計量論壇
標題: 校準中的幾種誤差(不確定度)分辨 [打印本頁]
作者: 史錦順 時間: 2016-10-22 17:28
標題: 校準中的幾種誤差(不確定度)分辨
本帖最后由 史錦順 于 2016-10-22 17:58 編輯
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校準中的幾種誤差(不確定度)分辨
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史錦順
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(一)系統誤差的符號問題
本網有人問:示值誤差為正,可否省略正號?
所問的問題,沒有說明是什么地方的“示值”,這個“示值”是干什么用的,不好回答。
這個問題的背后,可能隱藏著一些混淆。這不是某個人的問題,而是不確定度理論本身的通病。需要稱說“不確定度”的地方很多,性質各異,量值差異也很大,而僅僅有一個不確定度,還規定必須叫“測量不確定度”,不再加前綴或后綴的測量不確定度,實在應付不了那么多差事。
這種風氣也傳染到對誤差的稱說。
按現行校準的規范,校準的主要任務是確定修正值。修正值必須是“系統誤差”的負值。由于不確定度理論莫名其妙地否定兩類測量的劃分,于是把“修正值是系統誤差的負值”,模糊地稱為“修正值是示值誤差的反號”,這是很錯誤的。因為示值誤差包括兩部分,一部分是系統誤差,一部分是隨機誤差。系統誤差是恒值,可以修正;而隨機誤差是隨機變量,是不能修正的。
校準中,經多次重復測量(例如20次),取示值的平均值。重復測量的目的,是減小乃至消除隨機誤差。系統誤差值等于示值平均值減計量標準的標稱值。修正值等于系統誤差的負值。由于系統誤差值是供修正用的,正負號極其重要,因此要寫出正負號。(上世紀六十年代,國家計量院溫度室的一個檢定員,就是因為填錯修正值的正負號而受通報處分。國家計量院因送檢單位的申述,追查并處理。)
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(二)現行校準證書上的U[sub]95[/sub]是什么
現行校準業務給出的擴展不確定度U[sub]95[/sub],就是測定系統誤差時的誤差范圍。該項不確定度(下面簡稱的U95)由被檢儀器的示值平均值的標準偏差、被檢儀器的分辨力誤差(二者中取大者),計量標準的誤差合成。
這是個揭示事物本質的重要判別,是個有重要應用意義的精辟論斷。規矩灣先生不識貨,反對這一觀點。他的根據是本本上的定義。而筆者的根據是事實。哪個有道理,是不難鑒別的。背書,算什么本事?研究的著眼點是事實,最高的原則是符合客觀規律。
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(三)U[sub]95[/sub]不是計量的誤差
檢定中要判別合格性;校準中,應用戶要求,要聲明符合性(就是合格性)。根據什么來判別合格性呢?
誤差量的特點是“絕對性”和“上限性”。計量要判別被檢儀器的合格性,就要找到示值誤差絕對值的最大可能值|Δ|max并用它來判別合格性。合格的條件為:
|Δ|[sub]max [/sub]≤ MPEV – R[sub]標 [/sub] (1)
式中,MPEV是被計量儀器的指標值,即最大允許誤差的絕對值。R[sub]標[/sub]是計量標準的誤差范圍。
公式(1)的左側,是實際測量到的被檢儀器示值誤差的綜合值。包括系統誤差的測得值,示值平均值的隨機誤差(σ[sub]平[/sub]),示值的隨機誤差(σ),儀器分辨力誤差。
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《JJF1094-2002 儀器特性評定》的合格性判別公式,相當于公式(1)中R標的項是U95;《CNAS-GL27 聲明檢測或校準結果及與規范符合性的指南》中用的待定區的半寬,也是U[sub]95[/sub]。這個U[sub]95[/sub],內容包括被檢儀器的重復性、分辨力以及計量標準的誤差范圍。這個U[sub]95[/sub],從它包含的內容可以判定,它是測定系統誤差時的誤差范圍(修正值的不確定度),而不是計量的誤差。U[sub]95[/sub]比計量誤差(等于計量標準的誤差R[sub]標[/sub])大得多,用U[sub]95[/sub]代替(1)式中的R[sub]標[/sub]是錯誤的。
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以上,對誤差量的誤解與不恰當的應用,推行不確定度論以來,在計量界是普遍存在的。
本文強調指出:計量工作者要辨別清楚,校準中的各項不同的誤差。名字怎么叫,只是形式問題,而必須弄清的問題是:各自包含的內容、各自的用途。
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(四)校準的操作
一臺儀器,由計量部門計量。在計量中,因為有計量標準(標稱值代表真值,由此而引入的誤差是計量誤差)經重復測量,記錄并經統計計算,得到下列值:
