实验不确定度与测量误差之比较

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第24卷第2期长春师范学院学报(自然科学版)2005年6月V01．24No．2JtmmalQlaIlgChunTead~_xsCollege{NaturalSc)Jun2O0c5实验不确定度与测量误差之比较高允锋，蓝讽，祁金刚(长春师范学院物理学院，吉林长春130032)[摘要】介绍了实验不确定度，以及实验不确定度与误差的关系。[关键词】测量；不确定度；误差[中图分类号】C-424．3[文献标识码】A[文章编号】1008一l78x(2005)02—0144．-03在高等院校的实验课教学中经常要对实验数据进行处理，在

2、实验不确定度新概念产生之前最常用的实验数据的处理方法就是用误差的大小来表示，但是由于误差的定义及计算方法有很多不完善的地方，也为了更好的进行国际间的交流和科研成果的推广，早在七十年代初，国际上已有越来越多的计量学者认识到使用不确定度代替误差更为科学。从此，不确定度这个术语逐渐在测量领域内被广泛应用。1978年国际计量局提出了实验不确定度表示建议书INC—l。1993年制定的《测量不确定度表示指南》得到了国际计量局(B)、国际法制计量组织(O)、国际标准化组织(IsO)、国际电工委员会(IEC)、国际理论化学与应用化学联合会(IL刀PAC)、国际理论物理与应用物理

3、联合会(IIJ．PAP)、国际临床化学联合会(IFCC)等七个国际组织的批准，由ISO出版，是国际组织的重要权威文献。我国也已于1999年颁布了与之兼容的测量不确定度评定与表示计量技术规范。至此，实验不确定度评定成为检测和校准实验室必不可少的工作之一。那么实验不确定度和误差之间到底是什么样的关系呢?1．实验不确定度和误差在定义上的比较误差定义是测量值与真值之差，是一个确定值。实际上，真值是量的定义的完整体现，是无法得到的(不存在完美无缺的测量)，其本质上是不可能得到的。因此，在测量上，采用约定真值，以测量不确定度来表征真值处于的范围。所以，测量结果与真值之差的测

4、量误差，也是无法确定的或确切获知的，这是被人们普遍认为的“误差公理”。过去的观点是通过误差分析，给出被测量值不能确定的范围即是误差。按现在的观点，误差一词不宜用来定量表明测量结果的可靠程度。测量误差是表明测量结果偏离真值的差值，它客观存在但人们无法准确得到。例如：测量结果可能非常接近真值(误差很小)，但由于认识不足，人们赋予的值却落在一个较大区间(误差)内；另一方面测量结果可能远远偏离真值(误差很大)，而人们赋予的值却落在一个较小区间(误差)内。如何较准确地确定一个这样的区间，即这个区间表征被测量之值与真值之间的分散性。就是说，测量结果可信的程度在什么水平上?根

5、据现代计量学观点，计量或测量结果可信的程度是需要通过分析和评定来确定的。实验不确定度是指表征合理地赋予被测量之值的分散性、与测量结果相联系的参数。字典中不确定度(uncertainty)的定义为“变化、不可靠、不确知、不确定”。因此，广义上说，实验不确定度意味着对测量结果可信性、有效性的怀疑程度或不肯定程度。实际上，由于测量不完善和人们认识的不足，所得的被测量值具有分散性，即每次测得的结果不是同一值，而是以一定的概率分散在某个区域【收稿日期】2005—04—11[作者简介】高允峰(1970一)，男，吉林长春人，长春师范学院物理学院实验师，从事力学、热学实验的教学

6、与研究工作。·144·维普资讯http://www.cqvip.com内的多个值。虽然客观存在的系统误差是一个相对确定的值，但由于我们无法完全认知或掌握它，而只能认为它是以某种概率分布于某区域内的，且这种概率分布本身也具有分散性。实验不确定度正是一个说明被测量之值分散性的参数，实验结果的不确定度反映了人们在对被测量值准确认识方面的不足。即使经过对已确定的系统误差的修正后，测量结果仍只是被测量值的一个估计值，这是因为，不仅测量中存在的随机效应将产生不确定度，而且，不完全的系统效应修正也同样存在不确定度。显然，实验不确定度表述的是可观测量：测量结果及其变化。而误差表

7、述的却是不可知量：真值与误差。所以，从定义上看，实验不确定度比误差更科学合理。2．实验不确定度与误差在分类上的比较以前在进行数据处理计算误差时，首先要分清该项误差属于偶然误差还是系统误差。偶然误差一般是在相同条件下重复测量某个物理量产生的误差，因此偶然误差是服从概率统计分布规律的。而系统误差经过校正后，其剩余的系统误差按原误差理论一般认为不具有概率分布。因此，在进行数据处理时，只能将系统误差和偶然误差分开来计算。但在实际测量中，系统误差和偶然误差多数情况下是掺杂在一起的，很难分清误差的性质是偶然的还是系统的，而且有的误差还具有偶然和系统两重性。例如用游标卡尺测量

8、金属块的长度，测量的是不