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[概念] 讨论:怎样表达温度测量的测量结果?

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发表于 2014-10-19 10:30:18 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 史锦顺 于 2014-10-19 10:46 编辑

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                讨论:怎样表达温度测量的测量结果?                     
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                                                                                                                           史锦顺
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      国际不确定度评定规范GUM,即《测量不确定度表示导则》(JCGM 100:2008  GUM 1995 with minor corrections ,《Evaluation of measurement data — Guide to the expression of uncertainty in measurement》,译文见叶德培《测量不确定度》47页)之4.4.3条,有一个测量温度并评定不确定度的例子。现把测量数据复制如下,请讨论该如何处理数据,如何给出测量结果。
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(一)数据(单位℃)            
          96.90
          98.18; 98.25
          98.61; 99.03; 99.49
          99.56; 99.74; 99.89; 100.07; 100.33; 100.42
          100.68; 100.95; 101.11; 101.20
          101.57; 101.84; 102.36
          102.72
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(二)基本计算             
      1 温度平均值
                t(平)=100.14℃
      2 单值的σ
                σ(单)=1.49℃
      3 温度平均值的σ
                σ(平)=1.49℃/√20 = 0.33℃
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(三)不确定度论的表达法           
      GUM已说:标准不确定度是0.33℃。
      由于数据分布近于正态分布,按不确定度理论的通常作法,k取2,则扩展不确定度U95=0.66℃。
      结果表达为:
                 t = 100.14℃±0.66℃
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(四)讨论题:怎样评价此次温度测量?怎样给出此次温度测量的测量结果?         
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本帖被以下淘专辑推荐:

发表于 2014-10-19 17:05:35 | 显示全部楼层
本帖最后由 njlyx 于 2014-10-19 17:35 编辑

光有那20个测得值数据,就能“评估”出“测量不确定度”?!.... 若无其它“信息”就得了主贴所给的“测量不确定度”,是极其荒唐的。


如果不能‘肯定’“被测温度恒定不变”,那由20个测得值数据‘估计’出来的那个“1.49℃的σ(单)与“测量误差的‘标准偏差’σ(测)”的关系是无法拎清的;

即便能‘肯定’“被测温度恒定不变”,由20个测得值数据‘估计’出来的那个“1.49℃的σ(单)”也只是“一部分测量误差的‘标准偏差’”的“估计值”,通常不能代表整个“测量误差的‘标准偏差’σ(测)”。

只有: (1). 能‘肯定’“被测温度恒定不变”;   (2). 由20个测得值数据‘估计’出来的那个“ 1.49℃的σ(单)也能代表整个“测量误差的‘标准偏差’σ(测)”,即,假定不存在任何‘系统性’测量误差分量。------- 如此“由σ(单)除以根号20获得’平均值的标准偏差σ(平)”才“说的过去”。......但这实在是“闭着眼睛说的”!....实际上(1)(2)都不可能达到!
发表于 2014-10-19 22:07:28 | 显示全部楼层
  不确定度评定必须依据测量过程的全部可靠信息来进行,现在的问题是只知道20个重复测量数据,测量过程的信息一概不知,输入量是什么、输出量是什么东西的温度、输出量是温度单次测量结果还是平均值测量结果、输出量与输入量的关系是什么、使用了哪些测量设备及其计量特性是什么、环境条件是什么,统统不知道,连测量模型都没有办法写出,何谈不确定度评定呢?充其量可以计算20个测量结果的标准偏差,标准偏差可以表述许许多多的参数,例如随机误差、重复性、测量结果的分散性、计量标准读数值的分散性、被检测量设备读数值的分散性、不确定度的A类评定分量、……,在这里又能说明什么呢?这是个典型的已知条件给出不充分的案例。所以无法就不确定度评定的问题展开讨论,如若讨论,必然各人有各人的理解,仁者见仁智者见智,五花八门,你说东我说西,无法找到统一的结论。
发表于 2014-10-20 08:58:48 | 显示全部楼层
仔细看下2012版的全文吧,有多少来源写得清清楚楚,可以参考下,光个重复性明显是不够的。
 楼主| 发表于 2014-10-20 10:03:16 | 显示全部楼层
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      讨论,就是表明观点。“统一的结论”,有时是可以得到的;但大多数情况是得不到的。不能为讨论设置障碍。谁说必须有统一的结论?当我两年前以“一笔混沌账”为题,指出GUM这个评定的弊病时,是有人反对的,说GUM对,评的是“可信性”。
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      这个题目,是GUM的题目。GUM是国际计量规范,是不确定度理论与不确定度评定的总规范,因此讨论GUM的内容,是正常的。
      我提议讨论这个题目,目的很明确,就是指出GUM的错误。
      njlyx首先响应,指出:“光有那20个测得值数据,就能“评估”出“测量不确定度”是极其荒唐的”。我认为这是向GUM开炮;因为凭20个数据算出“标准不确定度0.33℃”的正是GUM。GUM是八大国际学术组织的文件,是中国以及世界各国关于不确定度的计量规范的根据,是一切信仰不确定度论的人顶礼膜拜的偶像;njlyx这一炮开得好。
      njlyx说这种评定“是极其荒唐的”,我非常赞成!强烈支持!
      我发起这项讨论的目的就是揭露此种评定的弊病;现已有njlyx的呼应,至少已是两个人的共识。我将接下去一条一条摆道理,揭露GUM的蒙人的本质,相信必将撕破国际文件GUM的那层不可一世的神秘的面纱,会有越来越多人看透不确定度论的伪科学的本质。
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 楼主| 发表于 2014-10-20 10:41:46 | 显示全部楼层
本帖最后由 史锦顺 于 2014-10-20 11:13 编辑
horizen99 发表于 2014-10-20 08:58
仔细看下2012版的全文吧,有多少来源写得清清楚楚,可以参考下,光个重复性明显是不够的。 ...


       GUM的最晚版是JCGM100-2008,GUM到今天还没出2008年以后的版本,哪里能找到GUM的2012版?你说的2012版,VIM是有的;但不是GUM。你让看GUM全文,其实A类评定就是这些内容,GUM只给这些材料,其他用不上。这个案例是GUM指导怎样评定A类不确定度的,就是这个评定方法,其他讲得再多,对A类不确定度评定也用不上。现在讨论的就是A类不确定度评定的弊病。这是GUM给出的算法,你认为对,说对的理由;认为不对,要说为什么不对。不该用泛泛的语言搪塞。不结合具体内容,不能或不敢于作出自己的判断,看GUM全文多少遍,也不一定就明白。       
发表于 2014-10-20 18:23:26 | 显示全部楼层
本帖最后由 都成 于 2014-10-20 18:25 编辑

史老给出的是GUM的:“4.4 评定标准不确定度的图解说明”下边的4.4.3,其后边的注说的很清楚:“考虑到高分辨数字电子温度计已经普及,表1所列数据似乎并不真实,但这些数据仅用来说明问题,不必当作实际情况来解释。”详细内容请见附件。
史老拿这个作为一个完整的不确定度评定,还让给出最终的不确定度评定结果,应该是勉为其难,我认为2#、3#和4#的质疑都是合理的,而不是对GUM的质疑。

评定标准不确定度的图解说明.rar

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发表于 2014-10-20 23:57:59 | 显示全部楼层
史锦顺 发表于 2014-10-20 10:03
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      讨论,就是表明观点。“统一的结论”,有时是可以得到的;但大多数情况是得不到的。不能为讨论设置 ...

