测量不确定度 测量不确定度的来源

最后回顾:

最后一期介绍了测量不确定度的基本知识，主要阐述了测量不确定度的定义、表达、在一致性判断中的应用、组成和分类。相信读者对测量不确定度有了初步的了解，简单总结如下:

1.测量不确定度的作用:主要用于定量表示测量结果的可靠性；

2.测量不确定度表达式:主要有两个参数，一个用于表示大小，另一个用于表示可信概率；

3.测量不确定度主要分为标准不确定度和扩展不确定度。

4.标准不确定度:分为A类评定和B类评定，通过计算各量的方差或协方差得到合成标准不确定度；

5.扩展不确定度:根据相关条件，查表得到包含因子，用包含因子×合成标准不确定度。

本期主要内容介绍:

本文由自媒体胡外七提供。本课题的内容是测量不确定度的来源，主要从人、机、料、法、环境五个方面进行分析。希望读者能了解测量不确定度的来源，并采取措施减少甚至消除，从而提高检测水平，保证检测结果的准确性和可靠性。

测量不确定度的来源:

测量的目的是获得准确可靠的测量结果。决定测量结果准确性和可靠性的因素很多，包括人员、设施和环境条件、检测和校准方法及方法确认、设备和测量的可追溯性、取样和样品管理等。实验室在制定相关文件程序、培训和评估人员以及选择测试和校准设备时，应考虑这些因素对测量结果的影响。

一、测量员引入的不确定性:

二、测量设备引入的不确定度:

测量设备是测量仪器、测量标准、参考材料、辅助设备和测量所需数据的总称。

1、测量标准或标准物质误差

最常用的测量方法是将被测物与测量标准或标准物质进行比较。因此，测量结果中会直接引入测量标准和参考物质的不确定度。

2.测量仪器特性的局限性

测量仪器的特性包括指示误差、最大允许误差、稳定性、响应特性、灵敏度、分辨力、分辨率、漂移等。因此，不满意的仪器特性会直接引入测量结果的不确定度。

2.1.测量仪器的指示误差

测量仪器的示值误差将直接引入测量结果的不确定度。测量人员可以利用指示误差对测量结果进行修正，但由于修正不完善，也会引入不确定度。示值误差的先验概率分布可以通过检定证书得到，验船师必须学会熟练阅读检定证书或校准证书。

2.2、精度等级

测量仪器的准确度是指“测量仪器给出的指示值接近真值的能力”。所以，计量器具的准确度就是计量器具的示值接近真值的程度。其实准确性是一个定性的概念。

精度等级定义为“满足一定测量要求，并使误差保持在规定限度内的测量仪器的等级和等级”，通常按约定用数字或符号标注，称为等级指数。

上级计量检定技术机构出具的检定证书按照有关技术规范对计量器具进行评定。当测量仪器的示值误差不超过某一等级最大允许误差的要求，且其他相关特性也满足要求时，则判定该测量仪器满足精度等级。如果用这种评定方法评定合格的计量器具，可以直接使用示值，而不必根据示值误差的评定结果对测量结果进行修正。

测量仪器的最大允许误差将直接归因于测量结果的不确定性。如果没有概率分布或包含因素的信息，测量仪器的示值误差通常服从均匀分布。

2.3、测量仪器的分辨率

数字仪器不确定性的来源之一是指示设备的分辨率。即使指示是理想的重复，由重复性贡献的测量不确定度仍然不是零，因为仪器的输入信号在已知的间隔内变化，但是数字仪器给出相同的指示。

2.4、测量仪器的稳定性

测量仪器的稳定性定义为“测量仪器保持其计量特性随时间恒定的能力”。稳定性通常可以用两种方式定量表达:

用计量特性改变指定量所需的时间；

特定时间后测量特性的变化；

测量仪器的稳定性可以按均匀分布来处理。

2.5、测量仪器的漂移

测量仪器漂移定义为“测量仪器计量特性的缓慢变化”。以下方法可用于确定测量仪器的漂移。

a类评定方法:当计量器具的计量特性随时间线性变化时，漂移曲线为直线，直线的斜率为漂移率。测量一系列随时间变化的观测值后，用最小二乘法拟合出最佳直线，即可计算出漂移率。

b类评价方法:观察被评价的测量仪器在一定时间内测量特性随时间的缓慢变化，记录前后的变化值或绘制观察值随时间的漂移曲线。

2.6、测量仪器响应时间

测量仪器的响应时间定义为“激励突然变化的时刻与响应达到并保持其最终稳定值在规定限值内的时刻之间的时间间隔”。响应时间的本质是测量仪器的滞后效应。

评估响应时间的方法通常是向被评估的测量仪器输入突然变化的激励，并记录输出响应随时间变化的曲线。计算输出响应达到并保持其最终稳定值在一定限度内的时刻与输入激励时刻之间的时间间隔，即测量仪器对应于规定限度的响应时间。

三、测量方法引入的不确定度:

为了正确可靠地进行测量，首先要熟悉和掌握测量方法的原理和定义，做到“三清:测量什么，如何测量，为什么要这样测量”；其次，必须熟悉测量过程，了解和掌握关键控制因素；最后，我们必须熟练掌握数据处理方法，包括参考数据的正确使用、异常值的消除、数据的修正等。

1.测量原理引入的不确定度

主要因素是被测对象定义不完整或不完善，实现定义对象的方法不尽人意。

2.测量过程中引入的不确定性

2.1、测量程序

通常技术标准、规范、规程或作业指导书都严格规定了测量程序，但一些具体要求，如客户要求，偏离了测量程序或省略了一些操作，会造成测量结果的不确定性。

2.2、测量次数

测量结果的最佳估计值应该是无限个测量结果的算术平均值，但实际上是有限个测量。在实际工作中，有时测量结果只由测量值给出一次，这就导致了测量不确定度的引入。

即使进行多次测量，测量结果也会由多次测量的算术平均值给出，由于测量的分散性，会造成测量结果的不确定性。

2.3、其他因素

测量时间、测量采样点、瞄准方式、加载方向等因素造成的不确定性。

3.数据处理引入的不确定性

3.1.物理常数或参考数据的不确定性

外部资料和手册提供的物理常数和数据很多，都是基于以前的测量或理论计算的结果，结果必然是不确定的。

3.2.算法的不确定性和算法实现

使用不同的算法处理数据，如计算实验标准差，可以使用贝塞尔法、极差法、最大残差法，结果必然不同。

在选择标定模型时，如果用直线标定曲线的响应，会导致拟合不好，因此会引入较大的不确定性。

数据四舍五入会导致最终结果的不确定性。

第四，被测对象引入的不确定性

1.抽样的代表性不够

例如，如果用于测量的样品块不能完全代表定义的测量材料成分或均匀性，样品块将引入测量不确定度。

2.样本效应

在化学检测中，复杂基质的分析物回收率或仪器的响应可能受基质组成的影响。由于热力学条件的变化或光降解，样品的稳定性在分析过程中可能会发生变化，从而引入不确定性。

3.不稳定测量

一些被测特性受环境或时间因素影响，在测量过程中保持动态变化，从而引入不确定性。

V.测量环境引入的不确定性

1.环境条件的测量和控制是不完善的

所有测量应在规定的环境条件下进行。实验室测量的环境因素包括:温度、相对湿度、大气压力、空气体流量、空气体成分、污染、振动、噪声、热辐射、电磁干扰和电源变化。

此外，恒温处理样品的储存时间和储存条件应被视为不确定性的来源。

2.不完全了解环境对测量过程的影响

在野外或备选试验场测量辐射干扰电站强度时，场地衰减会引入不确定性。在噪声测量中，噪声背景的影响也会引入不确定性。

3.不符合测量仪器规定的环境条件

测量仪器有严格的使用条件，如额定工作条件、极限条件和参考条件。如果不满足这些条件，就会引入相应的不确定性。

结论:

以上是从人、机、料、法、环境五个方面说明测量不确定度的因素及产生原因，并注意测量误差与下一期测量不确定度的主要区别。