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[概念] 請教一下 國家計量基準的不確定度是如何評定的?

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1#
wifred 發表于 2016-5-14 21:43:56 | 只看該作者 |只看大圖 回帖獎勵 |倒序瀏覽 |閱讀模式
請教一下 國家計量基準的不確定度是如何評定的?比如時間單位的不確定度評估是如何進行的?謝謝!
2#
史錦順 發表于 2016-5-16 10:12:14 | 只看該作者

       確定計量基準的定量指標,是一項重要的計量工作。需要較深的理論。涉及的人很少。本人在1964年到1973年在國家計量院工作期間,有七年搞微波阻抗國家標準(因為是導出量,當時不稱為基準,因是國家標準,起基準的作用),發明定度標準負載的“雙探針法”。于1966年初,在全國新產品展覽會上展出。因文革興起,沒有得過獎勵。只是有關的“波導特性阻抗的新概念”一文,我于1972年初,托計量院電子室主任席德熊趁軍民計量座談會的機會報給錢學森(國防科委副主任)秘書。我于19725月初接到錢先生的批復信。單位內一時傳為佳話。在七級部二院23所與國防科委第十研究院,得以討論與傳播。隨后南京14所,用阻抗新概念,設計人衛地面站雷達波導饋線中“波導過渡”成功。14所副總工程師、八室主任林守遠(我國微波界領軍人物之一)告述我說:他們原來用微波教科書的阻抗設計,反射大,不合格;反復修改設計,就是不行。影響雷達作用距離。因是重點國防工程任務,產品不過關,大家很著急。此時有人出差北京,在十院科技處,得知錢學森批復關于阻抗概念的事,便帶回論文復印件。我們重新按“新阻抗概念”設計,加工后測量,反射很小,一下就過關了,后來又得獎。大家高興,都很敬仰你。文革后,此文發表于《電子學報》1979年第2期。1982年獲河南省優秀科技論文一等獎。
       我在國家計量院工作期間,有三年在時頻室參與國家計量基準(NIM1)的研制工作。是總體組(負責設計與誤差分析)成員,負責“頻譜誤差”的理論分析。開始工作的三個月后,在時頻室作學術報告《論銫原子頻標的頻譜誤差公式》。當時世界上的銫基準都是拉姆齊雙腔方案(此理論發表于1951年,而在1979年或諾貝爾獎),根據美國NIST(當時稱NBS)的誤差模型,共有誤差14項,而頻譜一項占誤差范圍的一半。我的分析結果是,美國人錯用了“分貝”的概念,又把遠旁頻的公式錯誤的用于近旁頻,于是夸大了幾個量級。我把“頻譜誤差公式”分區處理。近旁頻區、遠旁頻區國際上的原來公式都對,但都可略。我給出實用的中旁頻區的公式(主要是市頻50赫及其諧波),是新結果。
       我的新公式的計算結果與一年后NBS發表的計算結果一致。經薛傳惲先生的核實,最后被接受。
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       下邊我引述幾段關于消除系統誤差、誤差分析與設計、測量誤差的外推法、關于基準的準確度等幾段本欄目登過的文章,供先生參考。其中“準確度”就是現在說的“不確定度”。據我考證,現在所稱的“基準不確定度”就是原來稱呼的“基準的準確定”。中國如此,美國也是如此。
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引文1 《史氏測量計量學說》(征求意見稿第八章)
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       8.3  消除系統誤差,提出“雙探針法”
       原蘇聯的微波標準方案,是滑動標準負載。主要誤差項是接頭等的固有反射誤差。該誤差項等于反射系數模值與反射角余弦的乘積。
       余弦角與反射波的行程有關。改變行程1/4波導波長,反射角改變180度,則反射角余弦反號。注意到這一點,就可以消除該項誤差。
       在標準波導段上,設置兩個探頭,相距1/4λg。在兩個探頭上測得兩個反射系數,取兩個反射系數的平均值,則消除了固有反射誤差。
       這就是定度標準負載的雙探針法。1966年初,在全國新產品展覽會上展出。其中滑動式標準負載由大華儀器廠生產。
       消除系統誤差的“變相位正負抵消”法,后來被誤差理論專家肖明耀(曾參加該項目鑒定會)寫入誤差理論書中。
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       8.4 選取光路減小系統誤差
       熱軋鋼板生產線上用的激光測厚儀,是幾個年輕人的研制項目。負責人陳為民請我審查方案。我提出兩點:1 誤差分析結果,必須簡化,要能提出對加工的具體要求;2 鋼板傾斜誤差是正切關系,小角度正切近似等于弧度,此項誤差等于傾斜弧度,誤差過大。這第二點,使方案不能成立。
       經過幾天的琢磨,我提出改進辦法。倒換一下光路,將“斜入射、垂直檢測”改為“垂直入射、斜檢測”,于是,鋼板傾斜誤差,由正切變為傾斜角余弦與1之差,而小角度的余弦等于1減弧度的平方,則此項誤差變成弧度的平方。弧度是百分之幾,弧度平方是萬分之幾,這樣,該項誤差就可略了。此機后來正規生產,并有出口。
       這里還有一點,體現誤差分析的作用。美國人的方案,鑒于橫梁的溫度效應將引入測量誤差,于是用溫度系數小的石英制作橫梁。我的誤差分析結果是,橫梁與立柱的誤差符號相反,用同樣的材料(鑄鐵)二者誤差有相互抵消作用。美國的方案,顧了橫梁而忘了立柱(因強度問題,立柱不能用石英材料),橫梁用石英材料,代價高、不結實,又破壞了誤差的抵消作用。
       我們的方案,誤差小、牢固而成本低。美國的報價是本機售價的5倍。
       8.5 驗證誤差公式的外推法
       誤差公式是靠誤差分析推導出來的。誤差公式應該經過實驗證明。
       由于誤差量通常很小,而測量儀器的分辨力有限,誤差公式通常不能直接測量證明。外推法的要點是故意設置誤差項的數值,達原值的幾十倍到幾百倍,就可用通常的較精密的儀器判別了。
       在推導矢量網絡分析儀(核心是雙定向耦合器)的全解時,我發現:理論上信號源的反射不引入反射系數的測量誤差。而美國的矢量網絡分析儀有“信號源反射誤差”項,等于信號源反射與被測反射系數的乘積(這對單定向耦合器反射計是對的)。
       我的理論分析結論,是矢量網絡分析儀的信號源反射不引入測量誤差。這與國際上的認識相反。誰對誰錯,必須用實驗來判別。
       做實驗的方法是夸張信號源的反射系數。通常的信號源反射系數為小于0.05,直接測量,鑒別力低。我用一段焊錫絲纏在一個同軸線接頭的內導體上,使產生0.3的反射并測準。先用正常信號源(反射小于0.02),測一滑動反射體,得反射系數r(A);將反射系數為0.3的接頭接在信號源出口處(等效信號源反射系數為0.3),再測那個滑動反射體,得反射系數r(B)。實驗結果是r(A)r(B)相等,證明對矢量網絡分析儀(雙定向耦合器)來說,沒有“信號源反射”這項誤差。
       1967年,為編寫測量線檢定規程,我清理說明書、教科書上的微波測量線的誤差公式,證實了幾種,否定了幾種,用的都是外推法(《測量線檢定與誤差公式判別》無線電技術1976.10)。
       建立基準,依靠誤差公式,外推法更顯得重要。
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引文2 《駁不確定度論一百六十篇集》      
[6.13] 論準確度-與網友討論(13)   
(一)準確度是根本
       準確是計量的宗旨。
       測量講究準確,準確是測量的精髓;計量以標準的準確,保障測量儀器的準確,準確是計量的命脈。
       準確度是準確性的定量表達。準確性用誤差來衡量。誤差是測得值與真值的差距。測得值減真值的差是誤差元;誤差元絕對值的最大值是誤差范圍。誤差范圍就是準確度。
       測量的目的是準確地認識量值,是獲得準確度夠格的測得值。測量的結果是真值范圍,包括測得值和誤差范圍。誤差范圍是準確度。準確度是測量結果的要素之一。準確度是測量的水平。
       測量的誤差范圍取決于測量儀器的誤差范圍。測量儀器的準確度就是測量的準確度。
       準確度是測量儀器的性能,是測量儀器水平的標志。
       準確度是計量水平的標志。
       準確度是標準的性能,是標準水平的標志。
       準確度是基準的性能,是基準水平的標志。
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       測量靠測量儀器,測量儀器靠計量,計量靠標準……標準靠基準。下級依靠上級,依靠的就是上一級的更高的準確度。最高的依靠是基準,基準的準確度是整個計量系統的根基,是所有測量工作的根基。
       整個測量計量領域,準確度是根本。
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(二)各種場合的準確度
1 測量的準確度
       測量的目的是獲得準確度夠格的測得值。測量儀器的誤差范圍,就是測量的誤差范圍,測量儀器的準確度就是測量的準確度。
測量給出的測量結果,必須包括兩個要素:測得值和誤差范圍。二者構成真值范圍。真值范圍就是測量結果。
       測量要正確選擇測量儀器。基礎測量(常量測量或慢變化量測量),要選用準確度夠格的測量儀器。測量儀器的準確度,有的就稱準確度,有的稱誤差范圍(或稱最大允許誤差,誤差限,極限誤差)。統計測量(快變化量測量),測量儀器的誤差范圍要小于被測量變化量的1/3.
       要正確使用測量儀器,要閱讀說明書,要滿足儀器對環境條件的要求。要查驗檢定證書。
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       這里講的是直接測量的一般情況。如果有輔助儀器。要考慮其影響。如果測量條件超出測量儀器的使用條件,要加入額外誤差。間接測量要考慮誤差傳遞。
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2 測量儀器的準確度
       測量儀器的準確度就是測量儀器的誤差范圍。
       測量儀器的準確度十分重要。
       測量儀器的準確度,就是測量的準確度。測量者依此而選定儀器,依此而給出測得值的誤差范圍。
       計量,是為測量儀器的準確度服務的。
       測量儀器的準確度如何確定,詳見《誤差范圍是測量儀器性能-與網友討論(9)》一文。
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       國際規范《JCGM-VIM 2008》規定,測量儀器的性能由上級計量部門給出。這是不負責任的說法。計量是檢驗,是認可;測量儀器的性能必須由制造者確定。計量只能是抽樣檢查驗證。把責任推給計量部門,既不合理,也行不通。這種不著邊的空想,國際計量局的權威們,竟也說得出,奇怪。
