆錯(例見附錄一:游標卡尺校準不確定度評定的錯誤)。 基本公式錯誤,是不確定度理論與不確定度評定的要害,關乎其存廢。下面詳細分析。 - (三)不確定度計量評定的公式錯誤 (1)誤差理論意義下的檢定誤差分析 這里先講一下誤差理論指導下的檢定誤差分析。明白正確分析,便于看出不確定度計量評定的問題。 檢定是計量的主要形式。計量工作者都懂得,檢定必須選用誤差范圍比被檢儀器誤差范圍小到1/4(有些取1/3,而時頻要求為1/10)的計量標準。計量誤差就是標準的誤差(當標準有輔助裝置時,后者的誤差要計入到標準的誤差中)。 檢定的誤差公式推導如下。 必須認清:求什么,用什么。物理公式必須物理意義確切。物理公式必須是意義明確的“構成公式”。 - 測量是用測量儀器測量被測量,以求得被測量的值。而檢定是用被檢儀器來測量已知量值的標準,以求得測量儀器的誤差,看是否合格。檢定是測量的逆操作。測量儀器的誤差,是檢定的認識對象。檢定的目的是求得儀器的誤差,而得到的是儀器示值與標準標稱值之差;計量的誤差分析,就是求得這二者的差別。 設測得值為X,標準的標稱值為B。 設儀器的誤差元(以真值為參考)為r(儀),檢定得到的儀器測得值與標準的標稱值之差值為r(示),計量標準的標稱值為B,標準的真值為Z,標準的誤差元為r(標)。 1 檢定得到儀器的視在誤差元為: r(示) = X―B 2 測量儀器的誤差元為: r(儀) = X―Z 3 標準的誤差元(根據《JJF1180-2007》)為 r(標) = Z―B 4 檢定的計量誤差元為: r(計) = r(示)―r(儀) 綜上,有 r(計) = r(示)―r(儀) = X―B ―(X―Z) = Z―B = r(標)
誤差范圍是誤差元的絕對值的最大可能值。誤差范圍關系為: │r(計) │max = │r(標) │max 即有 R(計) = R(標) (5) (5)式是計量誤差的基本關系式,計量誤差由標準的誤差決定。計量誤差與被檢儀器的誤差因素無關。 標準選用:設被檢測量儀器的誤差范圍指標是R(儀,標稱),若: R(標) ≤ R(儀,標稱)/4 (6) 則檢定標準符合要求。 合格性判別:只要 │r(示)│max ≤ R(儀,標稱)―R(標) (7) 則被檢儀器合格。 與(7)式等效的表達式又記為: │Δ│max≤MEPV―R(N) (8) Δ是被檢儀器的視在誤差元r(示);MEPV是最大允許誤差,就是被檢儀器誤差范圍指標值R(儀,標稱);R(N)是所用計量標準的誤差范圍R(標)。 以上這些,并不是老史的新論;不確定度論誕生前,計量界歷來就是這樣認識的,就是這樣干事的。這是科學。是幾百年來計量實踐所證明了的經典分析。(老史的表達較繁瑣,但便于閱讀與理解。) - (2)剖析不確定度評定的公式錯誤 不確定度計量評定的基本公式是 ΔEX =ΔX(分辨)+ ΔX(重復)+ ΔX(其他)―ΔB(標) (4) 不確定度計量評定的基本作法,是對(4)式等號右邊各項進行均方合成。 不確定度計量評定的基本公式是錯誤的。剖析如下: - 1 求解思路不對 不確定度計量評定所依據的基本公式(4)式,是一個差值的分項展開式,沒有“求什么”、“用什么”、“哪些是來源量”、“哪個是結果”這些最基本的認識。公式自身是混沌帳,算完也必將混沌。 分析計量(國內稱檢定,國外稱校準;也有人認為檢定與校準是兩類不同的業務。測量儀器的出廠檢驗,用戶的進貨驗收,也是這一類性質的業務)的問題,就是分析計量中,得到的值與要求的值的不同,其差異就是計量誤差。 計量的認識對象是測量儀器的誤差。方法是用被檢儀器測量計量標準。 用被檢儀器測量計量標準,得到的是視在誤差r(視),它等于測得值M減標準的標稱值B。而計量的目的是求得測量儀器的以真值為參考值的誤差r(儀),它等于測得值減真值。計量分析的目的是求得r(視)與r(儀)的差別r(計)。 測得值是測量儀器的示值,真值就是計量所用標準的真值Z。由于已知標準的標稱值與誤差范圍,這就可以實現用標準的標稱值與標準的誤差范圍對真值的代換。 前述公式(5)的推導過程,所分的4個步驟,就體現了“用什么”“
求什么”“怎樣代換”“得到什么結果”這一套計量分析的邏輯思路。這個分析。思路清晰,結論是正確的。 再看(4)式,左端是差值改變量,等號右端是該改變量的構成因素,包括被檢儀器的因素與標準的因素。被檢儀器的因素又是主要的。被檢儀器的問題,并不是計量裝置的問題,這里混淆了。 一經比較,易于看出:不確定度計量評定所本的公式(4)是混沌帳。 - 2 基本公式不是物理公式的構成式。 物理公式必須表達所求量的來源,即必須具有構成關系。(4)式表達的差值,只是視在差值的分解,不是計量的誤差。(4)式沒有表達出計量的誤差的構成。(4)式不是物理公式的構成式,沒資格做為分析的基礎。 - 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。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做為性能的標志。 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,很少有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,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”,是生產廠按國家技術規范標志的,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,結果是形成多種錯誤。 - (轉下頁)
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