1)系列示值Mi
2)示值平均值M[sub]平[/sub]
1)系統誤差值
β = M[sub]平[/sub]–B
2)標準偏差σ
3)平均值的標準偏差σ[sub]平[/sub]
4)隨機誤差范圍3σ
5)當分辨力誤差起主要作用時,要調節標準的輸出值,使示值誤差最大。
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(五)校準中的各種誤差值
1)計量誤差范圍,等于計量標準(包括標準的附屬設備)
R[sub]計[/sub]= R[sub]標[/sub] (2)
2)儀器的誤差范圍(準確度,與MPEV相應,即|Δ|max),又稱儀器不確定度
R[sub]儀[/sub] = √[β[sup]2[/sup]+(3σ[sub]平[/sub])[sup]2[/sup]+(3σ)[sup]2[/sup] ] (3)
3)儀器的系統誤差值β(其負值是修正值)
β = M[sub]平 [/sub]– B (4)
4)測定系統誤差時的誤差范圍
R[sub]系[/sub] =√[(3σ[sub]平[/sub])[sup]2[/sup] + R[sub]標[/sub][sup]2 [/sup] + 分辨力誤差[sup]2[/sup] ] (5)
5)修正后,測量儀器的誤差范圍
R[sub]修[/sub] =√[(3σ[sub]平[/sub])[sup]2[/sup] + R[sub]標[/sub][sup]2[/sup] + 分辨力誤差[sup]2[/sup] + (3σ)[sup]2[/sup]] (6)
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(六)校準中,不確定度理論的錯誤認識
校準中的U[sub]95[/sub],是有特定內容的。即由儀器示值重復性、分辨力誤差與計量標準的誤差范圍構成。這個特定內容說明,此特定U[sub]95[/sub]是測定系統誤差的誤差范圍值。而現行不確定度理論,誤當成一般的測量結果的可信性,稱作“校準不確定度”,產生了嚴重的錯誤與誤解。
A)合格性判別中,把有特定內容的U[sub]95[/sub]當成計量誤差,當成待定區的半寬,是錯誤的。
B)校準中給出這個有特定內容的不確定度,沒有說明它是測定系統誤差時的誤差。用戶可能誤解成是被檢儀器的誤差范圍。
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(七)校準證書應給出的誤差值(不確定度)
1 不修正的合格性判別
1.1 按公式(3),給出測量儀器的誤差范圍實測值。
1.2 按公式(1),判別合格性。
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2 修正
2.1 按公式(4)給出修正值(-β)
2.2 按公式(5)給出修正值的誤差范圍值(修正值的擴展不確定度)
2.3 按公式(6)給出修正后儀器的誤差范圍值(儀器修正后的擴展不確定度)
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不確定度理論的擴展不確定度,本質就是誤差理論的誤差范圍。只稱為測量不確定度或擴展不確定度,沒法表明其適用的場所,沒法區分其表達的內容。
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補充內容 (2016-10-22 18:47):
(四)中的小項編號出錯。不涉及實際內容。
補充內容 (2016-10-22 21:15):
第9行“兩類測量的劃分”應為“兩類測量誤差的劃分”。
作者: 規矩灣錦苑 時間: 2016-10-22 21:48
本帖最后由 規矩灣錦苑 于 2016-10-22 21:51 編輯
不確定度既不是誤差,也不是修正值,而是校準結果的可信性。校準中的U[sub]95[/sub],是有特定內容的。但卻不是“由儀器示值重復性、分辨力誤差與計量標準的誤差范圍構成”,而是“由被校儀器示值重復性、分辨力誤差與計量標準的誤差范圍引起”。被校儀器示值重復性、分辨力誤差與計量標準的誤差范圍給校準結果引入了測量不確定度,而不是由它們構成了不確定度,它們都屬于“誤差”,由它們構成的仍然是“誤差”,而不是“不確定度”。
史老師說“U[sub]95[/sub]不是計量的誤差”,“合格性判別中,把有特定內容的U95當成計量誤差,當成待定區的半寬,是錯誤的”,此話非常正確。“校準中給出這個有特定內容的不確定度,沒有說明它是測定系統誤差時的誤差。用戶可能誤解成是被檢儀器的誤差范圍”,這是用戶錯誤理解了術語“不確定度”的定義,不是“不確定度”的錯,是用戶混淆了“誤差”和“不確定度”兩個概念。不確定度不能用來評判被校對像合格不合格,而是用來評判校準數據值不值得采信的,同樣誤差用來評判被校對像合格不合格,不能用來評判校準結果值不值得相信。
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