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3 標準的準確度
       標準的誤差范圍就是標準的準確度。標準準確度的確定同于測量儀器。而由上一級計量部門檢驗認可。
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4 基準的準確度
       基準的準確度是基準的實際值(真值)與標稱值的偏差范圍,是基準的真值范圍。
       基準是最高的計量標準,其上無更高的標準。
       基準的準確度,以誤差分析的方法確定。理論分析的各項誤差,要經過實際測量。通常采取擴大法,即把誤差因素擴大幾倍到數十倍,證明理論公式,再代入實際誤差因素值,以算出該誤差分量。
       要計入基準本身的量值變化。因此,基準的準確度常是量值變化量與測量誤差的綜合。
       基準的準確度的確定與證實,是復雜的專門的學問。基準的建立,由杰出的專家完成,又經更權威的專家組確認。通常還要進行國際比對。
       歷史證明,基準的準確度毋庸置疑。
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(三)駁不確定度
1 駁準確度定性說
       不確定度論一登臺,為給自己找出世的理由,首先攻擊誤差理論,這也不是,那也不是,以便由不確定度論取而代之。
       由于誤差理論有悠久的歷史,又很深入人心,于是不確定度論便采取誣陷的手段。其中的一條就是:準確度是定性的,不是定量的,因此凡誤差理論稱準確度的地方,都要改稱不確定度。
      不確定度論振振有詞地說:明明是不準確程度的數值表征,卻稱為準確度,誤差理論的稱說,反了。其實,準確度是褒稱,稱說“準確度”的地方,量值上的意義是“不準確度”。誤差都是很小的量,相對誤差小于百分之幾,正反稱呼,不會引入誤解。曾有人提出,把“準確度”一律改稱“不準確度”就可消除弄混的可能了。主張不確定度論的主管說:名詞夠多了,不許再增加。增加一個詞嫌多,而增加不確定度論的名詞術語一大堆,卻不嫌多了,真不講理。
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       不確定度論否定誤差理論的焦點之一,是說“準確度是定性的。”這是胡說,是現代版的指鹿為馬。
       準確度就是誤差范圍,誤差范圍是誤差元絕對值的一定概率意義下的最大可能值,從來都是定量的。世界上曾有過的和現存的測量儀器,數以億計,都標有準確度;數以萬計的計量標準,也都標有準確度。這些準確度都是定量的,不確定度論竟說準確度是定性的不是定量的,這是故意歪曲事實。計量講究“準確”,國際計量局的專家,說話竟那么不準確!
       宣講材料中舉例說:一臺電流表,測得值誤差-8mA,說它準確度8毫安還是-8毫安?能提出這種質疑的所謂國際權威,我估計他大概是辦公室取報紙的秘書,水平也太低了,且完全不了解計量的實踐。-8mA僅是測得的一個誤差元。一個合格的計量工作者,要測N個測得值,代入貝塞爾公式計算西格瑪,3倍西格瑪與系統誤差合成,才是誤差范圍(必定是正值),怎么用一個測得值去敲定準確度(誤差范圍)?如果是檢定中的抽樣測量,有了這個測得值,可判別儀器的合格性。如果電流表準確度指標是±10mA,則此電流表合格;如果電流表指標是±5mA,則此電流表超差,不合格。
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       問題可能出現在什么叫誤差這個定義上。誤差是泛指概念,包括誤差元與誤差范圍,誤差元構成誤差范圍。人們在稱說中有簡化說法的習慣。誤差一詞有時指誤差元,有時指誤差范圍。這些基本點,在經典的誤差理論中雖然沒有明文界定,但應用誤差理論處理測量計量問題的人,應知道二者的區別,一般并不會用錯。在進行誤差的理論分析和單項誤差測量時,“誤差”指的是誤差元;在涉及儀器與標準的指標時,“誤差”指的是誤差范圍。不確定度論者是真不懂,還是鉆空子找茬,竟混淆誤差元與誤差范圍的不同概念,拿誤差元當誤差范圍,當然就說不通了。那不是誤差理論的錯,是不確定度論故意混淆概念。
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2 駁誤差非正即負
       宣傳不確定度論以來,一個傳布很廣的說法是“誤差等于測得值減真值,非正即負”。
       這個“非正即負”,誤人不淺。
       討論誤差方程時,在我說明是“誤差范圍”的情況下,有人竟七次說“誤差非正即負”,并據此反駁我,可見影響之深。其實,非正即負的是誤差元。而誤差范圍必為正值。
       有人說我標新立異,其實關于誤差區分為誤差元與誤差范圍的概念,古已有之,老史不過是加個“元”字,以便于說清問題而已。
       我們追溯一下,19世紀初,貝塞爾先生如何推導后來名聲大振的貝塞爾公式
    標準誤差定義為誤差的均方根值。式中有真值,無法算;貝塞爾想出辦法:以殘差代換誤差,來計算西格瑪。
      設各測得值為M(i),真值為Z
       誤差:
             d(i)=M(i)-Z                        (1)
       殘差:
              v(i)=M(i)-M()                    (2)
       方差由誤差d(i)定義。找出殘差與誤差的關系,用殘差代換誤差,于是導出貝塞爾公式。貝塞爾公式計算出西格瑪。
       我只加一個字,(1)式的誤差稱誤差元;而作為表達儀器或標準性能的K倍西格瑪,它表示的是一定概率意義下的誤差元絕對值的最大值。此值又稱誤差范圍(誤差限/極限誤差/最大允許誤差)。由上可見,可正可負的是誤差元,而誤差范圍必定為正值。
       測量儀器性能的指標、標準性能的指標、測量水平的指標,只能是誤差范圍。人們習慣上所說的“測量儀器的誤差”“標準的誤差”也只能是誤差范圍,因為k確定后(通常取3),誤差范圍是一個值,含義明確,稱說方便。而等于測得值減真值的那個誤差(),大大小小,有N個測得值就有N個誤差(),它們有一個共同特點,絕對值都小于誤差范圍(誤差元絕對值的最大可能值),但各個數值不同,無法稱說。
       由上可見,歷來人們對測量、對儀器、對標準稱說的“誤差”,都是指誤差范圍。只在進行誤差分析或推導公式的開始時,才指誤差元。當誤差元用的“誤差”只是過渡,用一下即消失了,它已溶入那必為正值的誤差范圍(3倍西格瑪)中。
       因此一提誤差,就說是“非正即負”,這是混淆誤差元與誤差范圍兩個概念的錯誤說法。是不確定度論給誤差理論制造的陷阱。有些人深陷此說,應該仔細想一想。
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[6.14] 基準的準確度-與網友討論(14)
       最近網上討論中,出現一種說法:基準沒有準確度。
       規矩灣先生說:
     中國計量科學研究院2007227日發布的消息稱,我國最新一代時間頻率基準頻率準確度達到5×10^-15……”這條信息的表達方法明顯是錯誤的。如果真的知道該基準的準確度達到5×10^-15,就意味著用另一種方法獲得了該基準的測量結果的約定真值,該基準的測量結果與約定真值的差在5×10^-15之內。這樣的話,該基準也就不是基準了,應該用比它更為準確的另一種設備或者方法作為時間頻率的基準。
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       科技日報20101208日報道我國NIM5銫原子噴泉時間頻率基準的頻率不確定度2×10^-15……,相當于把我國時間頻率基準的可信度或者稱為可靠度提高到1500萬年不差一秒,而不是把準確度提高到1500萬年不差一秒。準確度差多少,要等到若干年后有更為準確的時間頻率測量設備得到更為準確的測量結果,作為NIM5的測量結果的約定真值才能夠知道。
       這種說法,隨即得到有學術著作的計量專家yeses的贊同。
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       筆者認為,此論不當。辯論如下。
(一)什么是準確度
       常量測量領域,準確度是準確性的定量表達。準確性用誤差來衡量。誤差是測得值與真值的差距。測得值減真值的差是誤差元;誤差元絕對值的最大值是誤差范圍。誤差范圍就是準確度。測量的目的是準確地認識量值,是獲得準確度夠格的測得值。測量的結果是真值范圍,包括測得值和誤差范圍。準確度(誤差范圍)是測量結果的要素之一。準確度是測量的水平。
       測量的誤差范圍取決于測量儀器的誤差范圍。測量儀器的準確度就是測量的準確度。準確度是測量儀器的性能,是測量儀器水平的標志。準確度是計量水平的標志。準確度是標準的性能,是標準水平的標志。準確度是基準的性能,是基準水平的標志。
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       變量測量領域,測量儀器的誤差可以忽略,測得值就是被測量值,測得值與真值簡并而稱量值。量值與標稱值(或要求值)之差稱偏差。偏差絕對值的最大可能值是偏差范圍,偏差范圍就是準確度。
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(二)測量儀器該有準確度
       測量儀器的誤差,就是測量儀器給出的測得值的誤差。測量N次,有N個測得值,有N個誤差元。測得值的平均值與真值之差是系統誤差,誤差元的變化部分是隨機誤差。由貝塞爾公式算出的西格瑪是隨機誤差的表征量。系統誤差與3倍西格瑪合成為誤差范圍,它是誤差元絕對值的概率為99.7%的最大可能值。
       誤差范圍就是準確度。
       測量儀器生產廠必須能夠獨立確定測量儀器的準確度。此準確度還要經過計量認證。
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       誤差范圍取決于誤差因素。生產廠通過控制誤差因素來保證誤差范圍。測量儀器的準確度由設計、制造、本廠計量檢驗各個環節鑄就,不能依賴上級計量部門。上級計量部門的責任是認定并向社會公證。
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       用已知準確度的測量儀器測量被測量,就知道了測得值的誤差范圍,也就知道了真值范圍,那就是測得值加減誤差范圍。被測量的真值在真值范圍內。例如儀器的準確度是0.5%,測得值為M,則真值在M(1±0.5%)的范圍之內。真值小,小不過M(1-0.5%);真值大,大不過M(1+0.5%)
       準確度(誤差范圍)的重要意義是指明了以測得值為中心的真值的范圍
