本帖最后由 史錦順 于 2015-9-23 09:02 編輯
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【規矩灣觀點】
不確定度的定義的確來自對被測量真值所在區間寬度的估計,和誤差的定義一點關系都沒有。在用途上,誤差理論用于評判測量結果的準確性,不確定度評定理論用于評判測量結果的可信性;在大小的來源上,誤差來自于實際測量,不確定度來自于對有用信息的主觀估計;在本質上,誤差是測得值減真值(實際工作用參考值或約定真值代替),不確定度是理論真值存在區間的寬度的一半;它們定義不同,來源不同,用途不同,本質上更不同,怎么能夠說“不確定度是誤差理論的一部分”,是“誤差合成”的發展?
【史辯】
先生應該看看《史氏測量計量學說》第5章體現測量函數的兩個區間與包含被測量真值的測量結果。那里有誤差理論兩個區間公式的詳細推導。為閱讀方便,現將關于兩個區間的推導復制如下
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3 由誤差范圍求測得值區間
由(5.3),誤差范圍的基本公式為:
│Ym-Y│max = R (5.5)
根據誤差范圍的基本公式(5.5),求測得值區間的兩種表達式。
A 第一種測得值區間公式 整個區間的公式
著眼于全區間。
改寫最大值表示法,有
│Ym – Y│ ≤ R (5.6)
解絕對值關系式(5.6)
當Ym>Y時,有
Ym ≤ Y+R (5.7)
當Ym<Y時,有
Ym ≥ Y-R (5.8)
綜合(5.7)式、(5.8)式,有
Y-R ≤ Ym ≤ Y+R (5.9)
公式(5.9)的區間表達形式為:
[Y-R,Y+R] (5.10)
被測量的量值(真值)為Y,測得值為Ym。測量儀器的誤差范圍為R,則測量儀器的測得值區間為[Y-R,Y+R]。(5.9)式表明,(5.10)是以被測量真值為中心的、以誤差范圍為半寬的測得值區間。在確定各分類誤差范圍時,隨機誤差范圍R1取3σ,各已知系統誤差(符號、量值、規律確定的誤差)之間按代數和,其絕對值為R2;未定系統誤差取絕對值之和構成R3。R1、R2、R3三類誤差范圍,按絕對值合成法合成誤差范圍R。測得值以99%以上的概率,落在區間(5.10)中。
B 第二種測得值區間公式,只計邊界點
只著眼于邊界點
│Ym – Y│ = R (5.11)
解絕對值關系式(5.11)
當Ym>Y時,有
Ym = Y+R (5.12)
當Ym<Y時,有
Ym = Y-R (5.13)
綜合(5.12)式、(5.13)式,有
Ym = Y±R (5.14)
公式(5.13)雖然只表明最大點之間的關系,但這是區間的特征值,與著眼于全區間的表達式含義相同。區間表達形式仍為:
[Y-R,Y+R] (5.10)
公式(5.9)與公式(5.14),表明同樣的測得值的區間,因此,二者意義相同。為書寫方便。通常寫法是給出(5.14)式。
4 被測量的量值(真值)函數
研制中確定儀器的測得值函數,計量中檢驗、公證測得值函數。
測得值函數的反函數,就是被測量的量值函數。
已知測得值函數為
Ym = f(X1m/o,X2m/o,……,XNm/o)-f(X1,X2,……XN) + Y (5.1)
必有被測量的量值函數為
Y = Ym+f(X1,X2,……XN)-f(X1m/o,X2m/o,……,XNm/o) (5.15)
儀器研制時的定標,是根據測得值函數,而由真值確定測得值;測量則是反過來,由已知測得值,根據被測量量值函數而確定被測量的量值(真值)。計量是檢驗第一個變換(由真值而確定測得值)的成立,從而保證第二個變換(由測得值而確定真值)的正確。
被測量的量值函數,可簡化為測得值加減誤差范圍。這就是被測量真值的存在區間,就是測量結果。
5 由誤差范圍求被測量量值(真值)區間
誤差范圍的基本公式為:
│Ym-Y│max = R (5.5)
根據誤差范圍的基本公式(5.5),求被測量量值(真值)區間的兩種表達式。
A 第一種被測量量值(真值)區間公式 整個區間的公式
著眼于全區間。
改寫最大值表示法,有
│Ym – Y│ ≤ R (5.6)
解絕對值關系式(5.6)
當Ym>Y時,有
Y ≥ Ym–R (5.16)
當Ym<Y時,有
Y ≤ Ym+R (5.17)
綜合(5.16)式、(5.17)式,有
Ym-R ≤ Y ≤ Ym+R (5.18)
公式(5.18)的區間表達形式為:
[Ym-R,Ym+R] (5.19)
被測量的量值(真值)為Y,測得值為Ym。測量儀器的誤差范圍為R,則被測量的量值(真值)區間為[Ym-R,Ym+R]。(5.19)式是以測得值為中心的、以誤差范圍為半寬的被測量量值(真值)的區間。誤差范圍R定義為誤差元絕對值的一定概率(99%以上)意義上的最大可能值,即測得值與真值的差值的絕對值以99%以上的概率不大于R,因此,被測量的真值以99%以上的概率落在區間中。
B 第二種被測量量值(真值)區間公式
只計邊界點。
著眼于邊界點,基本公式(5.5)改寫為
│Ym – Y│ = R (5.10)
