测量不确定度的应用与发展综述.pdf

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1、研讨园地lFieldofDiscussion测量不确定度的应用与发展综述机械科学研究总院口李海斌强毅明翠新摘要本文介绍了经典与现代误差理论的发展历程，引出了测量不确定度的概念，并论述了测量不确定度理论的发展．总结与分析了测量不确定度在国际标准与技术规范中的应用．提出了测量不确定度应用方面所面临的问题，以及相关理论发展的展望。关键字误差测量不确定度发展展望2b)所示。1概述测量不确定度一～测量是人类认知事物并获取信息的重要手段，是获得被测物理量真实值的过程，其最重要的特征就是测量结果及其精度。然而，如同人类认识自然测量值真实值规律

2、一样．测量不可能达到理想的完全准确，其精图1测量不确定度、真实值、测量值与误差的关系度的合理评定一直是困扰工程界和科学界的一大难题。通常情况下，无论技术多么先进，我们所得到的测量值实际只是一个接近真实值的“估计值”，▲即一个在真实值附近一定区域内的随机数。JJF1059．1—2012《测量不确定度评定与表示》中对“测量不确定度”的定义是“根据所用到的信息．表征赋予被测量值分散性的非负参数”．其保证了所获得“估计值”与“真实值”的足够接近程度。即便是对同一参数在相同的条件下进行多次重复测量。其测量误差也是在一定区间内变化的。导致被

3、测量的真值是无法知道的。但是。其真实值可以被确定在一定范围内，这里的“范围”即所谓的“不确定度”。如图1所示。简言之，测量不确定度即是表征测量真实值落在一定区间内的概率或分散程度。在实际应用中．测量不确定度可以用两种方法加以表征，一种方法如图2a)所示，不仅给出真实值的范围。还给出落在不同区间的概率P(X)；另一种方法则仅给出真值存在的范围，如图17FieldofDiscussionI研讨园地机制造械工业标功能需求卜__—丁—叫精度需求卜—r—规范标注L—．-4检测评定———--4产品准化与质量相关不确定度l规范不确定度鳖至测塞

4、量不确I定垫度堑至堕塞符合不确定度总不确定度图3不确定度对产品的设计制造各阶段的影响踩一具体来说，测量不确定度主要由测量方法、的不断进步，大体上可以分为经典误差理论与现0般测量器具的精度以及环境等因素的影响产生。代误差理论两个阶段。其中经典误差理论以严格珀基于GPS理论的测量不确定度主要包含了“方的统计学理论为基础。主要限于以随机误差为对一0法不确定度”与“执行不确定度”两个方面的象的一系列数据处理方法．没有对误差进行细内容分。而现代技术的不断出现，暴露了其存在的很f1)方法不确定度大不足。而所谓的现代误差理论。则是在经典误由检

5、测时采用的实际验证操作集与设计规定差理论的基础上．通过与实践相结合提出了误差的规范操作集之间的偏离而产生的不确定度。例的可分性——即将误差分为随机误差(偶然误如。规范操作集规定用最小外接法进行拟合操作，差)、系统误差和粗大误差等内容，并给出相应而检测时实际采用了最小二乘法拟合操作．这就产的处理方法。具有明显的实用性特征。基于现代生了方法不确定度。如果实际的验证操作集完全符误差理论在对测量结果进行处理时．通过剔除粗合设计给定的规范操作集。则方法不确定度为零，大误差。修正系统误差。再用统计方法对随机误即不存在由操作方法引起的复合型不

6、确定度。差进行适当计算后。用以评定测量结果的准确(2)执行不确定度度相比经典误差理论仅有“误差”这一概念而测量过程中由测量器具的误差、测量环境、言．误差的可分性是误差理论的重要进步。虽然人为因素等引起的不确定度为执行不确定度。这部其对系统误差的处理还不尽完善．但基于该理论分测量不确定度对任何测量都是不可避免的。因的误差分析已经明显提高了测量结果的科学性及此，规范和掌握测量器具的设计特性，进行定期校误差评定的可靠性准。对控制和评价执行不确定度是十分重要的。到了20世纪中叶．随着科技发展对测量准传统的“测量误差”是测量精度的反映。但

7、确度不断提出更高的要求．逐步出现了误差转化由于被测量的真值无法获得而使得其仅仅是一种的概念。该理论认为，在一定条件下，某些随机近似的反映而“测量不确定度”则可用以平衡误差和系统误差是可以互相转化的．尤其是将系测量仪器设备的精度与测量成本。统误差进一步分为已定系统误差和未定系统误差两类。并且对已定系统误差进行修正。而对未定2误差理论的发展进程系统误差则计人测量结果的精度评定。这是误差对于误差理论的应用与研究。实际上已经有理论的又一次重要历程长达2000多年的历史了。随着实际生产和科技发展至此，误差理论又出现了新的问题：在18研讨园

8、地lFieldofDiscussion用误差理论对测量结果评定过程中。必须包含随国际法制计量组织(OlML)，国际理论和应用物机误差、转化后的随机误差以及未定系统误差，理联合会(IUPAP)、国际理论和应用化学联合并且需要用一个总的误差数值加以表示，因此就会(I