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       有趣的是一向否定真值、否定誤差的不確定度論,VIM 2008版竟用真值概念,只是不知從何而來,真是天上掉下個林妹妹。但是,從回避真值概念到應用真值概念,畢竟是一個重大的轉變,請看:
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JCGM200:2008 International vocabulary of metrology —Basic and general concepts and associated terms (VIM)
2.36   coverage interval
interval containingthe set of true quantity values ofa measurand with a statedprobability, based on the information available
       包含區間
       基于可獲得的信息確定的以一定概率包含被測量的一組真值的區間。
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       此次仔細翻譯VIM2008,筆者不禁拍案叫絕。老史最近提出的真值范圍說,竟與國際規范在包含真值這個意義上巧合!哈哈!我沒去抄它,它也絕沒有聽過我的意見。對同一事實,有相同(或相近)的認識,也是常事。
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(三)基準應該而且必須有準確度
       我國有關規范是《JJF1180-2007時間頻率計量名詞術語及定義》。有下劃線的是原文。
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       3.22 頻率準確度
       頻率偏差的最大范圍。表明頻率實際值靠近標稱值的程度。用數值定量表示時,不帶正負號。如一個頻標頻率標稱為5MHz,頻率準確度為2×10^-10,其含義是頻率實際值可能高,但不會高出2×10^-10,也可能低,但不會低出2×10^-10,即頻率實際值f滿足下式:5MHz(1-2×10^-10)≤f≤5MHz(1+2×10^-10)
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       這是2007年制定的我國計量規范,中國的計量部門應該執行。
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       基準的準確度來自它所依據的物理原理。
       確定基準的準確度,是基準研制的基本任務。沒有準確度,就沒資格稱為基準。
       如果基準沒有準確度,哪有資格傳遞量值?
       測量的準確性靠什么?測量靠儀器(包括量具)。測量儀器靠標準。標準靠更高的標準……全部測量計量的準確,靠的是基準的準確。基準必須有準確度!
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       如果基準沒有準確度,各級標準就談不上準確,測量就談不上準確,整個測量計量鏈就垮了。
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       基準的準確度,就是基準的誤差范圍。是基準輸出量值的可能范圍,即圍繞基準標稱值的范圍。是基準真值與標稱值偏差絕對值的一定概率意義下的最大可能值。基準的準確度由誤差的分析與綜合確定。
       說“基準沒有準確度”,等于否定所有標準、所有測量儀器的準確性能。這種說法,太不該了。這等于否定測量計量的一切。“基準沒有準確度”,這是無論如何也說不通的奇談怪論,居然還有人贊成,真是不辨是非。
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       這種說法的本質,第一是錯把特定的誤差元當誤差范圍。以為測得值減真值是準確性的唯一表達,不知有誤差范圍一說。要知道,把一個誤差元當做準確度,歷史上從來就是不允許的。想一想貝塞爾公式就會明白,一個值不夠,必須用大量值的統計特性才能表達分散性(隨機誤差),再加上偏離特性(系統誤差)才能構成誤差范圍,才能表達準確性。
       這種說法的本質,第二是錯把基準的真值組(真值群體)當成一個值。經典測量理論建立在常量測量的條件下。銫原子時間頻率基準的量值,是極穩定的。但由于各種因素的影響,它不可能是絕對的常量。它穩定到10-14量級,是夠穩定的了,但從10-15的量級上看,它還是變量。變量元與標稱值的差是偏差元,偏差元的平均值是系統偏差元,圍繞平均值的變化部分是隨機偏差元。隨機偏差元由貝塞爾公式構成隨機偏差范圍,隨機偏差范圍與系統偏差范圍構成總偏差范圍。總偏差范圍簡稱偏差范圍,就是準確度。一臺原子頻標的準確度,由它的物理原理、結構特性以及各種物質因素確定,與有沒有更準確的頻標沒有關系。因此,銫基準NIM4的準確度是確定的,與有沒有更準確的NIM5,沒有關系。
       說有了下一代的基準,才能知道本代基準的準確度是錯誤的。
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(四)1500萬年不差一秒是準確度
       1500萬年不差一秒的另一種表述是:1500萬年的最大偏差是1秒。更準確些的說法是:1500萬年的偏差元絕對值的最大可能值是1秒。
       時差與頻差的關系(詳見史錦順:《新概念測量學》第6章):
               Δt/t = Δf/f                                       (1)
    已知相對頻差(準確度)Δf/f2×10^-15,Δt=1秒,求時間t.
          t=1×0.5×10^15 = 5×10^14
          1 = 60/×60/小時×24小時/×365
               =86400/×365=3.1536×10^7
t
           t = 5×10^14÷(3.1536×10^7)/
            = 1.585×10^7
1.585×10^7年是1.585 千萬年,湊整簡化留有余地說成1500萬年。
       1500萬年不差一秒,只有誤差理論才說得出。因為誤差理論有誤差元(基礎測量)與偏差元(統計測量)。不確定度論沒有自己的,不可能算出來。
       1500萬年不差一秒,是準確度;絕不是不確定度。
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       計量院給出銫基準的不確定度是2×10^-15,又說明是1500萬年不差一秒,那是在說:這里給出的不確定度就是準確度。有誰不信,請你問一問計量院銫基準課題組,是不是這個意思。曾經是NIM1研制時誤差理論組成員的史錦順,先回答一句:每個型號的銫基準,都有自己獨立的準確度,所稱多少年差1秒,是準確度的通俗比喻。40年前是3萬年不差1秒。如今準確度已提高5百倍。
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       把銫基準性能改稱為不確定度,這個稱呼上的“隨大流”,跟隨早了。才過幾個月,20114月,美國NIST公布NIST-F2已用“不準確度”一詞。美國人繞了20年又轉回來了。用不確定度,不行;終于又用起不準確度來。
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      搞計量,必須講究準確。準確度是計量的根本。
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補充內容 (2016-5-17 06:53):
第一次回復,出現“待審查”字樣。我以為是因回帖太長;于是刪節些,并分三段發出了。現編者已把“原件”補上,略有不同,麻煩編者與讀者了。
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史錦順 發表于 2016-5-16 11:05:33 | 只看該作者
       確定計量基準的定量指標,是一項重要的計量工作。需要較深的理論。涉及的人很少。本人在1964年到1973年在國家計量院工作期間,有七年搞微波阻抗國家標準(因為是導出量,當時不稱為基準,因是國家標準,起基準的作用),發明定度標準負載的“雙探針法”。于1966年初,在全國新產品展覽會上展出。因文革興起,沒有得過獎勵。只是有關的“波導特性阻抗的新概念”一文,我于1972年初,托計量院電子室主任席德熊趁軍民計量座談會的機會報給錢學森(國防科委副主任)秘書。我于19725月初接到錢先生的批復信。單位內一時傳為佳話。在七級部二院23所與國防科委第十研究院,得以討論與傳播。隨后南京14所,用阻抗新概念,設計人衛地面站雷達波導饋線中“波導過渡”成功。14所副總工程師、八室主任林守遠(我國微波界領軍人物之一)告述我說:他們原來用微波教科書的阻抗設計,反射大,不合格;反復修改設計,就是不行。影響雷達作用距離。因是重點國防工程任務,產品不過關,大家很著急。此時有人出差北京,在十院科技處,得知錢學森批復關于阻抗概念的事,便帶回論文復印件。我們重新按“新阻抗概念”設計,加工后測量,反射很小,一下就過關了,后來又得獎。大家高興,都很敬仰你。文革后,此文發表于《電子學報》1979年第2期。1982年獲河南省優秀科技論文一等獎。
       我在國家計量院工作期間,有三年在時頻室參與國家計量基準(NIM1)的研制工作。是總體組(負責設計與誤差分析)成員,負責“頻譜誤差”的理論分析。開始工作的三個月后,在時頻室作學術報告《論銫原子頻標的頻譜誤差公式》。當時世界上的銫基準都是拉姆齊雙腔方案(此理論發表于1951年,而在1979年或諾貝爾獎),根據美國NIST(當時稱NBS)的誤差模型,共有誤差14項,而頻譜一項占誤差范圍的一半。我的分析結果是,美國人錯用了“分貝”的概念,又把遠旁頻的公式錯誤的用于近旁頻,于是夸大了幾個量級。我把“頻譜誤差公式”分區處理。近旁頻區、遠旁頻區國際上的原來公式都對,但都可略。我給出實用的中旁頻區的公式(主要是市頻50赫及其諧波),是新結果。
       我的新公式的計算結果與一年后NBS發表的計算結果一致。經薛傳惲先生的核實,最后被接受。
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       下邊我引述幾段關于消除系統誤差、誤差分析與設計、測量誤差的外推法、關于基準的準確度等幾段本欄目登過的文章,供先生參考。其中“準確度”就是現在說的“不確定度”。據我考證,現在所稱的“基準不確定度”就是原來稱呼的“基準的準確定”。中國如此,美國也是如此。


