测量不确定度实际应用讲座

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测量不确定度实际应用讲座(一)──测量不确定度及其相关的概念

【作者中文名】肖明耀
  
【作者单位】中国计量科学研究院  
  
【摘要】         
开栏告读者1993年国际计量局（BIPM）、国际电工委员会（IEC）、国际临床化学联合会（ffeC）、国际标准化组织（ISO）、国际理论与应用化学联合会（IUPAC）、国际理论与应用物理联合会（IUPAP）和国际法制计量组织（OIML）等7个国际组织正式发布的“测量不确定度表述指南（GUM）”，为计量标准的国际比对和测量不确定度的统一表述奠定了基础。许多国家的计量实验室、校准实验室、检测实验室和国际组织也相应地以GUM为依据，制定了与它相一致的规定或准则，来规范各自领域中测量不确定度的计算和表达，从而促使科学、技术、商业、工业、卫生、安全和管理等各方面，对测量结果及其质量具有同一认识、理解、评价和比较。这正是全球市场经济发展的需要，人们理应力求适应这一发展着的潮流。为了普及测量不确定度的知识，宣传测量不确定度的实际应用经验，进一步贯彻实施GUM，统一我国对测量不确定度的评定方法，促进GBH19000－ISO9000标准，GB／T19022．l－ISOlllZI标准，GB／T15481－ISO／IEC导则25的贯彻实施，以加速与国际惯例的接轨，提高测量工作中数据分...

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测量不确定度实际应用讲座(二)——测量不确定度的评定方法本文依据BIPM，IEC，IFCC，ISO，IUPAC，IUPAP，OIML七个国际组织于1993年制定并于1995年修订的“测量不确定度表达指南（GuidetotheExpressionofUncertaintyinMeasarement）”，对测量不确定度的计算和表达方法作一介绍。1．常用术语与定义测量不确定度（uncertaintyofmeasarement）：与测量结果相关联的参数，表征合理地赋予被测量值的分散性。标准不确定度（standarduncertainty）：用标准偏差估计值表示的不确定度。A类标准不确定度（typeAstandarduncertainty）或标准不确定度的A类计算方法（typeAevaluationofstandarduncer-tainty）：对一系列测得值进行统计分析计算得到的标准偏差估计值。B类标准不确定度（typeBstandarduncertainty）或标准不确定度的B类计算方法（typeBeva...

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测量不确定度实际应用讲座(三)──长度计量中不确定度的评定
例1用卧式阿贝比长仪测量标称值为150mm的圆棒直径入该测长仪所附玻璃标尺在匕mm处，按检定证书其修正值为c二十o．O历。在重复性条件下，对该由径独立进行了n一班次测量，每次测量部取下该棒并重新安装在仪器的工作台，重新以直径的一端时零，从另端读取测量结果。这个过程包括了：（）再直径过程中找最大示值的随机效应导致的不确定度分量；门）端对零的不确定度分量；（3）另一端读数的不确定度，包括用目镜的平行线对称地调整到标尺标记两侧的不确定度分量，以及视差引起的分量。由这20次独立测量结果所计算出来的实验标准偏差S（dJ，实际上除测量仪器本身的重复性标准偏差。r之外，还包括了上述三个方面因素所导致的不确定度分量。因此，在这一情况下没有必要对这些分量分别评定后进行合成，而可从这n二20次测量结果一次得出合成标准偏差。本例中，由于玻璃标尺检定证书上给出修正值的扩展不确定度U。＝0．SPin，它远小十s（）而可在加上修正值后把它略而不计。这20次的测好结果及其残差比和U气的计算如下表：在列上表时，表头上采用了。；X10’与；，。’X10‘，其目的是使表中数值不致出现一些不必要的“零”导致过于繁琐。此外，如果对d进行过修约，必然...

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测量不确定度实际应用讲座(四)——测力计量中不确定度的评定
1．测量数学模型的建立在机械制造业中，为了正确合理地选择和使用材料，例如金属、非金属、合金、高分子聚合物及复合材料等，都必须知道材料的机械（力学）性能；在对新材料、新工艺的科学研究中，也需要测定材料的各项机械性能。而这些力学性能试验的数据是否准确可靠，与所用计量仪器是否准确以及测量不确定度评定是否合理密切相关。例如，在常用的材料拉伸试验中，一般采用圆形截面试棒，利用拉力试验机或万能试验机，以受控的速率施加拉向力并测量拉断试棒所需的最大作用力（负荷）。抗拉强度。等于试验过程中的最大作用力F与试律原有截面积A之比：。＝（F／A）T，i（l）式中抗拉强度。的单位为N／nun’，截面积A的单位为nunz，拉力F的单位为N，下标T是试验温度，i是应变率。即在试验过程中，温度及应变（或负荷）速率必须保持在一定限度内。式门）就是在特定的温度及应变（或负荷）率下，抗拉强度测量过程的数学模型。抗拉强度测量不确定度的构成要素或分量包括：截面积测量不确定度分量u＾，拉力测量不确定度分量u。...