  正如史老师所说,在技术讨论中,观点不一定会达到统一。但讨论问题的已知条件必须是充分的,统一的,条件不充分不统一就会各说各,没法讨论。
  如果史老师给出的案例仅仅是讨论被测对象用A类评定方法评定的不确定度分量,不是讨论被测对象测量不确定度的全部,也应该明确给出用什么东西测量什么的温度,以20个测量结果的平均值作为测量结果,还是以单次测量的测得值作为测量结果。最基本的已知条件不充分是没有办法评定不确定度的。所以在已知条件不充分的情况下,我只能对未知的条件使用“假设”。
  假设用某工作用温度测量设备测量已达到稳定平衡的某温度场,如炉温或恒温箱的温度,对此测量过程进行不确定度的A类评定。首先,我们做了20次重复性实验测量得到楼主的(一)给出的20个测量结果,用贝塞尔公式计算出实验标准偏差S=1.49℃,这个S=1.49℃将永远存档备案,用于本测量方法的不确定度评定。因为给出的已知条件中并没有告知对测量结果的要求是什么,现在就必须分成两种情况来评定测量不确定度:
  假设炉温实际测量执行的《测量规范》或《作业指导书》并未规定测量多少次取平均值作为测量结果,那么测量者在实施测量时完全有理由测量一次就读得炉温的测量结果。此时的测量结果标准不确定度u就是重复性实验得到的实验标准偏差S,即u=S=1.49℃,取包含因子k=2,则扩展不确定度U=2.98=3.0℃(因不确定度是评估而得到的,所以不确定度的最终结果不得超过两位有效数字)。U=3.0℃是20个测量结果中任意一个作为最终测量结果时的不确定度,如果是第二个测量结果 98.18,圆整到小数点后一位为98.2℃,与不确定度的末位数保持一致,则可以报告测量结果98.2℃的扩展不确定度U=3.0℃,k=2。U=3.0℃,k=2不是平均值100.14℃作为测量结果的不确定度。
  假设炉温实际测量执行的《测量规范》或《作业指导书》规定必须测量20次,取20次测量结果的平均值自我炉温最终测量结果。此时的测量结果标准不确定度u就是存档备案的重复性实验得到的实验标准偏差S除以实际测量次数N的平方根,即u=S/√20=0.33℃,取包含因子k=2,则扩展不确定度U=0.66℃。则U=0.66℃,k=2是测量结果 t(平)=100.14℃的不确定度。同样,如果规范或作业指导书规定测量3次取平均值作为测量结果,则u=S/√3=0.86℃,取包含因子k=2,则扩展不确定度U=1.7℃,三次测量的平均值也应该圆整到小数点后一位,保持与不确定度末位数对齐。
  如上所述,测量规范和作业指导书规定如何给出测量结果,就必须按规定测量和给出,没有讨价还价的任何理由。如何给出测量结果也就决定了A类评定的不确定度怎么计算,并非千遍一律地用实验标准偏差除以根号20,n=20是重复性实验的次数,不是实际测量的次数N。实际测量次数N是测量规范的规定不允许随意更改,重复性实验的次数n并没有具体规定多少次,而是越多越好,一般取n≥10。标准偏差的计算使用的是重复试验次数n,测量结果的不确定度计算使用的是规定的测量次数N,测量结果的标准不确定度是S/√N,而非S/√n,当规定的N=n时纯属是个意外,并非必须是N=n。
 楼主| 发表于 2014-10-21 09:47:57 | 显示全部楼层
都成 发表于 2014-10-20 18:23
史老给出的是GUM的:“4.4 评定标准不确定度的图解说明”下边的4.4.3,其后边的注说的很清楚:“考虑到高分 ...

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      都成先生所言不错。但对此段的评价以及在实践(写书、作文与测量计量工作)中的应用,我们二人是截然不同的。
      温度测量的例子,是在“4 评定标准不确定度”这一大节中讲的。第4大节包含的中节是“4.1测量模型化;4.2 标准不确定度的A类评定;4.3标准不确定度的B类评定;4.4评定标准不确定度的图解说明 ”。第5大节是“确定合成不确定度”;第6大节是“确定扩展不确定度”。本例是4.4.3 ,如果指谪它关于合成不确定度与扩展不确定的问题,是不恰当的,因为还没讲。但是,此4.4.3条以前的内容,应该包括。其实,温度测量评定的例子,典型地代表了“A类不确定度评定方法”:1 进行重复测量,记下重复测量的数据,2 求平均值;3用贝塞尔公式计算σ ;4 将σ除以根号N,得平均值的标准偏差 σ(平)。5 认定σ(平)是A类评定的标准不确定度。
      测量温度的例子,用了A类评定的标准方法。因此具有典型的意义。中国的计量规范,JJF1001-2011、JJF1059-2012的A类评定的条款也是这样。
      这里温度测量A类评定的问题,表现在几乎所有A类不确定度评定中。这些问题是:1 混淆两类测量;2 混淆手段与对象;3错用西格玛;4 不懂得测量计量的“孤立”原则;5 单独用A类评定,只表明分散性,丢掉了准确性。6 忽视计量标准的作用,忽视溯源性。
      没有计量标准,评定不了测量仪器。不用计量标准,不确定度评定就是空架子(不确定度评定,不强调计量标准的作用)。
      看法不同是自然的。各抒己见,可以互相了解。达到共识难;但听听不同意见,是必要的。
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发表于 2014-10-21 11:50:40 | 显示全部楼层
  温度测量评定的例子,典型地代表了“A类不确定度评定方法”:1 进行重复测量,记下重复测量的数据,2 求平均值;3用贝塞尔公式计算σ ;4 将σ除以根号N,得平均值的标准偏差 σ(平)。5 认定σ(平)是A类评定的标准不确定度。但是还应该补充一句,认定σ(平)是以平均值作为测量结果时A类评定的标准不确定度,如果重复性实验次数是n,实际测量结果是测量1次得到的,σ就是测量结果的标准不确定度,而并非σ(平)。
  老师说不确定度评定“只表明分散性,丢掉了准确性”,这是事实。因为不确定度的确就是只表明分散性,且仅仅是分散性区间的半宽,准确性不是不确定度该插手解决的问题,而是误差和误差范围该解决的问题。不确定度是泛指所有的测量过程和测量结果的不确定度,当然也包括计量检定/校准这样的测量活动,不确定度评定说的所用测量设备,对于检定/校准这种测量过程就是指所用的计量标准,当然,对于一般的现场测量过程,所用的测量设备是工作用测量设备,“计量标准”是对测量设备进行“测量”时使用的测量设备,现场测量活动一般并不使用计量标准,或者说计量标准对测量结果的影响微乎其微可以忽略,为什么还要分析它给测量结果引入的不确定度分量呢?怎么会与“不强调计量标准的作用”挂上钩呢?
 楼主| 发表于 2014-10-23 09:13:58 | 显示全部楼层
本帖最后由 史锦顺 于 2014-10-23 09:16 编辑

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                                     A类不确定度评定之弊病(1)
                                            ——混淆两类测量
   
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                                                                                                                            史锦顺
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       GUM的4.4.3条,是温度测量A类不确定度评定的示范。它是A类不确定度的标准作法,体现出A类不确定度评定的几种弊病。第一个弊病是混淆两类测量。
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(一) 两类测量          
      笔者提出一种关于测量分类的概念。按测量本身的性质和特点,将测量区分为基础测量和统计测量。提出区分的标准。说明在测量计量工作中,不准出现基础测量与统计测量交叉的情况。
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1 常量与变量   
      经典测量学范畴内的测量,是认识一个量的量值,讲究的是测准。当量值是变化的多个量时,首先要各个测准,然后用统计理论进行统计,以认识这些值的规律。在这种变量测量中,经典测量学只管前半段的测准问题,不处理后半段的统计问题。
      二十世纪六十年代后,随着原子钟的出现,随着精确的时间频率测量技术的发展,产生了经典测量理论或经典统计理论难以处理的问题,主要是发散困难(采样次数N越大,方差越大)。阿仑方差就是为克服发散困难而提出的。阿仑方差的出现,标志着新的测量学说的登台。阿仑方差已突破测量理论只讲常量测量的框架。随后,又出现“不确定度”论。
      笔者在计量测量学中正式引入变量的概念,将统计纳入测量中。这个变量,不是指和量值本身大体可相比较的那种显著的变量,而是变化量比被测量值小很多倍,而又比测量仪器误差大若干倍的那种准变量。变量(即准变量)概念的入,将使测量计量学面目一新。
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2 测量分类的标准   
      量分常量和变量。对常量的测量称基础测量。基础测量(常量测量)又称经典测量。对变量(准变量)的测量称统计测量(变量测量)。
      基础测量处理的问题是这样的:客观物理量值不变,测量仪器有误差。相应的理论是误差理论。统计测量处理的问题是另一种情况:客观物理量的大小以一定的概率出现,而测量仪器无误差,相应的理论是统计理论。
      所谓物理量值不变或仪器无误差,都是相对的,不是绝对的“不变”或“无误差”。
设物理量值的变化量为Δ(物),测量仪器的误差为Δ(测),若
                   Δ(物) << Δ(测)                                                                      (1)
即物理量值的变化远小于测量仪器的误差,这种情况称基础测量(经典测量),适用理论是经典测量学。
      如果考察对象是物理量的变化,且有
                   Δ(测) << Δ(物)                                                                   (2)
即测量仪器的误差(包括系统误差与随机误差)远小于物理量的变化,这类测量称统计测量。这种场合测量误差可忽略。测得值的变化,反映被测量值本身的变化。
      (1)(2)两式,是划分两类测量的标准。