補充內容 (2016-5-16 18:39):
最后一行為“基準的準確度”
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史錦順 發表于 2016-5-16 11:18:35 | 只看該作者
(續前文)
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引文1 《史氏測量計量學說》  (征求意見稿第八章)
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       8.3  消除系統誤差,提出“雙探針法”
       原蘇聯的微波標準方案,是滑動標準負載。主要誤差項是接頭等的固有反射誤差。該誤差項等于反射系數模值與反射角余弦的乘積。
       余弦角與反射波的行程有關。改變行程1/4波導波長,反射角改變180度,則反射角余弦反號。注意到這一點,就可以消除該項誤差。
       在標準波導段上,設置兩個探頭,相距1/4λg。在兩個探頭上測得兩個反射系數,取兩個反射系數的平均值,則消除了固有反射誤差。
       這就是定度標準負載的雙探針法。1966年初,在全國新產品展覽會上展出。其中滑動式標準負載由大華儀器廠生產。
       消除系統誤差的“變相位正負抵消”法,后來被誤差理論專家肖明耀(曾參加該項目鑒定會)寫入誤差理論書中。
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       8.4 選取光路減小系統誤差
       熱軋鋼板生產線上用的激光測厚儀,是幾個年輕人的研制項目。負責人陳為民請我審查方案。我提出兩點:1 誤差分析結果,必須簡化,要能提出對加工的具體要求;2 鋼板傾斜誤差是正切關系,小角度正切近似等于弧度,此項誤差等于傾斜弧度,誤差過大。這第二點,使方案不能成立。
       經過幾天的琢磨,我提出改進辦法。倒換一下光路,將“斜入射、垂直檢測”改為“垂直入射、斜檢測”,于是,鋼板傾斜誤差,由正切變為傾斜角余弦與1之差,而小角度的余弦等于1減弧度的平方,則此項誤差變成弧度的平方。弧度是百分之幾,弧度平方是萬分之幾,這樣,該項誤差就可略了。此機后來正規生產,并有出口。
       這里還有一點,體現誤差分析的作用。美國人的方案,鑒于橫梁的溫度效應將引入測量誤差,于是用溫度系數小的石英制作橫梁。我的誤差分析結果是,橫梁與立柱的誤差符號相反,用同樣的材料(鑄鐵)二者誤差有相互抵消作用。美國的方案,顧了橫梁而忘了立柱(因強度問題,立柱不能用石英材料),橫梁用石英材料,代價高、不結實,又破壞了誤差的抵消作用。
       我們的方案,誤差小、牢固而成本低。美國的報價是本機售價的5倍。
       8.5 驗證誤差公式的外推法
       誤差公式是靠誤差分析推導出來的。誤差公式應該經過實驗證明。
       由于誤差量通常很小,而測量儀器的分辨力有限,誤差公式通常不能直接測量證明。外推法的要點是故意設置誤差項的數值,達原值的幾十倍到幾百倍,就可用通常的較精密的儀器判別了。
       在推導矢量網絡分析儀(核心是雙定向耦合器)的全解時,我發現:理論上信號源的反射不引入反射系數的測量誤差。而美國的矢量網絡分析儀有“信號源反射誤差”項,等于信號源反射與被測反射系數的乘積(這對單定向耦合器反射計是對的)。
       我的理論分析結論,是矢量網絡分析儀的信號源反射不引入測量誤差。這與國際上的認識相反。誰對誰錯,必須用實驗來判別。
       做實驗的方法是夸張信號源的反射系數。通常的信號源反射系數為小于0.05,直接測量,鑒別力低。我用一段焊錫絲纏在一個同軸線接頭的內導體上,使產生0.3的反射并測準。先用正常信號源(反射小于0.02),測一滑動反射體,得反射系數r(A);將反射系數為0.3的接頭接在信號源出口處(等效信號源反射系數為0.3),再測那個滑動反射體,得反射系數r(B)。實驗結果是r(A)r(B)相等,證明對矢量網絡分析儀(雙定向耦合器)來說,沒有“信號源反射”這項誤差。
       1967年,為編寫測量線檢定規程,我清理說明書、教科書上的微波測量線的誤差公式,證實了幾種,否定了幾種,用的都是外推法(《測量線檢定與誤差公式判別》無線電技術1976.10)。
       建立基準,依靠誤差公式,外推法更顯得重要
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史錦順 發表于 2016-5-16 11:33:51 | 只看該作者
史錦順 發表于 2016-5-16 11:18
(續前文)--------------------------------------------------------引文1 《史氏測量計量學說》  (征 ...