解絕對值關系式(5.10)
當Y<Ym時,有
Y = Ym - R (5.20)
當Y>Ym時,有
Y = Ym +R (5.21)
綜合(5.20)式、(5.21)式,有
Y = Ym±R (5.22)
公式(5.22)雖然只表明最大點之關系,但這是區間的特征值,與著眼于全區間的表達,含義是相同的。區間表達形式仍為:
[Ym-R,Ym+R] (5.19)
公式(5.22)與公式(5.18),表明同樣的被測量的量值(真值)區間,因此,二者意義相同。為書寫方便。通常寫法是給出(5.22)式。
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6 測量結果
測量結果的表達式為
Y = Ym±R (5.22)
式中Ym是測得值,R是誤差范圍,Y是被測量的量值(真值)。
(5.22)式就是被測量量值(真值)區間的簡化表達式。本章此前的詳細推到,意在說明測量結果的表達式,是嚴格推道的結果,是順理成章的,有極強的理論根據。測得值函數、測得值區間,是定標與計量的理論基礎;而定標與計量的目的是保證由測得值函數推導出的被測量量值(真值)函數、被測量的量值(真值)區間的正確性,也就是保證測量結果的正確性與可用性。
測量結果等于測得值加減誤差范圍。
測量結果表達式的意義是:
用測量儀器測量一個被測量,測得值是Ym,測量儀器的誤差范圍是R。被測量的量值的最佳認定值是測得值Ym。實際的被測量的量值(真值)可能大些,但不會大于Ym+R;被測量的量值(真值)可能小些,但不會小于Ym-R.
測量的目的是認識被測量的真值。由于測量儀器有誤差,測量得到的是測量結果,測量結果中包含真值。只要測量的誤差范圍滿足使用要求,人們就達到了認識量值的目的。測量儀器的誤差范圍指標,是測量儀器誤差的絕對值的上限,因此,在滿足儀器使用要求、正確操作的條件下,測量者可以用測量儀器的誤差范圍指標值,當做測量的誤差范圍。這是冗余代換,合理而又方便。
6 誤差范圍指標的貫通性
誤差范圍定義為誤差元的絕對值的一定概率(99%)意義上的最大可能值,這體現了誤差概念的物理意義(測得值與真值的差距),也體現了誤差量的上限性特點。
誤差范圍,作為測量儀器的指標,簡化地代表了測量儀器的測得值函數,表明測得值區間的大小(半寬)。誤差范圍是研制的目標,是計量合格性的標準。誤差范圍又體現了被測量的量值函數,表明了真值存在區間的大小(半寬),標明了測量的水平。以誤差范圍為標志的測量結果,必定以99%以上的概率包含真值,此乃測量理論之真諦。
總之,誤差范圍貫通于研制、計量、應用測量三大場合。誤差范圍是理論的抓手,水平的標志。誤差范圍普適于自然科學中對量的表征,也適用于人類生活、生產與交易中對量的認識與應用。誤差范圍貫通于歷史、當代與未來。
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先生說:不確定度的定義的確來自對被測量真值所在區間寬度的估計,和誤差的定義一點關系都沒有。
不確定度定義的區間,就是上述推導的被測量量值(真值)區間。誤差理論的被測量量值區間,半寬是誤差范圍;而不確定度區間的半寬是U95.二者僅是包含概率不同,實際物理意義是一樣的。原則性的差別是:
1 被測量的量值區間可以從誤差元的定義,根據誤差量的上限性特點嚴格地推導出來。而不確定度的區間,因為沒有構成不確定度的單元,沒法推導。
2 誤差理論的測得值區間,可以用實驗檢驗。計量就是檢驗測量儀器測得值區間的真實性,就是檢驗誤差范圍的合格性。測得值區間經過證實,誤差范圍經過實測檢驗證實,而被測量的量值區間是由誤差范圍公式嚴格推導出來的,因此計量既然已經證實測得值區間為真,那也就是證明了被測量的量值區間為真。而不確定度的區間,是否包含真值沒有經過證明。自己申明是“估計”,既沒有理論基礎,更沒有實驗基礎。
3 不確定度的區間,僅僅是對誤差理論中被測量量值(真值)區間的模仿,沒有新意。這是一種抄襲,抄也沒抄好。把誤差理論的嚴格推導變成模仿;把計量的嚴格實際測量檢驗變成“評估”或“收集資料,進行評定”,都是嚴重的倒退行為。
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結論:不確定度是對誤差理論的抄襲,因為不確定度區間就是誤差理論的被測量量值(真值)區間;而U95只能是降低了置信概率的誤差范圍(如果不是誤差范圍,就沒法說由它構成的區間包含真值),是不準確的抄襲。
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【規矩灣觀點】
怎么能夠說“不確定度是誤差理論的一部分”,是“誤差合成”的發展?
【史評】
規矩灣的這句話是對的。
不確定度論關于包含真值的區間的定義,是對誤差理論的局部抄襲,抄也沒抄好,只抄一半,沒法計量檢驗。
誤差理論的傳統精神是靠實測,一切憑數據說話。不確定度論搞“評定”“評估”,在認識路線上,是對誤差理論的背叛。
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