3 两类测量       
第一类  基础测量      
      基础测量是被测量的变化远小于测量仪器的误差的测量。被测量是常量,存在唯一真值。测量得到多个测得值,存在期望值,贝塞尔公式成立;用测得值的平均值代表真值,用平均值的标准偏差σ(平)表征;各随机误差范围均方合成后加系统误差范围为总误差范围(简称误差范围);误差范围称为准确度。
第二类  统计测量
      测得到的多个值,每个值都是被测量的实际值;存在期望值,用单个值的标准偏差σ表征;有标称值(目标值),讲究准确度。
      两类测量的表征量的重要区别:基础测量用平均值的标准偏差(称标准误差),统计测量用单个值的标准偏差。二者差根号N倍。
      基础测量的目的是获得接近真值的测得值,讲究的是测量误差;统计测量获得的每个值都是实际值,着眼点是获得量值及其随机偏差。
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4 分清两类测量是对测量计量的基本要求       
      测量的目的是认识被测量的量值,因此要求测量仪器的误差尽可能小。小到什么程度?小到测量仪器误差范围满足测量的准确度要求。
      计量的目的是判别测量仪器的合格性,即测量仪器的误差是否符合指标。计量中,只判断该仪器的误差是否在指定的误差范围内,并不给出该仪器测量误差的具体数值,因为计量是统计的抽样,不可能保证所有情况下都是这个具体数值。保证的是不超出误差范围指标。
      检定测量仪器的具体做法,一般是用一个量值标准被测量仪器测。量值标准的偏差范围要远小于被检测量仪器的误差范围(所谓远小于,一般指1/4到1/10)。测得值与量值标准的标称值之差,就是测量仪器测量误差。
      计量工作中不准出现两类测量交叉的情况。此时表征量把测量误差与被测量的变化量搅在一起,无法对任何一方作出合格性判断。
      例如,用2E-6的频率计去测量2E-7的晶振(经计量认定),这是基础测量,表征量是频率计的误差;用2E-8的频标比对装置(计量过)测量上一台2E-7的晶振,就是统计测量,表征量属于晶振。如果用频率计测量指标相近的晶振,就是两类测量的交叉情况,这是糊涂官审混沌案,无解。
      测量工作者与计量者,在进行测量时,都要明确对测量的准确度要求,要选用合乎要求的测量仪器进行测量。
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(二)A类不确定度评定混淆两类测量       
      GUM的这个温度测量例子,第一个弊病是没区分是基础测量,还是统计测量。测得值有那么大的变化,到底是温度计引起的,还是温度源引起的呢?说不清楚。不明确是两类测量的哪一类,就没法决定采用哪种数据处理方式。
      不区分两类测量,是A类不确定度评定的通病。本例表现突出。
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      其实弄清所进行的测量是哪类测量是很简单的。测量者必定知道自己所用的测量仪器的误差范围Δ(仪)。测量观察到的数据变化记为Δ(数),若
                    Δ(仪) <<Δ(数)                                                                             (3)
则为统计测量。
      若被测量是常量(如质量、长度等),测量是基础测量。若被测量可能变化,但测得值的σ比Δ(仪)小,可视为基础测量。
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      本温度测量的例子,如果温度计是水银温度计(误差范围大致为0.2℃),则此温度测量是统计测量,要按统计测量的处理方式处理。GUM不说明所用的是什么温度计,就没法判断是哪类测量。
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发表于 2014-10-23 17:09:25 | 显示全部楼层
史锦顺 发表于 2014-10-23 09:13
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                                     A类不确定度评定之弊病(1)
                                     ...

        正如您所说:”GUM的4.4.3条,是温度测量A类不确定度评定的示范。“其中的注也说的很清楚:“这些数据仅用来说明问题,不必当作实际情况来解释。”您老抓着这个局部当成一个完整的不确定度评定来说事,合适吗?
        您定义的两类测量非常清晰,“左边”是基础测量“右边”是统计测量,则“中间”就是基础测量与统计测量交叉的情况,将是客观存在的。您说不准出现基础测量与统计测量交叉的情况,这是说不准就不准的吗?。
        关于统计测量我们辩论过,这里再请问史老,从基准到各等级的计量标准直至工作计量器具的量值传递和溯源是基础测量还是统计测量?请您多举几个统计测量的例子来说明如何用单值的西格玛。请指出哪本不确定度评定专著或杂志中发表的不确定度评定例子误将统计测量处理成了基础测量。
 楼主| 发表于 2014-10-24 11:11:15 | 显示全部楼层
本帖最后由 史锦顺 于 2014-10-24 11:23 编辑
都成 发表于 2014-10-23 17:09
正如您所说:”GUM的4.4.3条,是温度测量A类不确定度评定的示范。“其中的注也说的很清楚:“这 ...


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都成质疑    
       正如您所说:“GUM的4.4.3条,是温度测量A类不确定度评定的示范”。其中的注也说的很清楚:“这些数据仅用来说明问题,不必当作实际情况来解释。”您老抓着这个局部当成一个完整的不确定度评定来说事,合适吗?
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史辩   
       GUM是国际性的计量规范。“guide”是“指导”、“指南”,它的一切都有强烈的示范作用。为了说明道理,要举例。举例可以是实测数据,也允许编数据,只要能说明道理就行。GUM说“不必当作实际情况来解释”,我并没有指责数据本身的合理性。既然列出数据,就得恰当处理这些数据。因为本题是A类不确定的评定,我的评论也仅限于此,此帖后续的分析,将不涉及B类评定与扩展不确定度的弊病。用此例来否定整个不确定度评定,逻辑不通,是“以偏代全”,但我用此例来分析A类不确定评定,是合适的。没见我的系列文章的题目吗?就是A类不确定度评定之弊病(i)。
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都成质疑     
       您定义的两类测量非常清晰,“左边”是基础测量“右边”是统计测量,则“中间”就是基础测量与统计测量交叉的情况,将是客观存在的。您说不准出现基础测量与统计测量交叉的情况,这是说不准就不准的吗?。
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史辩   
       两类测量的划分,不允许出现交叉情况(混合测量),已是时频测量计量的常规(通过选取测量仪器或计量标准来避开交叉的情况)。这里说明一点,就是对象的变化量,指被考察量的变化的实际值或指标值,哪个大取哪个。统计测量的一般条件是:
                     Δ(手段)  <<  Δ(对象)                                                             (1)
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       在认知量值的狭义测量的情况下,条件(1)具体化为:
                     Δ(仪器)  <<  Δ(被测量)                                                         (2)
       Δ(仪器)是测量仪器的指标,Δ(被测量)是被测量变化范围的实际值或指标值(取大者)。
       例如,要求稳压电源的电压稳定度为0.3%,选用测量的电压表的稳定度必须小于0.1%,就是满足“统计测量”的条件,才能进行电源稳定性的表征。如果用稳定度0.3%的电压表测量指标为0.3%的电源电压稳定度,测量结果就是混沌账。混沌账是不允许的。
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       在检定、校准等计量条件下,条件(1)具体化为:
                    Δ(标准)  <<  Δ(被检仪器)                                                        (3)
       计量标准(手段)的变化范围指标Δ(标准)必须远小于被检仪器的变化范围Δ(被检仪器),只有这样,才能说检定中的数据变化,都是属于被检仪器的。其实,这是计量的常规要求。这是符合统计测量的条件的。因此,我的一项重要发现是:计量是统计测量。统计测量的分散性的表征量是单值的西格玛。计量是统计测量,计量中的分散性表达,必须用单值的西格玛,而不能用平均值的西格玛。
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都成问         
       关于统计测量我们辩论过,这里再请问史老,从基准到各等级的计量标准直至工作计量器具的量值传递和溯源是基础测量还是统计测量?请您多举几个统计测量的例子来说明如何用单值的西格玛。请指出哪本不确定度评定专著或杂志中发表的不确定度评定例子误将统计测量处理成了基础测量。
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史答    
       你问,我就答。辩论要很多话,这里只简单答复。观点不同是肯定的,以后再慢慢论。
       1 计量都是统计测量
       推行不确定度论之前,我看到的基准与计量标准的随机误差或随机偏差(变化部分)的表征量,都是单值的西格玛(有的给出1σ,称RMS;基准多数如此;有的给出3σ,仪器与计量标准多如此)。为什么不能除以根号N呢?因为任何基准的建立,都有充裕的时间,测量100次很易做到;频率基准与标准,测量一万次也容易;倘可以将σ除以根号N的话,等于掩盖掉基准的随机变化量,这当然是不可取的。标准与测量仪器也大致如此。测量仪器总有随机误差,倘允许除以根号N,就必然掩盖随机误差;况且N该等于多少,也没法规定。计量的原则是“保证、保险”。用单值的西格玛,是必须的。计量部门的检定,是采样检测,厂家只有给出用单值的西格玛表征的指标,才能确保合格;厂家如果按平均值的西格玛给出指标,计量时,不合格的可能性很大。厂家没必要、也不应该虚夸自己产品的指标。而除以根号N的作用,实际就是虚夸指标。
       常量测量,被测量是常量,测得值的变化是手段(测量仪器)引起的,是认识问题,认识不当可以改正,除以根号N是合理的、正确的。统计测量的变化量,由被测量引入,是客观存在,不允许人为地缩小,就是不允许除以根号N.
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       2 不是个例,而是一般情况
       你让我举出不确定度评定误将统计测量处理成了基础测量的例子。我的回答是:不必也不该举例子,全部如此,何必举例?
       不确定度论是计量界兴起的,20年来,主要用于计量。凡计量中的不确定度评定,都是要用到A类不确定度评定的,而一切A类不确定度评定,都是必须除以根号N的。而计量是统计测量;因此,凡计量的不确定度评定,用到除以根号N的地方,都是误将统计测量当做基础测量处理,都是错误的。
       频率计量,有很长时间,拒不应用不确定度评定(见JJF1080-2007)。现在频率计量的某些场合,也号称“不确定度”,但与GUM的不确定度有本质的区别,就是对统计变量的统计,用阿仑方差,而不用A类不确定度评定。阿仑偏差是单值的西格玛,这就避免了除以根号N的尴尬。
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       再说一遍,凡进行A类不确定度评定,必须遵守A类不确定度评定的规则,必须除以根号N。计量是统计测量。凡计量中除以根号N的地方,都是混淆了统计测量与基础测量,因而都是错误的。——我这样说,反对的人会很多(本网也有几位赞成者);但是,只要有道理,就不怕别人反对。这就是我的回答。
发表于 2014-10-24 21:22:39 | 显示全部楼层
史锦顺 发表于 2014-10-24 11:11
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都成质疑   
       正如您所说:“GUM的4.4.3条,是温度测量A类不确定度评定的示范”。其中的注也说 ...