引文2 《駁不確定度論一百六十篇集》       

[6.13] 論準確度-與網友討論(13)   
(一)準確度是根本
       準確是計量的宗旨。
       測量講究準確,準確是測量的精髓;計量以標準的準確,保障測量儀器的準確,準確是計量的命脈。
       準確度是準確性的定量表達。準確性用誤差來衡量。誤差是測得值與真值的差距。測得值減真值的差是誤差元;誤差元絕對值的最大值是誤差范圍。誤差范圍就是準確度。
       測量的目的是準確地認識量值,是獲得準確度夠格的測得值。測量的結果是真值范圍,包括測得值和誤差范圍。誤差范圍是準確度。準確度是測量結果的要素之一。準確度是測量的水平。
       測量的誤差范圍取決于測量儀器的誤差范圍。測量儀器的準確度就是測量的準確度。
       準確度是測量儀器的性能,是測量儀器水平的標志。
       準確度是計量水平的標志。
       準確度是標準的性能,是標準水平的標志。
       準確度是基準的性能,是基準水平的標志。
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       測量靠測量儀器,測量儀器靠計量,計量靠標準……標準靠基準。下級依靠上級,依靠的就是上一級的更高的準確度。最高的依靠是基準,基準的準確度是整個計量系統的根基,是所有測量工作的根基。
       整個測量計量領域,準確度是根本。
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(二)各種場合的準確度
1 測量的準確度
       測量的目的是獲得準確度夠格的測得值。測量儀器的誤差范圍,就是測量的誤差范圍,測量儀器的準確度就是測量的準確度。
測量給出的測量結果,必須包括兩個要素:測得值和誤差范圍。二者構成真值范圍。真值范圍就是測量結果。
       測量要正確選擇測量儀器。基礎測量(常量測量或慢變化量測量),要選用準確度夠格的測量儀器。測量儀器的準確度,有的就稱準確度,有的稱誤差范圍(或稱最大允許誤差,誤差限,極限誤差)。統計測量(快變化量測量),測量儀器的誤差范圍要小于被測量變化量的1/3.
       要正確使用測量儀器,要閱讀說明書,要滿足儀器對環境條件的要求。要查驗檢定證書。
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       這里講的是直接測量的一般情況。如果有輔助儀器。要考慮其影響。如果測量條件超出測量儀器的使用條件,要加入額外誤差。間接測量要考慮誤差傳遞。
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2 測量儀器的準確度
       測量儀器的準確度就是測量儀器的誤差范圍。
       測量儀器的準確度十分重要。
       測量儀器的準確度,就是測量的準確度。測量者依此而選定儀器,依此而給出測得值的誤差范圍。
       計量,是為測量儀器的準確度服務的。
       測量儀器的準確度如何確定,詳見《誤差范圍是測量儀器性能-與網友討論(9)》一文。
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       國際規范《JCGM-VIM 2008》規定,測量儀器的性能由上級計量部門給出。這是不負責任的說法。計量是檢驗,是認可;測量儀器的性能必須由制造者確定。計量只能是抽樣檢查驗證。把責任推給計量部門,既不合理,也行不通。這種不著邊的空想,國際計量局的權威們,竟也說得出,奇怪。
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3 標準的準確度
       標準的誤差范圍就是標準的準確度。標準準確度的確定同于測量儀器。而由上一級計量部門檢驗認可。
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4 基準的準確度
       基準的準確度是基準的實際值(真值)與標稱值的偏差范圍,是基準的真值范圍。
       基準是最高的計量標準,其上無更高的標準。
       基準的準確度,以誤差分析的方法確定。理論分析的各項誤差,要經過實際測量。通常采取擴大法,即把誤差因素擴大幾倍到數十倍,證明理論公式,再代入實際誤差因素值,以算出該誤差分量。
       要計入基準本身的量值變化。因此,基準的準確度常是量值變化量與測量誤差的綜合。
       基準的準確度的確定與證實,是復雜的專門的學問。基準的建立,由杰出的專家完成,又經更權威的專家組確認。通常還要進行國際比對。
       歷史證明,基準的準確度毋庸置疑。
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史錦順 發表于 2016-5-16 11:54:15 | 只看該作者
史錦順 發表于 2016-5-16 11:33
引文2 《駁不確定度論一百六十篇集》      

[6.13] 論準確度-與網友討論(13)   

(續前文)
[6.14] 基準的準確度-與網友討論(14)
(一)什么是準確度
       常量測量領域,準確度是準確性的定量表達。準確性用誤差來衡量。誤差是測得值與真值的差距。測得值減真值的差是誤差元;誤差元絕對值的最大值是誤差范圍。誤差范圍就是準確度。測量的目的是準確地認識量值,是獲得準確度夠格的測得值。測量的結果是真值范圍,包括測得值和誤差范圍。準確度(誤差范圍)是測量結果的要素之一。準確度是測量的水平。
       測量的誤差范圍取決于測量儀器的誤差范圍。測量儀器的準確度就是測量的準確度。準確度是測量儀器的性能,是測量儀器水平的標志。準確度是計量水平的標志。準確度是標準的性能,是標準水平的標志。準確度是基準的性能,是基準水平的標志。
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       變量測量領域,測量儀器的誤差可以忽略,測得值就是被測量值,測得值與真值簡并而稱量值。量值與標稱值(或要求值)之差稱偏差。偏差絕對值的最大可能值是偏差范圍,偏差范圍就是準確度。