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测量不确定度实际应用讲座(五)——温度计量中不确定度的评定

1．问题的提出现有一个标称温度示值被调控到400℃的工业容器，计量人员选用带K型热电偶的数字式温度计来测量该容器内部某处的实际温度（见图1）。从制造厂说明书查知数字温度计的分辨力为0．1℃，准确度为±0．6℃K型热电偶每年校准一次，今年的校准证书表明其不确定度为2．0℃（置信水准为99％），在400℃时的修正值为0．5℃。当恒温容器的指示器表明调控到示值400℃时，稳定半小时后从数字温度计上重复测得的10个显示值此列于表1。这是一个很常见的温度计量问题，其测量方法和测量过程看上去也很简单，测量结果由式（3）可知为400．2℃，对热电偶进行修正后的测量结果由式（2）可知为400．7℃。但是人们还是会对测量是否有效、可信或测量的质量（品质）提出疑问。这是因为人们往往需要比较、评价或再现通过测量所得到的赋予被测量之值一一量结果（容器内部某处温度的最佳估计值）。可是人们对其诸多的影响因素往往又缺乏完整的了解，从而对所得测量结果究竟可靠到什么程度心存疑虑...

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测量不确定度实际应用讲座(六)——电学计量中不确定度的评定
一、引言测量不确定度是说明测量值在测量结果附近分散性的参数，当我们给出测量结果时，应根据需要给出测量不确定度。本文就一些常见的概念和电学测量中的例子，来说明我们对遇到的实际问题是如何处理的。1．测量仪器的技术指标和测量结果的不确定度是什么关系？门）关于允许误差极限我们从测量仪器说明书可以查到测量范围和计量特性等技术指标。制造厂在制造某种仪器时，在其技术规范中预先设计规定了允许误差的极限值，当最终检验时凡不超出此范围的仪器均为合格品可以出厂，并写过测量仪器的说明书中。因此在leq3年由七个国际组织修订的《国际通用计量学基本术语》中将它称为“（测量仪器的）最大允许误差”或称“（测量仪器的）允许误差极限”。允许误差极限是人们为一批仪器规定的技术指标（不论过去称“误差”或“准确度”，实质上都是最大允许误差），是允许的误差范围，它不是某台仪器实际存在的“误差”或“准确度”，也不是用该...

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测量不确定度实际应用讲座(七)——无线电测量中不确定度的评定
在无线电测量中，对测量不确定度的评定有其自身的特点。例如，微波测量中如何考虑失配的影响；有些电子仪器技术指标比较复杂，如何进行B类不确定度评定。本文目的是通过两个典型的例子来说明如何解决上述问题的。[例一]：谐波测量这个例子说明在微波测量中如何考虑失配对不确定度的影响。1．谐波是指频率为载波频率的特定倍数的信号频谱分量，谐波测量是指测量谐波功率电平与裁波功率电平之比值。数学模型可写成：式中：H──被测量谐波PH──测得的谐波功率电子（mW）Rc──测得的载波功率电平（mW）谐波测量是用频谱分析仪进行的，见图1所示。所用仪器的技术指标：①频谱分析仪测量相对电平的最大允许误差±1．7dB②频谱分析仪输入端电压驻波比≤1.9③被测信号产生器输出瑞电压驻波比≤2.0④电缆损耗频响的平坦度±0．5dB3．测量不确定度的分析谐波测量不确定度的主要来源有：（1）频谱仪测量相对电平不准；（2）频谱仪与被测信号产生...

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测量不确定度实际应用讲座(八)——时间频率计量中不确定度的评定时间频率计量被广泛应用于国民经济各个领域中，人们使用的钟表就是一种最简单的计时器。随着信息技术的发展，频率源成为电子设备的心脏，因此其性能的测量格外受到人们的关注。本文以三个例子来说明时间频率计量中不确定度的评定方法。一、用电子计数器测量信号频率频率是指单位时间内周期现象重复出现的次数。信号频率通常用电子计数器测量，其原理框图见图1。由晶体振荡器的输出经分频后产生lins－ids的一系列时基信号，通过闸门选择开关加到门控电路去控制主闸门的开闭时间r（称闸门时间），被测信号人经放大整形后变成所需极性的脉冲。如果在。时间内有n个脉冲通过主闸门进入计数电路，则被测信号的频率为：人一n／r（．l）式中：人——被测频率，Hi；T——闸门时间又称取样时间，S；n——计数器所计的脉冲数。通常电子计数器直接显示被测信号的频率值。测量不确定度的分析与评定：由式门．l）得到测量不确定度的传递公式如下：门）由时基信号不准引入的相对标准不确定度分量U卜八计数器的时基是指所选的闸门时间。，它的不确定度主要取决于晶振。一般计数器所用晶振频率为SMHZ或10MHz。晶振频率给出值的相对频率最大允许误差（习惯上称为频...