        别的我们就先不去辩论,就来辩论一下您的两类测量,两类测量的划分您可以说给出了定义,我们接受,认为是合理的(其实在教科书中对应的大致是静态测量与动态测量)。但是,计量是否为统计测量?
1、计量检定/校准的对象是:标准电阻、电感、电容、量块、砝码等等量具
        您说:“基础测量处理的问题是这样的:客观物理量值不变,测量仪器有误差。”,“即物理量值的变化远小于测量仪器的误差,这种情况称基础测量(经典测量)”。“测量仪器的误差(包括系统误差与随机误差)远小于物理量的变化,这类测量称统计测量。”您这里说的测量仪器在检定/校准中就是指计量标准,对吧。
        上述量具大多是单值的,请问在满足检定/校准的参考条件的情况下,是否可以认为在检定/校准的短时间内其量值是恒定不变的!如果是这样,由于计量标准是有误差的(大小会不同),哪么这种情况是基础测量还是统计测量?显然是基础测量!不可能是统计测量!
2、计量检定/校准的对象是:指示仪表、数字式仪器
        明白了量具的情况也自然会推及指示仪表或数字式仪器,例如检定/校准100V测量点(可能是交流或直流,也可能是指示仪表或数字式仪器),同样请问在满足检定/校准的参考条件的情况下,是否可以认为在检定/校准的短时间内其量值是恒定不变的?与量具相比可能没那么稳,尤其是指示仪表,于是我们对该点做10次重复测量,算得的标准偏差是一个什么水平呢?通常是计量标准MPEV的十分之一左右,最坏也不会大于计量标准的MPEV,否则这个重复性也太差了。这种情况下是基础测量还是统计测量?显然不符合统计测量!还有什么样的计量仪器符合统计测量?您说的都是统计测量。
       我的观点是计量不是统计测量,这是我第三次向您表达这一观点,也是最后一次。您认为计量是统计测量,可能是将被检定/校准的对象的允差理解成了“物理量的变化”,得出“计量标准的误差远小于被检校仪器的允差”,从而符合“测量仪器的误差(包括系统误差与随机误差)远小于物理量的变化”,计量是统计测量的结论。
       这一观点非常重要,将关系到您的许多帖子和文章。
发表于 2014-10-25 09:55:37 | 显示全部楼层
都成 发表于 2014-10-24 21:22
别的我们就先不去辩论,就来辩论一下您的两类测量,两类测量的划分您可以说给出了定义,我们接受 ...


“测量”与“统计”,可能还是当作两件事情看待比较好?  

史先生所指“计量”,或意对测量系统(仪器、设备...)的标定、检定之类工作—— 对一些“已知量”【可能是局部特性“已知”——如只知道它“肯定是不变的常量”,但不知道量值具体是多少;也可能是在某个不确定度意义下的量值“已知”——如那些标准器】进行“测量”,然后基于此“测量”数据进行“统计”分析,获得测量系统(仪器、设备...)的相关“指标”。其间可能是少不了“统计”工作,只是“统计”的对象是测量系统(仪器、设备...)特性的“随机散布”,不是“被测量”的“随机散布”。

对于常规的、针对未知量的“测量”,如果测得值出现“随机散布”【这是多次‘重复’测量必然会出现的现象】,人们也通常愿意对这“随机散布”的测得值进行“统计”分析工作......此时便要‘计较’如此“统计”的‘结果’到底反映了什么----是“被测量”的“随机散布”?测量系统(仪器、设备...)特性的“随机散布”?还是两者的“混合体”?.....明白人自然知道是后者。只是现行的标规‘文字’对此暧昧不清,使得具体实施中出现许多被史先生批评的问题(本人尚未看到批得不对的地方),史先生区分“两类测量”本意或为厘清此乱局,只是在你我看来不一定特别合适?


本人的大致认识是:针对史先生所指“计量”与对于常规的、针对未知量的“测量”,都有必要的后续“统计”工作要做。“计量”后的“统计”得到测量系统(仪器、设备...)特性的“随机散布”特征值——诸如“测量不确定度”之类;常规的、针对未知量的“测量”的“统计”直接得到的是【“被测量”的“随机散布”与测量系统(仪器、设备...)特性的“随机散布”“混合体”】的“统计”特征值,如果能撇去已由“计量”得到测量系统(仪器、设备...)特性的“随机散布”影响,便可得到“被测量”的“随机散布”特征值。.....史先生所称的“统计测量”或对应“测量系统(仪器、设备...)特性的‘随机散布’影响可以忽略不记的情况”?
 楼主| 发表于 2014-10-25 10:47:46 | 显示全部楼层
本帖最后由 史锦顺 于 2014-10-25 11:04 编辑
都成 发表于 2014-10-24 21:22
别的我们就先不去辩论,就来辩论一下您的两类测量,两类测量的划分您可以说给出了定义,我们接受 ...