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(二)測量儀器該有準確度
       測量儀器的誤差,就是測量儀器給出的測得值的誤差。測量N次,有N個測得值,有N個誤差元。測得值的平均值與真值之差是系統誤差,誤差元的變化部分是隨機誤差。由貝塞爾公式算出的西格瑪是隨機誤差的表征量。系統誤差與3倍西格瑪合成為誤差范圍,它是誤差元絕對值的概率為99.7%的最大可能值。
       誤差范圍就是準確度。
       測量儀器生產廠必須能夠獨立確定測量儀器的準確度。此準確度還要經過計量認證。
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       誤差范圍取決于誤差因素。生產廠通過控制誤差因素來保證誤差范圍。測量儀器的準確度由設計、制造、本廠計量檢驗各個環節鑄就,不能依賴上級計量部門。上級計量部門的責任是認定并向社會公證。
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       用已知準確度的測量儀器測量被測量,就知道了測得值的誤差范圍,也就知道了真值范圍,那就是測得值加減誤差范圍。被測量的真值在真值范圍內。例如儀器的準確度是0.5%,測得值為M,則真值在M(1±0.5%)的范圍
之內。真值小,小不過M(1-0.5%);真值大,大不過M(1+0.5%)。
       準確度(誤差范圍)的重要意義是指明了以測得值為中心的真值的范圍。

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(三)基準應該而且必須有準確度
       我國有關規范是《JJF1180-2007時間頻率計量名詞術語及定義》。有下劃線的是原文
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       3.22 頻率準確度
      頻率偏差的最大范圍。表明頻率實際值靠近標稱值的程度。用數值定量表示時,不帶正負號。如一個頻標頻率標稱為5MHz,頻率準確度為2×10^-10,其含義是頻率實際值可能高,但不會高出2×10^-10,也可能低,但不會低出2×10^-10,即頻率實際值f滿足下式:5MHz(1-2×10^-10)≤f≤5MHz(1+2×10^-10)。
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       這是2007年制定的我國計量規范,中國的計量部門應該執行。
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       基準的準確度來自它所依據的物理原理。
       確定基準的準確度,是基準研制的基本任務。沒有準確度,就沒資格稱為基準。
       如果基準沒有準確度,哪有資格傳遞量值?
       測量的準確性靠什么?測量靠儀器(包括量具)。測量儀器靠標準。標準靠更高的標準……全部測量計量的準確,靠的是基準的準確。基準必須有準確度!
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       如果基準沒有準確度,各級標準就談不上準確,測量就談不上準確,整個測量計量鏈就垮了。
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       基準的準確度,就是基準的誤差范圍。是基準輸出量值的可能范圍,即圍繞基準標稱值的范圍。是基準真值與標稱值偏差絕對值的一定概率意義下的最大可能值。基準的準確度由誤差的分析與綜合確定。
       說“基準沒有準確度”,等于否定所有標準、所有測量儀器的準確性能。這種說法,太不該了。這等于否定測量計量的一切。“基準沒有準確度”,這是無論如何也說不通的奇談怪論,居然還有人贊成,真是不辨是非。
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       這種說法的本質,第一是錯把特定的誤差元當誤差范圍。以為測得值減真值是準確性的唯一表達,不知有誤差范圍一說。要知道,把一個誤差元當做準確度,歷史上從來就是不允許的。想一想貝塞爾公式就會明白,一個值不夠,必須用大量值的統計特性才能表達分散性(隨機誤差),再加上偏離特性(系統誤差)才能構成誤差范圍,才能表達準確性。
       這種說法的本質,第二是錯把基準的真值組(真值群體)當成一個值。經典測量理論建立在常量測量的條件下。銫原子時間頻率基準的量值,是極穩定的。但由于各種因素的影響,它不可能是絕對的常量。它穩定到10的-14量級,是夠穩定的了,但從10的-15的量級上看,它還是變量。變量元與標稱值的差是偏差元,偏差元的平均值是系統偏差元,圍繞平均值的變化部分是隨機偏差元。隨機偏差元由貝塞爾公式構成隨機偏差范圍,隨機偏差范圍與系統偏差范圍構成總偏差范圍。總偏差范圍簡稱偏差范圍,就是準確度。一臺原子頻標的準確度,由它的物理原理、結構特性以及各種物質因素確定,與有沒有更準確的頻標沒有關系。因此,銫基準NIM4的準確度是確定的,與有沒有更準確的NIM5,沒有關系。
       說有了下一代的基準,才能知道本代基準的準確度是錯誤的。

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       現在說的“基準的不確定度”就是原來說的“基準的準確度”。中國如此,美國也是如此。本網的規矩灣錦苑先生竟說人家都弄錯了,真是不知天高地厚。自己沒接觸過基準的研制工作,就不要隨意插嘴了。




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 樓主| wifred 發表于 2016-5-17 10:25:57 | 只看該作者
感謝史先生的回復,我還是有點疑惑,想請教一下。您的回帖中講您曾經參加過NIM1的研制工作,那么在評定其不確定度時,有很多不確定項,這些不確定項目的來源又是基于目前已知的物理原理及其他測量基準定出的。比如說我目前要實現的基準使用的是原理A完成,但是在實現的過程中,必須要有實際的實現方式(儀器),那么構成儀器結構的尺寸、操作環境等物理量的不確定度的給出是基于其他基準(比如長度等),而長度的基準卻又由時間基準確定,這一點怎么處理?似乎有點循環的意思。這是其一。其二,原理A影響因素(不確定度來源)是由目前已知物理原理情況確定的,那么如何保證原理A的正確性?(驗證原理A的正確性?似乎沒有更加準確的儀器來進行測量驗證)。以上想法不知是否正確,盼您答疑解惑,謝謝!
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史錦順 發表于 2016-5-18 10:53:15 | 只看該作者
wifred 發表于 2016-5-17 10:25
感謝史先生的回復,我還是有點疑惑,想請教一下。您的回帖中講您曾經參加過NIM1的研制工作,那么在評定其不 ...

