[02-19] 淺談測量不確定度與誤差的區(qū)別

測量不確定度和誤差是計(jì)量學(xué)中研究的基本命題，也是計(jì)量測試人員經(jīng)常運(yùn)用的重要概念之一。它直接關(guān)系著測量結(jié)果的可靠程度和量值傳遞的準(zhǔn)確一致。然而很多人由于概念不清，很容易將二者混淆或誤用，本文結(jié)合學(xué)習(xí)《測量不確定度評定與表示》的體會，著重談?wù)劧咧g的不同之處。
　
　    首先要明確的是測量不確定度與誤差二者之間概念上的差異。
　
　    測量不確定度表征被測量的真值所處量值范圍的評定。它按某一置信概率給出真值可能落入的區(qū)間。它可以是標(biāo)準(zhǔn)差或其倍數(shù)，或是說明了置信水準(zhǔn)的區(qū)間的半寬。它不是具體的真誤差，它只是以參數(shù)形式定量表示了無法修正的那部分誤差范圍。它來源于偶然效應(yīng)和系統(tǒng)效應(yīng)的不完善修正，是用于表征合理賦予的被測量值的分散性參數(shù)。不確定度按其獲得方法分為A、B兩類評定分量。A類評定分量是通過觀測列統(tǒng)計(jì)分析作出的不確定度評定，B類評定分量是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)或其他信息進(jìn)行估計(jì)，并假定存在近似的“標(biāo)準(zhǔn)偏差”所表征的不確定度分量。
　
　    誤差多數(shù)情況下是指測量誤差，它的傳統(tǒng)定義是測量結(jié)果與被測量真值之差。通常可分為兩類：系統(tǒng)誤差和偶然誤差。誤差是客觀存在的，它應(yīng)該是一個(gè)確定的值，但由于在絕大多數(shù)情況下，真值是不知道的，所以真誤差也無法準(zhǔn)確知道。我們只是在特定的條件下尋求最佳的真值近似值，并稱之為約定真值。
　
　    通過對概念的理解，我們可以看出測量不確定度與測量誤差的主要有以下幾方面區(qū)別：
　
　 一.評定目的的區(qū)別：
　
　 測量不確定度為的是表明被測量值的分散性；
　
　 測量誤差為的是表明測量結(jié)果偏離真值的程度。
　
　 二.評定結(jié)果的區(qū)別：
　
　 測量不確定度是無符號的參數(shù)，用標(biāo)準(zhǔn)差或標(biāo)準(zhǔn)差的倍數(shù)或置信區(qū)間的半寬表示，由人們根據(jù)實(shí)驗(yàn)、資料、經(jīng)驗(yàn)等信息進(jìn)行評定，可以通過A，B兩類評定方法定量確定；
　
　 測量誤差為有正號或負(fù)號的量值，其值為測量結(jié)果減去被測量的真值，由于真值未知，往往不能準(zhǔn)確得到，當(dāng)用約定真值代替真值時(shí)，只可得到其估計(jì)值。
　
　 三.影響因素的區(qū)別：
　
　 測量不確定度由人們經(jīng)過分析和評定得到，因而與人們對被測量、影響量及測量過程的認(rèn)識有關(guān)；
　
　 測量誤差是客觀存在的，不受外界因素的影響，不以人的認(rèn)識程度而改變；
　
　 因此，在進(jìn)行不確定度分析時(shí)，應(yīng)充分考慮各種影響因素，并對不確定度的評定加以驗(yàn)證。否則由于分析估計(jì)不足，可能在測量結(jié)果非常接近真值(即誤差很小)的情況下評定得到的不確定度卻較大，也可能在測量誤差實(shí)際上較大的情況下，給出的不確定度卻偏小。
　
　 四.按性質(zhì)區(qū)分上的區(qū)別：
　
　 測量不確定度不確定度分量評定時(shí)一般不必區(qū)分其性質(zhì)，若需要區(qū)分時(shí)應(yīng)表述為：“由隨機(jī)效應(yīng)引入的不確定度分量”和“由系統(tǒng)效應(yīng)引入的不確定度分量”；
　
　 測量誤差按性質(zhì)可分為隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差兩類，按定義隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差都是無窮多次測量情況下的理想概念。
　
　 五.對測量結(jié)果修正的區(qū)別：
　
　 “不確定度”一詞本身隱含為一種可估計(jì)的值，它不是指具體的、確切的誤差值，雖可估計(jì)，但卻不能用以修正量值，只可在已修正測量結(jié)果的不確定度中考慮修正不完善而引入的不確定度；
　
　而系統(tǒng)誤差的估計(jì)值如果已知?jiǎng)t可以對測量結(jié)果進(jìn)行修正，得到已修正的測量結(jié)果。
　
　一個(gè)量值經(jīng)修正后，可能會更靠近真值，但其不確定度不但不減小，有時(shí)反而會更大。這主要還是因?yàn)槲覀儾荒艽_切的知道真值為多少，僅能對測量結(jié)果靠近或離開真值的程度進(jìn)行估計(jì)而已。
　
　 雖然測量不確定度與誤差有著以上種種不同，但它們?nèi)源嬖谥芮械穆?lián)系。不確定度的概念是誤差理論的應(yīng)用和拓展，而誤差分析依然是測量不確定度評估的理論基礎(chǔ)，在估計(jì)B類分量時(shí)，更是離不開誤差分析。例如測量儀器的特性可以用最大允許誤差、示值誤差等術(shù)語描述。在技術(shù)規(guī)范、規(guī)程中規(guī)定的測量儀器允許誤差的極限值，稱為“最大允許誤差”或“允許誤差限”。它是制造廠對某種型號儀器所規(guī)定的示值誤差的允許范圍，而不是某一臺儀器實(shí)際存在的誤差。測量儀器的最大允許誤差可在儀器說明書中查到，用數(shù)值表示時(shí)有正負(fù)號，通常用絕對誤差、相對誤差、引用誤差或它們的組合形式表示。例如土0.1PV，土1％等。測量儀器的最大允許誤差不是測量不確定度，但可以作為測量不確定度評定的依據(jù)。測量結(jié)果中由測量儀器引入的不確定度可根據(jù)該儀器的最大允許誤差按B類評定方法評定。又如測量儀器的示值與對應(yīng)輸入量的約定真值之差，為測量儀器的示值誤差。對于實(shí)物量具，示值就是其標(biāo)稱值。通常用高一等級測量標(biāo)準(zhǔn)所提供的或復(fù)現(xiàn)的量值，作為約定真值(常稱校準(zhǔn)值或標(biāo)準(zhǔn)值)。在檢定工作中，當(dāng)測量標(biāo)準(zhǔn)給出的標(biāo)準(zhǔn)值的擴(kuò)展不確定度為被檢儀器最大允許誤差的1／3～1／10時(shí)，且被檢儀器的示值誤差在規(guī)定的最大允許誤差內(nèi)，則可判為合格。
　
　 以上各點(diǎn)是對測量不確定度與誤差之間關(guān)系的一點(diǎn)粗淺理解，敬請同行給予批評指正。