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      我的关于两类测量的见解,是1997年提出的。你所引的两类测量的划分标准,是我仅仅对狭义测量(认知量值的情况)来说的。
      2011年6月,我在写帖时,认识有个大变化,就是把研究对象从狭义的测量,扩大到整个测量计量学领域。就测量计量的整体来说,两类测量的划分标准要另写。要更本质、更有概括性,而它又能在狭义测量的场合蜕化为原来的形态。新的表达方式,我帖中已说。重述如下:
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      就整个测量计量领域来说,统计测量的一般条件是:
                     Δ(手段)  <<  Δ(对象)                                                             (1)
      Δ(手段)是手段的误差或变化范围,测量的手段是测量仪器,计量的手段是计量标准。Δ(对象)是对象的误差范围或变化范围,测量的对象是被测量,计量的对象是被检仪器。Δ(对象)指被考察量的实际值或指标值,取其中的大者。
      在认知量值的狭义测量的情况下,条件(1)具体化为:
                    Δ(仪器)  <<  Δ(被测量)                                                           (2)
      Δ(仪器)是测量仪器的误差范围,Δ(被测量)是被测量变化范围的实际值或指标值(取大者)。
      例如,要求稳压电源的电压稳定度为0.3%,选用测量的电压表的稳定度必须小于0.1%,就是满足“统计测量”的条件,才能进行电源合格性的判别。如果用稳定度0.3%的电压表测量指标为0.3%的电源电压稳定度,测量结果就是混沌账。混沌账是不允许的。
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      在检定、校准等计量条件下,统计测量的一般条件(1)具体化为:
                     Δ(标准)  <<  Δ(被检仪器)                                                       (3)
      计量标准(手段)的变化范围指标Δ(标准)必须远小于被检仪器的变化范围Δ(被检仪器),只有这样,才能说检定中的数据变化,都是属于被检仪器的。其实,这是计量的常规要求。这是符合统计测量的条件的。因此,我的一项重要发现是:计量是统计测量。统计测量的分散性的表征量是单值的西格玛。计量是统计测量,计量中的分散性表达,必须用单值的西格玛,而不能用平均值的西格玛。计量是统计测量,不能剔除异常数据。
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      请先生注意:统计测量的一般条件是(1),在计量场合具体化为(3)。先生把我的狭义统计测量的条件,用到计量场合,前提错了。
      我提出“计量是统计测量”的判断,其意义在于:
      1 计量中对测量仪器的表征,只能用单值的西格玛,而不能用平均值的西格玛;
      2 计量中不能剔除异常数据;
      3 计量必须符合条件(1),可以简化为条件(3)。本质是选用够格的计量标准。
      以上的第3条同于常规;而第1条与第2条是新认识,对实际工作有很强的应用意义。以往的“动态测量、静态测量”说,没有指出这些。
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      具体问题就不细说了。
      现将2011年6月的几篇短文附后,说明我的认识有个发展的过程,也有助于理解两类测量划分的理论。
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附录-
[11.2] 两类测量划分的必然性 —《新概念测量计量学》讨论2   -
       我国古代,两千二百年前,秦始皇统一中国后,搞标准化,有“车同轨”、“书同文”;在计量方面,统一度量衡。这在当时,实在是走在世界前面的大事。那时的计量,种类少。度是长度,量是容积,衡是称重量。秦代的权,就是国家质量(俗称重量)标准。
长度、容积、质量,都可看做是常量。近代测量,已有四百多年历史,也主要是常量测量。伽利略、第谷、贝塞尔的天体测量,主要是距离、方位、时间的测量。三四百年间发展起来的经典测量理论,即误差理论,是常量测量的理论。
       只有常量才有唯一的真值。误差理论只对常量测量有效。真值就是客观值、实际值、准确值。
       量分常量和变量。经典测量理论是处理常量测量的理论。变量本是客观存在,以往的处理办法是,先把量看做是常量,测准;然后再处理。对系统变化,给出其变化规律。例如晶振的频率漂移率。如果是随机变化,用统计的办法处理。这种处理办法,只适用于慢变化。
现代出现各种快变化的量,快到测量的过程中,量在变。这是和测量精度水平(精密度、准确度、分辨力等)的提高分不开的。对同样一个量,用低分辨力的仪器测量,表现为一个常量,而用很高精度的仪器测,就可能表现为变量。
       例如一台12伏直流稳压电源,用三用表测其电压,测十个数,都是12伏,即在分辨力为0.5伏的测量条件下,电压是常量;用一台分辨力达万分之一的电压表,测量十个数,各个不同,有千分之几伏的变化,电压量表现为变量。
       用准确度为万分之一的电压表测量稳定度千分之一的稳压电源,这就是统计测量。测得值的变化,是被测量本身的变化。测得值代入贝塞尔公式计算西格玛,西格玛是分散性的表征(三倍西格玛是随机变化范围),西格玛不许除以根号N.这是和常量测量问题根本不同的。
       对某一特定随机变量,当测量次数N较大,例如大于10时,随着N的增大,西格玛是个趋于恒定的量,它是随机变量的固有特性。而西格玛除以根号N,得到的商与根号N成反比,N越大它越小,不可能是量的分散性或变化性的表征量。
       上世纪60年代,我在计量院搞微波计量。当时几项课题都要求有稳幅信号源。于是便成立一个小组来专门研制。对信号源稳定性的衡量,只能用单值的西格玛,而不能用平均值的西格玛(即不能除以根号N),这在当时是无争议的共识。对信号源稳定性的测量就是统计测量。
       70年代后我主要搞频率计量。频率计量涉及的对象,主要是三类,第一类是频率计、比对器、比相仪等表类测量仪器;第二类是标准源,有晶振、銣频标、铯频标等源类仪器,第三类是工程项目的分机指标和整机指标。频率测量计量的特点之一是指标大都很高;第二个特点是精度指标跨度大,从1E-4到1E-12,跨越8个量级;第三个特点是测量速度极快,做些验证性试验,很容易;第4个特点是测量次数N都很大,一般取100。专门的实验,N取1000,也很容易(测阿仑方差,令τ=10ms,N=1000,约1分钟完成)。
       确定频率计的误差,必须有一个比频率计误差范围小到1/10以下的标准频率源。频率计测得值的变化,及其示值与标准值之差,都是属于频率计的。这是经典测量,常量测量,本书称为基础测量。
       测量晶振的指标,则必须有比晶振指标高十倍以上(按美国的最新叫法是不准确度比晶振小到1/10以下)的测量设备(频标加比对器),测得值的变化与偏差都是属于被测晶振的,西格玛不许除以根号N.这种测量本书称为统计测量。
      《测量不确定度评定与表征指南》前言第三条讲其适用范围,说:“本规范主要涉及有明确定义的,并可用唯一值表征的被测量估计值的不确定度。……至于被测量呈现为一系列值的分布或取决于一个或多个参量(例如以时间为参变量),则对被测量的描述是一组量,应给出其分布情况及其相互关系”
       这段话,把测量对象划分为两类。一类是有唯一值的,可用不确定度这套理论;第二类是多值的,另作处理。这就是说,不确定度只用于常量测量。可惜,由于没有明确的两类测量的观念,在不确定度的整套理论中,没有真正贯彻,而是多处出现混淆甚至矛盾。
现在,明确地提出统计测量的概念,就可以使常量测量(基础测量)与变量测量(统计测量)这性质不同的两类测量,泾渭分明,从而避免混淆。
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[11.3] 两类测量区分的四项功能—《新概念测量计量学》讨论3        
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       把测量划分为两类测量:基础测量和统计测量,其意义是可以进行下列区分:1、西格玛该不该除以根号N;2、能不能剔除离群数据;3、表征量该归属哪方;4、该如何选取测量仪器。
(1)该不该除以根号N
       搞技术测量,人们已养成习惯,测量不能只测一次,要多测几次,求平均值。再进一步就是求西格玛。得到的西格玛该不该除以根号N,这要看所进行的测量是哪类测量。一般的认识量值的测量,当被测量可以看做是常量时是基础测量,西格玛要除以根号N.
如果测得值的变化量远大于所用测量仪器的随机测量误差,那就是统计测量。这时测得值的变化是被测量本身的变化,西格玛是变化量的表征量,不能除以根号N。
(2)能不能剔除离群数据
       测量剔除离群数据,这是一般测量计量书都讲的。但这样做,是有条件的,即只有基础测量才能这样做,统计测量是不能剔除离群数据的。因为在基础测量中被测量是常量,离群值是认识不当产生的,认识不当要改正,故可舍弃;而统计测量的前提是仪器误差远远小于被测量的变化量,出现的离群数据是客观存在,故不能舍弃,而要找出原因,分别处理。如果是仪器原因,要换仪器;如是环境影响,要想法回避;最大可能而又是最重要的情况是离群数据由被测量引起,那就是有隐患,能解决该解决,不能解决就要按不合格处理。
       我在80、90年代,曾任几代航天外测工程的计量师,负责分机整机的技术指标的测试、验收工作。还应邀做关键指标的跟班测量。由于我进行的高精度频率测量是统计测量(一般测量不找我),贯彻我的主张,出现异常数据,一定要找到原因,原因找到就会得到解决,而不舍任何一个数据。为找出原因,付出一些精力与代价,事实证明是值得的,也是必要的。记得有一次,短稳数据有离群数,要求研制者找原因,后来找到原因,是一个分机的直流稳压电源出了点问题,改进了电源,异常数据就消失了。一次有异常数据,找到原因是邻机有同频干扰,后来分开放置,异常数据消失。还有一次出现异常数据,尽管出现概率小,我坚持找原因,开了几个夜车,才找到原来是所用一台交流电源变压器的机械振动问题,换掉就好了。总之,在统计测量中,认识到异常数据是客观存在,认真去解决,这有利于提高产品质量。异常数据的出现,是提示,是警告;不重视它,一舍了之,这种理论不当。
       当然,这个观点的贯彻是有阻力的。开始有些顶牛现象,但我坚信出于公心,别人是会理解的。这正像我当前对不确定度论的揭露和对新的测量理论的宣传,只要言之有理,自信总会有人能理解。有人不理解,没关系,慢慢来。
支持我上述观点(统计测量不舍异常数据)的第一人是国防科委测通所的丁国祯教授。他做为军方代表,在出所鉴定会上,高度评价了我的理论和作法。
       至于曾对我的作法有抵触的人,在工程获奖之后,又来感谢我。我坚信好心总会有好报的。一时误解,难免。人该看的远些,看得开些。
(3)表征量归哪一方
       在我从事一生的计量测量实际工作中,牢记并贯彻“分割法”“孤立法”的原则,严格防止出现测量手段与被测对象混淆的情况。对带过的年轻人,教他们的第一课就是测量与计量要分清手段与目的这两个方面。一经出现含混,就严格纠正。正因为有这个扎实的基础,不确定度的风一来,就看出A类评定潜伏着混淆手段与目的的可能。细研究GUM测温度的例子,以及后来看到的样板评定的例子,原来都存在严重的手段与目的的混淆。现在明确提出区分两类测量,就可避免这类混淆。
      前几天看了一遍优酷网上的叶培德先生的关于不确定度的教学片。其中有一段,竟是对不确定度的严历批评。叶先生说“被测量的问题怎能和测量仪器的问题混在一起?举例说,用万分之一的仪器,测量百分之一的被测量,那只能是比百分之一差,哪能评出仪器水平。”回想起我以前写的评样板评定的第一篇(一评样板评定的实例,本版块第4页),叶先生的那个评定,只给一个频率值,不搞所谓“A类评定”,正是叶先生这个观点的贯彻。当时我写到:
       10 老史称赞此例评定的总体构思,即只评频率计的测量不确定度,而不评被测对象的测量不确定度,即根本不理所谓的不确定度A类评定。这是违反不确定度的规则的,但这样做是对的,这就避免了测量工具的性能与被测量变化二者的混淆。且看GUM上测量温度的例子,温度计的误差与温箱温度变化搅在一起,真是混沌。庆贺本样板评定跳出两类评定的洋框框!
       两类测量的化分,就可明确知道表征量归哪一方,从而避免混沌。
(4)正确选用测量仪器
       测量有个特点,测量仪器与测量对象间总得先肯定一方,才能通过测量来确定另一方,以得到所要的信息。两个都不知,就形成混沌帐。
当人们进行一项测量时,是按测量准确度要求来选用测量仪器的。在农贸市场,一个人在萝卜车前买一个萝卜,车前放着大台秤不用,要用邻摊位的电子案秤测,因为大台秤,量程大.分辨力低,测一个萝卜,误差可能大到0.2kg,而用电子案秤测量,误差不大于10g .
       称一枚金戒子,又不能用电子案秤来测量,而必须用天平。每克约200元,要求测准到0.01克是正常的,一般天平可满足要求。                                                                                                                                                                                                                        
       技术测量,测量者必须按任务要求选用测量仪器。在文化素质较低的年代,形成的凭经验或常规办事的情况,是可以的,但并不够,还是应该科学化,要知道该怎样选用仪器。
       以上这些都是基础测量的选用仪器,根据准确度要求选定。现代测量,不全是常量测量,有些是变量测量。选用测量仪器,必须考虑这一点。频率稳定度、电压稳定度、温度稳定度等等的测量,都是变量测量,称统计测量。这时选用的测量仪器的误差范围要远小于被测量的变化,才能测得到被测量的真实变化情况。
       样板评定的测温的例子,给出的温度计误差范围是2摄氏度,其随机误差可能是1摄氏度或更小,测量恒温箱的测量数据变化约为2摄氏度,这2摄氏度的变化,既像是温度计的,又像是恒温箱的,而最大的可能是恒温箱与温度计共同产生的。评下来1.8摄氏度的变化性,是恒温箱的,不敢说,你温度计误差都2摄氏度;说是温度计的也不像,不该有那么大。或许说既不是评恒温箱的,也不是评温度计的,而评定的是这次测量的可信性。当然,书可以念可以背,而实际有什么用呢,连测量结果是属于谁的,都说不清,还有什么可信性?
遇到这种情况,处理很容易。换个误差范围0.1摄氏度的温度计,一测便知。如果变化量仍为2摄氏度,则变化量是恒温箱引起的;说明恒温箱就是这个水平。如果变化量是0.5摄氏度,则说明恒温箱是0.5摄氏度的水平,而原来用误差2摄氏度的温度计测量,选仪器不当。不换高精度温度计,就只能是一笔混沌帐。
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[11.4]两类测量区分的大例 —《新概念测量计量学》讨论4