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       1 基準是復現單位定義值的裝置。最根本的要求是穩定不變。
       有的基準是實物基準,如國際千克原器(質量)、原來的長度基準鉑銥合金米尺(長度)、地球自轉周期(時間)等。那是經典的實物基準時代。
       上世紀60年代,實物基準開始向自然基準過渡。最先實現的是時間基準。秒定義為銫-133原子基態的兩個超精細能級(4.0)(3.0)之間躍遷所對應的輻射的9192631770個周期的持續時間。(非規整的數值是為了與此前的秒量值的貫通。)
       單位的定義值是人的一種規定。近代,單位定義值由國際計量大會決定。
       基準的準確度(現在又稱不確定度),是指基準的實際值與定義值之差的范圍,即偏差范圍。
       基準的量值主要取決于其物理機制。銫躍遷的頻率很高,約9.2GHz,而帶寬(量子物理稱線寬)很窄。如帶寬為100Hz,在伺服(控制系統)中對100Hz控制到10%,是容易的。這就有1E-9的準確度了。就是說,對銫鐘,只要工作,有躍遷,就不低于1E-9,而地球鐘只能達到1E-8.
       最初,商品小銫鐘準確度1E-11、大銫鐘(主要是帶寬窄)準確度1E-12(半世紀前水平),細致的誤差分析,都是錦上添花(達到更高的準確度)的問題。
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       2 銫基準的量值是獨立的,不依賴其他基準。具體機理、機構以及影響等,都是通過與“帶寬”有關的大數值比例轉換,因而其他測量的準確度影響極微。我在參與小銫鐘的研制時,負責波導腔體的設計與測量,必須對波導尺寸公差的影響做出分析和測量。波導腔體的帶寬約幾十兆赫,而銫鐘帶寬為幾百赫,二者比約10的5次方。波導尺寸公差包括溫度引入的尺寸變化,其對波導腔頻率的影響通過帶寬比的平方而影響銫鐘頻率,就是10的10次方分之一,因此,影響是很小的。
      另如溫度影響,對晶體鐘,是很嚴重的。因為石英晶體的振蕩頻率直接決定于晶體尺寸。選擇切割形式,可以減小溫度系數。雙層恒溫,消弱環境溫度影響。再防范,天氣溫度變化20℃,也可能有1E-9的變化(機器在有溫控的室內)。而且,頻率決定于長度,其量值是不獨立的。銫原子鐘,機理是原子躍遷,其頻率與溫度無關。我用過15年的HP5061A,環境溫度條件是0℃到+40℃,就是說,溫度影響可略(機器本身不恒溫,也不要求環境恒溫)。同樣是頻率標準,由于機理不同,溫度的影響要相差百萬倍以上。所以不要泛泛地談其他量值的影響。
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       3 上文談過,誤差公式與外推證明法,對基準的建立十分重要,不再細說。
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       4 當代的基準,要進行國際比對。銫基準的比對,通過發播或接收,比對十分方便。各國獨立研制,而發播或接收的頻率,能極其一致,說明大家都準確。這是不必質疑的。
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       5 單位的定義是人為的,就物理量的量值來說,單位是參考標準,因此基準也只是個參考標準。基準的量,只起全國量值一致的作用,不影響對物理規律的表達。兩千二百多年前的“秦權”就是那個時代的質量(即重量)基準。
       定義值,是量值體系金字塔的最高點,卻是人為的定義。真值是量值與定義值的比較結果,是客觀量。而這種比較只能通過標準來實現。因此真值是絕對的(客觀存在,可以認識),但又是相對的(沒法同定義比,只能同接近定義值的標準比)。人們認識到的量值是相對真值,但“相對”二字的參考標準是絕對真值。
       相對真值就是真值,這就是關于真值的辯證法。說真值,就絕對化,說真值一定是絕對真值,忘記了真值的相對性,是不對的:而當今國際上的一股逆流,否定真值的客觀性和可知性,以致跌入“不可知論”的深淵,則更是嚴重的錯誤。
       絕對性與相對性,是相互依存的。它們間也有矛盾,要靠實踐來解決。根本點就是滿足人們的實際需要。
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       基準的問題,可以了解些,但深究沒有必要。擔心基準“準還是不準”,這是“杞人憂天”,沒必要。測量計量的許多問題,都很有實際意義,很需要人們去研究。如我提出的誤差合成的見解,也就是現在同常稱呼的“不確定度合成”問題,倒是很值得考究。知道先生有“探究”的興趣,何不考慮些大眾性的課題?就“基準”的話題,我就不再回貼了。我不是教師,沒有答疑的義務。就自己所知,愿盡點義務,但得我認為有必要。
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9#
規矩灣錦苑 發表于 2016-5-20 09:14:21 | 只看該作者
本帖最后由 規矩灣錦苑 于 2016-5-20 09:23 編輯

  我不是搞時間頻率計量的,無法深入參加時間頻率計量技術討論,但就史老師所說的“基準的不確定度”就是原來說的“基準的準確度”的說法,可以發表我的看法,供史老師和量友們討論時參考:
  我們必須明確一點,某種量的“基準”,該種量的量值就是由那個基準體現或定義的,而且是“唯一”的,量的定義會隨著基準的進步而改變。JJF1001規定“與量的定義一致的量值”稱為量的“真值”,日常測量的被測量通常是常量,“在基本常量的這一特殊情況下,量被認為具有一個單一真值”。而“真值”是沒有誤差或測量誤差為0的量值。測量誤差為0的量值是最為準確的量值,其不準確性為0,因此基準不存在準確性的問題。
  可是,大家也都知道,基準在體現或模擬量值的過程是一個測量過程,這個過程的結果就是“測量結果(測得值)”。測量過程使用了測量人員、測量設備、測量原理、測量環境,不論測量人員水平多高,測量設備多先進,測量原理多科學,測量環境控制多嚴格,總能在測量過程未實施前,通過有關測量過程的“有用信息”評估出測量結果的不確定度。這說明基準復現的“真值”雖然“誤差為零”,但“測量不確定度卻不為零”。
  過去之所以把基準復現量值的不確定度稱“基準的準確度”,是因為那時只有“誤差”概念而沒有“不確定度”概念,將“不確定度”也就誤稱為了“誤差”,將測得值的“可信性”(又稱可靠性)也誤稱為“準確度”,造成現在有的人誤差和不確定度不分,準確和可靠不分的錯誤。計量學發展到現階段,不確定度應時而生,人們才如夢初醒,頓悟了誤差與不確定度并非一回事,準確性和可靠性也并非一回事的道理。其實“基準的不確定度”說的是“基準的可靠性”,并非“基準的準確度”。因受長期以來傳統理念影響,思維慣性不是一朝一日就可以改變的,很多人,包括我們業內有的權威人士和部門時不時的還有一些模糊認識,有一些反復,是可以理解的。科學發展歷史規律告訴我們,隨時間坐標軸的延伸,新的科學理論和認識論終將成為主流,人們對誤差和不確定度的區分,對誤差理論應用和不確定度評定方法應用的區分,一定會越來越清晰,越來越明確,對不確定度的應用也一定會越來越得心應手。
10#
 樓主| wifred 發表于 2016-5-20 22:29:40 | 只看該作者
規矩灣錦苑 發表于 2016-5-20 09:14
  我不是搞時間頻率計量的,無法深入參加時間頻率計量技術討論,但就史老師所說的“基準的不確定度”就是 ...

感謝史先生和規矩灣先生的回復,在規矩灣先生的回復中提到“基準在體現或模擬量值的過程是一個測量過程,這個過程的結果就是“測量結果(測得值)”。測量過程使用了…………但“測量不確定度卻不為零”。”    基準的實現過程確實存在各種因素的影響,但是確認存在哪些因素的影響是基于目前已知的科學原理的,而且在實現過程中,也很可能還有其他量混入,那么,1、如何判定基準實現原理是否正確?是否有其他沒有考慮到的影響因素存在?(沒有比基準更準的了);2、由于存在其他量的混入,而其他量與本基準的實現量之間又有一定的關聯,是否會存在和基準不確定度相互耦合影響情況存在?謝謝!
11#
規矩灣錦苑 發表于 2016-5-21 00:49:05 | 只看該作者
wifred 發表于 2016-5-20 22:29
感謝史先生和規矩灣先生的回復,在規矩灣先生的回復中提到“基準在體現或模擬量值的過程是一個測量過程, ...