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测量不确定度实际应用讲座(九)──电离辐射计量中不确定度的评定
本文介绍电离辐射计量中的不确定度评定的三个具体例子，用液体闪烁计数器测定放射性核素的活度，用含氯正比计数管测量单能快中子注量和用自由空气电离室复现照射量和空气比释动能，给出了不确定度的各个分量以及合成标准不确定度的结果。一、液体闪烁计数器测量放射性活应1．基本原理液体闪烁计数器测量放射性活度是活度测量中最常用的方法之一，测量方法较多，本文只介绍用4π（LS）—γ了符合装置测量电子俘获核素的活度。孩装置采用“双死时间法”，它没有符合线路，不同于常规符合方法。当测量电子俘获核素时，液闪道卜十x）道记录核素的俄歇电子和X射线在闪烁液中产生的信号以及部分了射线的信号，Y道记录Y射线的信号，同时相加道记录液闪道和Y道的相加信号。测量条件是使卜十x）道、7道的死时间不大于相加道的死时间，以确保在相加道记录的信号在（e＋x）道或Y道中也能记录，不会丢失或增加。“双死时间法”的原理示意图见图一。设卜十X）道，Y道和相加道计数分别为NX、N。、N，、相应的活时间Tx、T’、Tr。当，；...

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测量不确定度实际应用讲座(十)——光学计量中不确定度的评定
光度计量中，照度计是一种常用的工作计量器具。照度计的示值可用发光强度标准灯在测光导轨上校准。现仅就校准一处示值评定其不确定度并确定示值误差。一、核准方法和数字模型1．将标准灯和服度计的探测器安装在测光导轨上，并调整好它们的位置（如图）。式中I（i）＝256．2Cd，为标准灯的发光强度，i为供给标准灯的电流，l＝1．6（X：ki，为标准灯灯丝平向到探测器接收面之间的距离。由此可计算得接收面上的照度为：（注：照度单位fix＝led／m’＝tim／m’）。3．给标准灯供给规定的电流（在校准标准灯的光强时给定的电流值），待发光稳定后，由照度计进行测量。测量数据列于表中第二行。各次测量值的残差卜列于第三行。第四行为残差的平方v’。表的最下列列出了测量的平均值和残差的平方和。二、A类标准不确定应分量的评定根据贝塞尔公式，计算得实验的标准偏差：羌．相对实验标准差Se。）r一页J。0·32％。则，平均值的实验标准差为：平均值的相对实验标准差为：因此，A类标准不确定度为：u（）＝S（e）＝0．10lx（绝对）...

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测量不确定度实际应用讲座(十一)──定量化学分析中不确定度的评定

测量不确定度是与测量程序、方法、条件密切相关的，在上述因素保持稳定不变或者在可控状态下变化时，虽然被测量的估计值（一般就是指测量结果或测量结果的平均值）不同，但它们的测量不确定度还是相同的。反之，不存在上述条件时，对同一被测量虽得到了相同的估计值，但它们的测量不确定度往往出入甚大。从这个意义上说，测量不确定度独立于测量结果。它只给出了在给定测量程序下测量结果的分散性。在定量化学分析中，同一被测量往往可用多种方法给出其估计值。方法多、可用的设备多是其主要特点之一。一般分为两大类，即化学分析方法以及物理与物理化学分析方法。前者以化学反应为基础，这也就是不确定度评定中数学模型的基本依据。通常采用天平、硅码、滴定管、量杯、量瓶等作为主要的测量仪器，这些测量仪器的示值不确定度对测量结果的不确定度往往都有较大贡献。物理与物理化学分析法常使用某些专门设...

规矩湾锦苑

哇！测量不确定度评定理论和实践重量级人物的讲座！

规矩湾锦苑

现在我公司对几个测量过程进行了定期核查，可不知怎么进行不确定度的评定
下大雨 发表于 2009-4-13 22:56

我觉得对测量过程的核查可以不进行测量不确定度评定。因为作为核查标准有三个条件：

a)核查标准所体现的量应与测量过程所测的量相一致。

b)核查标准必须具有良好的稳定性。

c)核查标准应通过独立于受控测量过程且比所控制的过程更精密的另一个过程来测量或校准。

特别是C)决定了没有必要再进行测量不确定度评定的需要。

烟海浪人

现在我公司对几个测量过程进行了定期核查，可不知怎么进行不确定度的评定
下大雨 发表于 2009-4-13 22:56

应该是对企业中关键测量过程的测量设备进行定期核查，并用控制图方式。
这是中企计量检测体系认证中心对AAA级测量管理体系认证的新要求，已经让审核员在考评中提出要求，并逐步开展。

烟海浪人

TO 14楼总监：）
如果做AAA体系的话有要求的，必须对所有关键测量过程进行测量不确定度评定。关键测量过程包括建标项目、自校测量过程、生产工艺及质量检验中需要高度控制对产品质量有直接影响的测量过程。
我们公司这次查了建标项目6项、自校测量过程18项、生产工艺及质量关键测量过程3项。