       这里讲几个有关两类测量的大实例。
一 经典测量理论的测量是基础测量
       以误差理论为主要内容的经典测量,已有四百年的历史。误差理论的核心概念是被测量有唯一真值。只有常量才有唯一真值,因此误差理论适应的测量是常量测量,即基础测量。由此,西格玛除以根号N、舍弃离群值,都是合理的。表征量归属测量仪器,按需要的准确度选择仪器。这些是人们都熟悉的。遇有变量测量,只能把慢变化的量,每组测量的时间内,瞬时地看做是常量。各测量组之间量值的变化,经典测量学不予处理,而由统计理论处理。至于快变量,即在测量过程中已有变化的变量,经典测量不能处理。
       经典测量理论在常量测量领域是正确的。它不越界去处理统计测量问题。

二 阿仑方差的测量是统计测量
       著名的阿仑方差是美国人阿仑于1966年提出的,是年30岁。我的书专有一章讲统计法的问题,其中特别讲了阿仑方差的问题,其中也指出“阿仑方差理论有好的成分,正视发散困难,强调采样时间,这些要发扬。”从两类测量区分这个角度看,阿仑方差本身有个极大的明确点,那就是“表征频率稳定度”这个大前提,就是说,它是表征频率的稳定度的,也就是说,是处理变化量的特性的,与“单一值”,“唯一真值”这些概念无关;而是说,测量仪器误差可略,被测量频率测得值各个都是实际值,这时该怎样测量并计算稳定度。因此“表征频率稳定度的阿仑方差”这个名称就界定它是描述变量测量的,变量测量就是统计测量。
       阿仑方差明确是针对变量测量的,它的数据处理,它的西格玛就不除以根号N。阿仑方差规定数据取100组(每组两个),却不除以根号100。这是第一条。第二条是取200个数据,不剔除任何值,直接代入公式计算(由仪器自动处理,人干涉不了)。仪器选用的标准是:测量仪器的不稳定度必须比被测量的不稳定度小1/3以下。
       阿仑方差提出时,还没用两类测量的概念,但从实际出发,完全符合统计测量的条条框框。这说明,客观规律是客观存在,人们可以从不同的角度得到相同的认识

三 不确定度论的测量是两类测量的混淆
       以上二例,经典测量理论只管常量测量;而阿仑方差又只管变量测量。各有应用场所,能干啥不能干啥,很明白。可惜,阿仑方差没能在一般变量测量中推广。阿仑方差有些条件太苛刻。
       而当今八大国际组织推荐的不确定度论,用两类测量的观点去分析它,则是个混淆体。
       由于没有界定不确定度是哪类测量,由一组测得值求得的西格玛一律除以根号N(GUM说得明白,西格玛除以根号N,才叫不确定度)。该不该把西格玛除以根号N,这样问题就来了。在时频、电子、电学、热学、声学、放射性等类的测量中有大量变量测量。变量测量的表征量该是西格玛,而不是西格玛除以根号N。这一点是不确定度论不区分两类测量产生的第一个弊病。第二个弊病就是上段提到的叶德培先生在录像讲课中揭示的,把被测量的变化与测量仪器的性能混同的问题。我认为这个问题是不确定度论的致命伤。不区分两类测量,必然混沌,人们不会长久容忍。叶先生已在讲课时揭露不确定度论的一大问题,希望叶先生有专论发表。
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[11.5] 两类测量区分的举例  —《新概念测量计量学》讨论5
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一 划分标准
       测得值的变化,可能由测量仪器引起,也可能是被测量本身的变化。
设被测量的变化量是Δ(物),测量仪器误差范围是Δ(测),
                 Δ(物) << Δ(测)--------基础测量(常量测量)
                 Δ(测) << Δ(物)--------统计测量(变量测量)
二 各项目区分举例
       1 长度
       一般被测的几何量,变化都很小,长度测量大都是基础测量。
       有一些特例,如齿轮的跳动量测量、表面粗糙度测量是统计测量。
       2 热学
       温度是易变量,统计测量多。要注意选取符合要求的温度计,以避免出现两种测量混淆的情况。
       3 力学
       质量测量一般是基础测量。
       振动、流量一般为统计测量
       4电学
       凡涉及量值的稳定度的测量,都是统计测量。
       表与源是一对矛盾的两个方面,表高源低,依表定源是统计测量;源稳而表低,由表定源是基础测量;若已知源的指标很高,由此而检定表,表此时是考察对象,这又是统计测量。
       5电子
       通常是统计测量。
       6 时间频率
       频率测量基本都是统计测量。好在全世界都用阿仑方差,已自动按统计测量处理,不需要再作两类测量的区分。
有个特殊情况,源稳定,对频率计来说,是唯一真值,如果是一般认识量值的测量,是基础测量,可以除以根号N,可以剔除离群数据;但请注意,检定频率计时的测量并不是以相信测量仪器为基础的一般的认识量值,而是已知信源的量值高稳定高准确,并依此来考察频率计,此时,读数的分散性(西格玛)与离群数据,都是频率计的客观属性,因此,既不能除以根号N,也不能剔除离群数据。检定频率计的测量是统计测量。阿仑方差的硬性规定是正确的。
       由此启发我们想到,两类测量的基础测量,只在测量仪器是认识手段时,才可以除以根号N和剔除离群数据,若测量仪器是被认识的对象(检定),不能作两项操作。也可换个说法,高精度的标准源 被 被检仪器 测量,被检仪器是被认识的对象,这时也是统计测量。(注:老史写到这里,认识有突变,返回去修改了第5条)
       声学、光学、辐射测量,因常常牵涉源的稳定性问题,大都是统计测量。
三 总的认识
       如上,理一遍后,可以大概地说,在计量工作中所进行的测量操作,大多是统计测量。这提醒我们,计量工作对待“除以根号N”和“舍弃离群数据”这两项操作,要十分慎重。只有在考察对象是常量时,才能进行这两项操作。
我在一辈子的计量与工程检测中,竟没有进行过这两项操作。是应该作而我没作,还是根本就没必要作,值得思考。
       我提出两类测量概念的意义就在于,提醒人们,处理测量结果,像不确定度论那样,一律除以根号N,是不对的;一般书上讲的剔除异常数据,是有前提的,必须被考察的量是常量。况且计量是严格的测量,本不该出现离群数据。我也遇到过离群数据,但一定要找出原因,消除它,而不是简单的舍弃。
       要说明一点,我是计量工作者,而不是教师,所熟悉的仅限于频率与电子行业。讨论涉及计量的普适规律问题,本文的举例,有些勉强。不过跨行业也有其优点,有“他山之石可以攻玉的”的可能。阿仑方差规定,不许除以根号N、不许剔除离群数据。其他类计量的人,一定觉得离奇,但我认为,这是很值得其他类计量行业工作者思考一番的。