  首先必須明確一個原理,即準確性是用誤差大小量化評判的。基準復現的值被定義為某量的“真值”,因此就沒有誤差。如果說基準復現的值有誤差,就一定存在著比用這個基準復現方法之外另一個測量方法的測得值更為準確的值,那么這個基準就不能再是基準了,另一個測量設備必取代這個基準的地位,成為新的基準。長度計量“米”的基準發展史是最典型的實例,國際計量局主席在今年國際計量日致辭中提到,不久質量量值的基準也將被新的基準所替代,質量量值公斤的定義也將改變。建立了這個理念,接下來對你提的兩個問題,我的回答如下:
  1、如何判定基準實現原理是否正確?是否有其他沒有考慮到的影響因素存在?
  這個問題的核心仍然是“還有沒有比基準更準的”東西了。前面已經說過,基準不講準確性問題,因此有沒有比當前基準更準的東西就不再是問題,可以明確地回答當前沒有比基準更準確的東西了。
  那么也許有人要問,如果不講準確性,當基準復現的量值與另一個測量設備的測得值存在不同時,怎么判定基準一定是正確的,測量設備一定是有誤差的呢?判定的量化參數就是“測量不確定度”。不確定度越小的測量方法越可信,越可信的測量方法得到的測得值也就越可信,我們應該相信最可信的值。基準的測量不確定度最小,因此可以相信基準復現的值,那么存在的誤差一定是測量設備的。
  2、由于存在其他量的混入,而其他量與本基準的實現量之間又有一定的關聯,是否會存在和基準不確定度相互耦合影響情況存在?
  不確定度的評定,一定要用測量過程的各“有用信息”進行估計。所謂“有用”應該是全面的、真實的、有真憑實據的信息,且與被測量(作為輸出量)有關聯的所有輸入量有關。因此,你所說的“存在其他量的混入”,這個其他量就是輸入量之一,評定輸出量的不確定度是一定要考慮的,不能遺漏。
12#
 樓主| wifred 發表于 2016-5-21 13:47:57 | 只看該作者
規矩灣錦苑 發表于 2016-5-21 00:49
  首先必須明確一個原理,即準確性是用誤差大小量化評判的。基準復現的值被定義為某量的“真值”,因此 ...

感謝規矩灣先生的回復,
關于第一個問題,基準的不確定度的評定是要根據影響因素評定的,而影響因素的確定也是由目前已知的科學原理確定的,會不會有其他沒有考慮到的影響因素存在導致了基準不確定度評定的時候漏評?
關于第二個問題,我指的混入是指,比如,A量的基準是基于B量基準的,那么我在實現B量基準時(儀器實現),很可能需要測量A量,并以此評估B基準的不確定度,而A量的基準是基于B量基準的,似乎有點循環?我也不知道理解的是否正確,請您指正。
13#
規矩灣錦苑 發表于 2016-5-21 14:43:13 | 只看該作者
wifred 發表于 2016-5-21 13:47
感謝規矩灣先生的回復,
關于第一個問題,基準的不確定度的評定是要根據影響因素評定的,而影響因素的確 ...

  第一個問題,“基準的不確定度評定是要根據影響因素評定的,而影響因素的確定也是由目前已知的科學原理確定的”,這就說到了點子上。至于會不會有其他沒有考慮到的影響因素存在導致了基準不確定度評定的時候漏評,這的確誰也說不清,只要根據“目前已知的科學原理”考慮周全了,也就夠了。人類的認識總是不斷地在完善,所以“基準”也在不斷地進步和改變。
  第二個問題,進行不確定度評定必須明確輸出量與輸入量,要始終把握不確定度評定的對象是輸出量,戰略戰術是對輸入量各個擊破。假設評估C量基準的不確定度,C量基準復現量值時需要A、B兩個量,A、B兩個量的基準不同,A量基于B量的基準復現值,B量基準復現量值時又需要測量A量,如何評估C量基準的不確定度?那就必須根據“目前已知的科學原理”,推導出輸出量C與輸入量A、B之間的關系,確定“測量模型”,然后根據測量模型確定的函數關系逐個評估輸入量A和B給輸出量C引入的標準不確定度,合成后乘以包含因子k,即可得到C量的擴展不確定度。
14#
 樓主| wifred 發表于 2016-5-21 15:38:05 | 只看該作者
規矩灣錦苑 發表于 2016-5-21 14:43
  第一個問題,“基準的不確定度評定是要根據影響因素評定的,而影響因素的確定也是由目前已知的科學原 ...

感謝規矩灣先生的回復,第二個問題我還有點疑惑,如果C量基準復現量值時需要A、B兩個量,而A量基準復現時需要C量怎么辦?這種情況會不會出現?這時候會有點循環,怎么解決?
15#
規矩灣錦苑 發表于 2016-5-21 15:58:17 | 只看該作者
wifred 發表于 2016-5-21 15:38
感謝規矩灣先生的回復,第二個問題我還有點疑惑,如果C量基準復現量值時需要A、B兩個量,而A量基準復現時 ...

  任何一個測量模型的輸出量和輸入量都是有聯系的。例如V=L/t,可以是測得L和t,從而得到V,但也可以測得V和t,得到L,或測得V和L,得到t。因此要進行不確定度評定,首先就必須明確輸出量(被測量)到底算什么。將需要測得輸出量才能得到的輸入量的那個表達式,代人初始測量模型中的那個輸入量,再利用等式變換將輸出量整理到一起,就得到了一個新的測量模型,這個過程被描述為:用于不確定度評定的測量模型應推導到不能再推導為止。
16#
 樓主| wifred 發表于 2016-5-21 16:13:38 | 只看該作者
規矩灣錦苑 發表于 2016-5-21 15:58
  任何一個測量模型的輸出量和輸入量都是有聯系的。例如V=L/t,可以是測得L和t,從而得到V,但也可以 ...

您說的沒錯,以您的例子為例,V=L/t,可以是測得L和t,從而得到V,假定這是V基準的實現原理,在實現的過程中,必然要實現L和t,而L、t分別有各自的基準,評估L、t量的不確定度的時候是基于L基準和t基準的不確定度傳遞的。問題是如果L基準、t基準的實現依靠于V基準怎么辦?不知我想的是否正確?
17#
規矩灣錦苑 發表于 2016-5-21 21:25:31 | 只看該作者
wifred 發表于 2016-5-21 16:13
您說的沒錯,以您的例子為例,V=L/t,可以是測得L和t,從而得到V,假定這是V基準的實現原理,在實現的過 ...

  呵呵,我還真的沒有遇到過你說的類似測量問題,不妨請你舉個具體例子我們共同討論一下。
18#
csln 發表于 2016-5-22 17:57:51 | 只看該作者
19#
csln 發表于 2016-5-22 17:58:50 | 只看該作者
叫頻率準確度也好,叫頻率不確定度也罷,其本質就是不確定度,這是基本事實,是無法改變的,由頻率準確度改稱頻率不確定度只不過是回歸本源而已
20#
規矩灣錦苑 發表于 2016-5-23 21:38:17 | 只看該作者
  贊成19樓觀點。“偏離值消除后,總的合成不確定度即稱為頻率準確度”,本身就是把錯誤稱為“準確度”的東西回歸到不確定度的本源而已。
  “偏離值消除”是不確定度評定的先決條件,“總的合成不確定度”是“復現值”這個測量結果的合成不確定度,其本質是被測銫噴泉鐘復現的頻率真值所在區間的半寬,而并非測得值誤差范圍的半寬,本不該稱為“準確度”的東西,頻率計量界老祖宗們已定義為“準確度”,后人們就不能不將錯就錯,如同力學計量界老祖宗把壓強錯誤地定義為壓力,電學老祖宗把電流方向錯誤地確定為正極流向負極一樣,后人只能口頭和書面接受和延續。但在接受、延續和使用中,我們一定要明白其中的“本源”是什么,而不能在科學理論上也認可這種錯誤。
21#
 樓主| wifred 發表于 2016-5-26 13:54:13 | 只看該作者

問題就在這個地方,在求各項因素造成的偏離值及其不確定度的時候需要用到一些值,而這些值的基準會不會使用了時間這個基準?這該怎么處理?
22#
規矩灣錦苑 發表于 2016-5-26 22:29:58 | 只看該作者
wifred 發表于 2016-5-26 13:54
問題就在這個地方,在求各項因素造成的偏離值及其不確定度的時候需要用到一些值,而這些值的基準會不會使 ...

  基準復現量值的過程又反過來使用了基準進行復現,似乎不可理解,請詳細說明或舉例說明。
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