-
統(tǒng)計方式錯位
——不確定度體系的病根
-
史錦順
-
不確定度理論的核心是如下三個相互關(guān)聯(lián)的概念:標準不確定度——合成不確定度——擴展不確定度。這三個概念構(gòu)成的不確定度體系,其總的基礎與來源是不確定度特有的統(tǒng)計方式。
-
測量計量領域的統(tǒng)計方式有兩種:“時域統(tǒng)計”與“臺間統(tǒng)計”。
時域統(tǒng)計的采樣方式,以時刻為變量,一個采樣點對應一個時刻。測量計量中,用一臺儀器,重復測量同一被測量,所進行的測量、計算、表達,就是時域統(tǒng)計。也就是說,對重復測量的統(tǒng)計,是時域統(tǒng)計。
-
有一種情況,是用一臺儀器測量多個被測量,例如,對一批機械零件尺寸的測量、統(tǒng)計。這種統(tǒng)計表達零件尺寸偏差的分布情況,是臺間統(tǒng)計。是對象的臺間統(tǒng)計。
-
在儀器生產(chǎn)廠,檢驗具體一臺儀器的合格性,要進行重復測量,是時域統(tǒng)計。
在儀器生產(chǎn)廠,對某一種型號(規(guī)格)的多臺儀器的誤差的測量與分析,是臺間統(tǒng)計。一個采樣點對應一臺儀器。系統(tǒng)誤差,對各臺不同,呈現(xiàn)分布現(xiàn)象。
-
儀器出廠后,要應用,要計量。在實際應用中,在計量中,特定的一臺儀器,有其系統(tǒng)誤差與隨機誤差。隨機誤差與系統(tǒng)誤差,總效果(誤差范圍)由儀器指標限定。但必定有如下客觀情況:系統(tǒng)誤差是個恒定的值。系統(tǒng)誤差的變化量,通常較小,用長期穩(wěn)定度表達。
-
實際應用的客觀情況是用一臺儀器去進行測量。對這臺儀器來說,系統(tǒng)誤差是恒值。這是基本的事實,是處理誤差合成問題的基礎。
-
不確定度論的基本主張是:系統(tǒng)誤差也是隨機的,也有分布。這種說法,對誤差分析(不確定度分析)來說,只有在“用多臺儀器測量一個量”的時候,才成立。
-
注意,用多臺測量儀器測量一個量,是一種空想,不符合實際。
不確定度論的統(tǒng)計方式是“臺間統(tǒng)計”,是不符合應用測量與計量的客觀情況的。
-
時域統(tǒng)計的重復測量一般要進行10次到20次。相應的“臺域統(tǒng)計”要用10臺到20臺測量儀器。而時頻計量要求統(tǒng)計樣本100個,與時域測量的100次測量相應的臺域統(tǒng)計,要用100臺儀器進行測量,這既無必要,也不可能。
-
不確定度論的統(tǒng)計方式“臺間統(tǒng)計”是統(tǒng)計方式的錯位。錯位的統(tǒng)計方式,使不確定度的基本概念不成立。
-
1 對系統(tǒng)誤差,標準不確定度不成立
GUM在引出不確定度概念時說:稱標準偏差為標準不確定度。對隨機誤差,方差存在、可求,用貝塞爾公式可計算出標準偏差。用標準偏差來定義標準不確定度是沒有問題的。
系統(tǒng)誤差,有方差嗎?這要看統(tǒng)計方式。在生產(chǎn)廠,面對同一型號規(guī)格的100臺儀器,各臺的系統(tǒng)誤差不同。就是說系統(tǒng)誤差隨臺號而變化,是一種變量,沒有特定的規(guī)律,是隨機變量。隨機變量可取方差。各臺標準偏差不同。就是說,系統(tǒng)誤差在臺間是有分布的。這種分布是臺間的分布,對臺間統(tǒng)計有效。如果,接下來用這100臺儀器一起去測量一個量值,那就可以利用系統(tǒng)誤差的這種分布特性。但不會有這種情況發(fā)生。
-
實際情況是,應用者是用一臺儀器去測量。用一臺儀器進行重復測量。應用中的統(tǒng)計是對重復測量的統(tǒng)計。在重復測量中,該臺儀器的系統(tǒng)誤差是個恒值。而恒值的方差為零。系統(tǒng)誤差的標準偏差為零,也就是標準不確定度為零。
有人說系統(tǒng)誤差的可能取值是不同的,因而是隨機的。不對,注意,這里是同一臺儀器,其系統(tǒng)誤差可能大些,也可能小些,但在實際應用的重復測量中,在“時域統(tǒng)計”中,系統(tǒng)誤差是常值,而不是變值。系統(tǒng)誤差在時域統(tǒng)計中,標準偏差必為零。
必為零的標準偏差不能表征系統(tǒng)誤差,因而標準不確定度不能表征系統(tǒng)誤差。因此,對系統(tǒng)誤差來說,標準不確定度的概念不成立。而通常測量儀器的誤差范圍是以系統(tǒng)誤差為主的。標準不確定度不能表征儀器的系統(tǒng)誤差,也就是不能表征儀器的誤差范圍,不能表達儀器的性能。
-
2 合成不確定度不成立
不確定度論的合成,建立在隨機性的基礎上。系統(tǒng)誤差,沒有方差,沒有標準不確定度,因而也就沒法按方差合成,沒法由標準不確定度推演出合成不確定度。合成應是范圍間合成;按方差合成,走不通。決定合成方法的是交叉系數(shù);所謂“相關(guān)系數(shù)”是誤導。假設不相關(guān),是導致錯誤的掩耳盜鈴行為。
-
3 擴展不確定度不成立
沒有標準不確定度,合成不確定度不正確,擴展不確定度就是無源之水、無本之木。
測量計量,幾百年來,包含概率都取99%;在科技大發(fā)展的當今,卻取95%,這是一種倒退行為。
說“以擴展不確定度為半寬的區(qū)間,包含真值”,是一句沒有根據(jù)的話,推導不出來。
擴展不確定度不成立。
-
標準不確定度不成立;合成不確定度不成立;擴展不確定度不成立。根源是統(tǒng)計方式錯位。這是不確定度論的病根。這是沒法修補的。怎辦?廢棄!
-
補充內(nèi)容 (2016-10-2 16:19):
1 中 “各臺標準偏差不同” 改為 “各臺的系統(tǒng)誤差不同”。 |
|