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[11.6] 关于两项操作的反思 —《新概念测量计量学》讨论6
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       讨论两类测量划分的问题,涉及两项操作:第一项操作是西格玛除以根号N(以下简称第一操作),第二项操作是舍弃离群数据(以下简称第二操作)。本文所称两项操作,就是指这两项。两项操作是经典测量学的重要内容,第一操作更是不确定度的定义点(见GUM,西格玛除以根号N称为不确定度)。本文的反思是:对计量来说,两项操作该作还是不该作?说该作,没有异议,本来如此;说不该作,似乎是怪论,下边讲我的反思,请看有没有道理。
一 测量与计量的区别
       计量概念比较专业,是指保证量值准确的活动。从自然科学的层面上说就是对测量仪器(包括标准)性能的测量。测量概念有广义狭义两种,广义的测量涵盖计量,狭义的概念单指对被测量的认识。凡是与计量对应讲的测量,是狭义概念的测量。测量与计量的区别以测量仪器的作用为界,相信测量仪器,以测量仪器为准,求知被测量量值的是测量;考察测量仪器性能的测量是计量。
       用一台电子秤称一块钢块,钢块的重量是常量,其变化量远小于秤的示值变化,这是常量测量,即基础测量。
       计量常常是测量的逆操作。为检定电子秤,用这台电子称测量一块砝码,各方指标为:电子秤误差范围10克;1千克砝码,误差范围0.25克。这时相信的是砝码,以砝码为准,来考核电子秤性能是否符合指标。由此,在此项计量中,砝码是工具,而电子秤是认识对象。测量数据的变化,是被认识对象(被检电子秤)的,是客观存在,不可缩小,不能除以根号N;也不可舍弃离群数据。即不能进行两项操作。
二 在测量与计量中,如何区分两类测量
       在测量中,两类测量的区分条件是:
       设被测量的变化量是Δ(物),测量仪器的误差范围是Δ(测),
                 Δ(物) << Δ(测)--------基础测量(常量测量)
                 Δ(测) << Δ(物)--------统计测量(变量测量)
       上述两类测量的区分条件是对狭义的测量讲的。对计量,该深入一步考虑。
       第一操作的本质是测量手段造成数据分散,除以根号N,以减小手段的影响。第二操作的本质是手段(测量操作及所用工具)有错误,有错该纠正,即把离群数舍弃。计量时,同测量相比,手段与对象互相换位了。通常我们称的测量仪器,既可能是手段,也可能是对象。而计量所用的计量标准,既可能是手段,也可能是对象。因此上述两类测量区分的标准应更一般地表示如下。
       设对象的指标为Δ(客),认识手段的误差范围是Δ(识),
                 Δ(客) << Δ(识)--------基础测量
                 Δ(识) << Δ(客)--------统计测量
三 计量都是统计测量
       细想一想我们的计量,所用手段的指标必须比对象的指标高,即Δ(识)必须远小于Δ(客),因此,计量都是统计测量。
四 计量不能进行两项操作
       统计测量不能进行两项操作。计量是统计测量,计量不能进行两项操作。
       这句话,语出惊人。初看,似乎是违反常规的怪论;细想,颇有道理。试看:
       1 一台原子频标,其量值的分散性表征量是1σ。如果允许除以根号N的话,制作方总可以测量10000次,而使其分散性的表征量降低至σ的1/100。
       2 同样分散性的一台标准,倘允许除以根号N,甲测10次,乙测100次,丙测1000次,丁测10000次,各除以根号N,则表征量各异,且差距特大。
       3 据我所知,已有的国家基准,都按σ表达,没有除以根号N的。
       4 测量仪器的分散性只能是σ,允许除以N,N无法取数。
       5 测量仪器可能有数据跳动的毛病,倘允许舍弃异常数据,则掩盖了毛病。
       6 各项计量类别中,时间频率的特点是准确性最高、自动化程度最高、国际共用性最高。频率计量的方向代表了整个计量事业的发展方向。而频率计量不进行两项操作。
五 不确定度理论不能用于计量
       计量不能对西格玛除以根号N,而不确定度的定义点是西格玛除以根号N,由是,计量不能用不确定度理论。
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发表于 2014-10-25 13:23:21 | 显示全部楼层
请问史老,您说:“计量都是统计测量",这里的”计量“是否为”从基准到各等级的计量标准直至工作计量器具的量值传递和溯源活动“,即我们的检定/校准活动?我想确认的是检定/校准是否为统计测量?
 楼主| 发表于 2014-10-25 19:11:24 | 显示全部楼层
都成 发表于 2014-10-25 13:23
请问史老,您说:“计量都是统计测量",这里的”计量“是否为”从基准到各等级的计量标准直至工作计量器具 ...

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       是的。计量(检定/校准)都是统计测量。具体地说,被检者(计量的对象)测量仪器或被检的下级标准,它们的变化,都是其固有性质,它们的量值,就是计量人员面对的、必须处理的统计变量。
       1 必须用单值的西格玛表征分散性,不准除以根号N。而量值本身的表征量是量值的平均值。不能用单个的量值来表征对象。(注意随机分布的中心是平均值。)
       2 每个量都是客观存在,不准剔除异常数据。凡出现异常数据,要查明原因,改进克服之;在没有异常数据的条件下,才能给出测量结果。
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       一个标称值为10毫米的0级量块(长度误差范围0.12微米,不同点的长度变化的最大允许值0.10微米),粗看起来,其长度值是个常量,这是人们把量块与常用的千分尺、卡尺相比产生的想法。是的,在卡尺(误差范围约20微米)、千分尺(误差范围2微米)的角度看问题;不仅0级量块,就是一根钢棒的长度测量,也可以看成是常量测量,即基础测量。
       然而检定0级量块的计量场合,长度计量装置是激光波长标准(误差范围10纳米)。
       注意,计量标准的误差范围为0.01微米。被检的20个0级量块,就算都合格,它们的尺寸偏差范围是0.12微米,而每个量块的不同点的长度差异,最大值可能是0.10微米。这就是说,以标准的10纳米看问题,不同量块的量值的可能差异,每个量块不同点长度的变化量,12倍或10倍于计量标准。长度计量装置激光波长标准在计量中是手段,而被检的一等量块是对象。对象的偏差或变化范围十倍于被检0级量块的误差范围,因此是统计测量。这样,用激光波长标准来检定0级量块,计量者的依据是手段,从手段的角度来看问题,来考察对象的问题,因此量块的尺寸值的偏差与变化(几十纳米到120纳米),就是统计变量。激光波长标准的误差范围几纳米(最大10纳米),是可以忽略的。而对象(0级量块)的偏差与变化,是被检0级量块的固有性质,不能缩小,即不能除以根号N;异常值也是客观存在,不能舍弃,必须找到原因。异常数据不出现了,才是正常测量,才能给出测量结果。
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      我自认为:计量是统计测量这个观点,有重要实用意义。欢迎你继续提出质疑。能提出反例更好。一项理论,需要千锤百炼。
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发表于 2014-10-25 20:26:32 | 显示全部楼层
本帖最后由 都成 于 2014-10-25 20:28 编辑

        感谢您的回答:计量(检定/校准)都是统计测量。您自认为:计量是统计测量这个观点,有重要实用意义。我认为您将计量认定为您确定的两类测量中的统计测量是十分错误的,至少绝大多数不是统计测量。比较一下14#我的解释和18#您的解释就会明白差别在哪里,量块我不太懂,但是标准电阻、电容、电感、砝码其量值在校准过程中可认为是不变的,它怎么会是统计测量!
        我在14#已经说过,事不过三,也许是我解释的不够清楚,以致三次都不能使您改变观点。也许是您对自己的学说过于自信,以致将校准对象的”实际误差“偷换成”最大允许误差“还津津乐道。
        您的影响力应该说很大,帖子也很多。提个小小的建议,国家计量院是我国的最高技术机构,也是您过去工作过的地方,那里有院士和许多研究员,您不妨与他们交流一下,就简单说一下您确立的两类测量,问他们计量是否为统计测量?与您观点相同的熟人就不要找了。
        正如您认为的:计量是否为统计测量这个观点,有重要实用意义。这对您在论坛中发表的许多帖子和文章同样具有重要意义。
 楼主| 发表于 2014-10-26 07:52:34 | 显示全部楼层
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                                           A类不确定度评定之弊病(2)      
                                                                   ——混淆对象与手段             
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                                                                                                                         史锦顺
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       GUM的4.4.3条,是温度测量A类不确定度评定的示范。它是A类不确定度的标准作法,体现出A类不确定度评定的第二个弊病:混淆对象和手段。
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       一个巴掌拍不响。测量计量必有手段与对象这两个方面。
       测量是用测量仪器求知被测量的量值。测量中,测量仪器是手段,被测量是对象。任何测量结果,测得值,测得值的变化,都是由被测量与测量仪器共同作用的结果。被测量与测量仪器是决定测量结果(量值与表征量)的两个方面,两个因素。必须采用“分割法”,或称“孤立法”,才能明确测得值的偏差、测得值的变化,是哪个因素决定的。只知是两个因素共同作用的,不行;分不清哪一方是决定性因素,就形成混沌账。
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       GUM的温度测量,就是对象手段不分的典型案例,是混沌账,是无效的测量。因为弄不清高达5.8℃的温度变化范围,是温度计的,还是温度源的。
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       猜想1  被测对象是一个恒温箱。温度计是普通水银温度计,误差范围为0.2℃。如是,温度计误差可以忽略,测得值的变化是温箱的温度变化。
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       猜想2 被测量是正常气压下纯净水的沸点,所用温度计是刚刚研制成的电子温度计。由于水的沸点,基本是常量,其变化量可以忽略,测得值的变化是温度计的示值变化。
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       GUM测量温度的例子,混淆对象与手段,竟不知测得值的变化属于哪一方,这是一笔混沌账,这个测量是无效的、失败的。
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 楼主| 发表于 2014-10-26 12:09:34 | 显示全部楼层
本帖最后由 史锦顺 于 2014-10-26 12:11 编辑

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                                     A类不确定度评定之弊病(3)     
                                                                                        ——混淆两个σ               
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                                                                                                                                                  史锦顺
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       GUM的4.4.3条,是温度测量A类不确定度评定的示范。它是A类不确定度的标准作法,体现出A类不确定度评定的第三个弊病:混淆两个σ。
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       用贝塞尔公式算出的σ称标准偏差。标准偏差分单值的σ,记为σ(单);另一个是平均值的σ,记为σ(平)。σ(平)等于σ(单)除以根号N。N为测量次数。
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       σ(单)的特点是,随着测量次数N的增大,σ(单)趋近一个常数。这表明,当N趋近于无穷大时,σ(单)的极限是个常数。此常数是σ(单)的期望值。统计变量的特定的分散性,对应于特定的σ(单) ,因此σ(单)是统计变量的表征量。
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       σ(平)的特点是,σ(平)是测量次数的函数,随着测量次数的增大,σ(平)以根号N分之一的速率减小;当N趋于无限大时,σ(平)的期限值是零。σ(平)是个与测量次数N有关的不定值,且其期望值为零,因此,σ(平)不能当统计变量分散性的表征量。
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       σ(单)与σ(平)的区分,体现在实际操作上,就是“是否除以根号N”。
       对基础测量来说,被测量是常量,测得值的随机变化,是测量仪器的随机误差产生的。这是手段的问题。手段是可以而且应当改进的,因此取σ(平),即将σ(单)除以根号N是正确的。
       对统计测量来说,测量仪器的误差可略,测得值个个是被测量的真值。测得值的变化是被测量的实际变化。这个变化,必须如实反映,不得缩小。要用σ(单)来表征被测量的变化,不能用σ(平)。也就是说,统计测量的西格玛,不能除以根号N。
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       A类不确定度评定,规定一律除以根号N,这对统计测量是错误的。
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       GUM的测量温度的例子,没给出测量仪器的指标,分不清是基础测量还是统计测量,或者是混合测量。用西格玛除以根号20当标准不确定度,符合A类不确定度评定的规则,但用来表征统计变量的分散性,是错误的。
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       可能1  被测对象是一个恒温箱。温度计是普通水银温度计,误差范围为0.2℃。如是,温度计误差可以忽略,测得值的变化是温箱的温度变化。
       测量是统计测量。求得温度平均值t(平)=100.14℃,单值的标准偏差为σ(单)=1.5℃,温箱温度的测量结果为:
                   t = 100.14℃±4.5℃
       测量结论:被测量的温箱,温度控制能力很差。
       而按GUM的处理,测量结果(k取2)为:
                   t = 100.14℃±0.66℃
       GUM的处理,严重地夸张了温箱的性能(高估约6倍)。
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       可能2  被测量是正常气压下纯净水的沸点,所用温度计是刚刚研制成的电子温度计。由于水的沸点基本是常量,其变化量可以忽略,测得值的变化是温度计的示值变化。
       根据已有知识,水之沸点,可以当标准温度,因而这个测量,是判别温度计性能的“计量”。计量是统计测量。对100℃的水沸点,温度计的测得值为
                   t = 100.14℃±4.5℃
       测量结论:电子温度计的误差范围高达4.6℃,性能很差。
       而按GUM的处理,测量结果(k取2)为:
                     t = 100.14℃±0.66℃
       GUM的处理,严重地夸张了电子温度计的性能(高估约6倍)。
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       总之,GUM的测量温度的例子,是按A类不确定度评定的规则计算的,把西格玛除以根号N,这是错误操作。
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发表于 2014-10-26 13:41:08 | 显示全部楼层
  首先,计量有广义和狭义两种定义,必须确定史老师所说的“计量”是什么,根据史老师的帖子内容应该说史老师的“计量”是狭义计量定义,专指计量检定和计量校准,不包括其它计量活动,因此我们可以把广义定义的关于“测量”的科学局限于仅指检定/校准,凡是遇到“测量”一词通通理解为专指检定与校准这种特殊的测量活动,被测对象即被检仪器和量具,使用的测量设备理解为使用的计量标准,测量结果理解为检定/校准结果,测量结果的不确定度理解为校准结果的不确定度,测量误差理解为校准结果的误差,而不允许一方面讲计量校准这个特殊测量活动的规律和理论,另一方面延伸到广义的计量(测量)范围。那么,在此基础上讨论:
  1统计测量与常量测量的分类标准
  史老师将测量分为统计测量和常量测量,设Δ(物)是被测量变化量,Δ(测)是测量仪器误差范围,“分水岭”是:Δ(物) << Δ(测)--------基础测量(常量测量); Δ(测) << Δ(物)--------统计测量(变量测量)。
  符号“<<”是远比符号“<”表示的含义小很多的意思,那么,都成老师所说的一种情况,Δ(测) 并不“<<” Δ(物),而是两者基本相当的“≈”,或者略小于“<”,即Δ(测) < Δ(物)时的测量,这样的测量应该是统计测量还是常数测量呢?
  2计量校准是统计测量还是常量测量?
  计量检定/校准是用计量标准为测量设备去测量被检仪器的示值,计量标准值的变化量显然应该小于被检仪器示值的变化量,即: Δ(测) << Δ(物),根据史老师的划分标准,计量校准这个测量活动应划归“统计测量”。但,统计测量的测量结果需要多次测量根据统计分析才能获得测量结果,通过单次测量就获得被测对象的测量结果不能称为“统计测量”。在日常检定/校准工作中,我们所见到的计量检定员在进行测量设备的检定/校准时对每个受检点真的是都经过“多次检定”才给出检定/校准结果吗?凭心而论,除非检定规程强制规定必须检定多少次才能计算出检定结果的极个别情况外,绝大多数检定人员都只是检定一次就给出检定结果,这说明了检定人员绝大多数情况都违规呢,还是说明检定/校准活动并不是“统计测量”范围呢?所以我赞同19楼都成老师所说“将计量认定为……统计测量是十分错误的,至少绝大多数不是统计测量”。
  3不确定度评定并不关注统计测量还是常量测量
  不确定度评定并不关注测量过程属于统计测量还是常量测量,直接测量、间接测量;绝对测量、比较测量;统计测量,常量测量;……,无论用什么方法测量,测量方法均反映在测量模型之中。不确定度评定必须依据测量方法正确书写测量模型,根据测量模型实施评定。因此统计测量也好,常量测量也罢,用其测量方法测量最终要获得测量结果,测量结果就是测量模型的“输出量”,与输出量密不可分的其它量均为“输入量”,测量方法不同,输出量与各输入量自己的函数关系就不会相同,灵敏系数也就不会相同,不确定度评定结果当然也不会相同。这就是不确定度评定方法的科学性所在,不确定度评定只评定测量结果的不确定度,测量结果的来源反映在测量模型之中,即测量模型本身已经反映了测量过程是个什么测量方法,因此在具体实施不确定度评定时,不能再重复考虑测量过程是统计测量还是常量测量。
发表于 2014-10-26 23:00:46 | 显示全部楼层
修改说明:
  因为拼音输入没有注意,22楼帖子的倒数第三行“之间的”打成了“自己的”,因时间已不允许对原帖修改,现在只有另用一个帖子修改。应将“输出量与各输入量自己的函数关系就不会相同,灵敏系数也就不会相同,……”,更改为“输出量与各输入量之间的函数关系就不会相同,灵敏系数也就不会相同,……”。
发表于 2014-10-26 23:24:07 | 显示全部楼层
  对22楼第2条的补充:
  用测量仪器校准一个电阻、电容、电感、砝码、量块、光滑塞规、……等实物量具时,虽然作为计量标准的测量仪器示值误差允许值将小于被检对象的偏差允许值,但实物量具被认为是极其稳定的测量设备,其变化量却非常小,可视为0,但所用的校准仪器不是实物量具,稳定性往往大于被检实物量具,即,将可能出现Δ(测) > Δ(物),而严重违反Δ(测) << Δ(物),这种情况更说明史老师16楼关于“计量都是统计测量”的结论是值得认真思考的。
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