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計量論壇

標(biāo)題: 校準(zhǔn)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(biāo)題: 校準(zhǔn)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(zhǔn)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(tǒng)誤差的符號問題
       本網(wǎng)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(zhì)各異,量值差異也很大,而僅僅有一個不確定度,還規(guī)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(yīng)付不了那么多差事。
       這種風(fēng)氣也傳染到對誤差的稱說。
       按現(xiàn)行校準(zhǔn)的規(guī)范,校準(zhǔn)的主要任務(wù)是確定修正值。修正值必須是“系統(tǒng)誤差”的負(fù)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(tǒng)誤差的負(fù)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(tǒng)誤差,一部分是隨機誤差。系統(tǒng)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(zhǔn)中,經(jīng)多次重復(fù)測量(例如20次),取示值的平均值。重復(fù)測量的目的,是減小乃至消除隨機誤差。系統(tǒng)誤差值等于示值平均值減計量標(biāo)準(zhǔn)的標(biāo)稱值。修正值等于系統(tǒng)誤差的負(fù)值。由于系統(tǒng)誤差值是供修正用的,正負(fù)號極其重要,因此要寫出正負(fù)號。(上世紀(jì)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(fù)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(xiàn)行校準(zhǔn)證書上的U[sub]95[/sub]是什么
       現(xiàn)行校準(zhǔn)業(yè)務(wù)給出的擴展不確定度U[sub]95[/sub],就是測定系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)偏差、被檢儀器的分辨力誤差(二者中取大者),計量標(biāo)準(zhǔn)的誤差合成。
       這是個揭示事物本質(zhì)的重要判別,是個有重要應(yīng)用意義的精辟論斷。規(guī)矩灣先生不識貨,反對這一觀點。他的根據(jù)是本本上的定義。而筆者的根據(jù)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(guī)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(zhǔn)中,應(yīng)用戶要求,要聲明符合性(就是合格性)。根據(jù)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(biāo) [/sub]                                                           (1)   
       式中,MPEV是被計量儀器的指標(biāo)值,即最大允許誤差的絕對值。R[sub]標(biāo)[/sub]是計量標(biāo)準(zhǔn)的誤差范圍。
       公式(1)的左側(cè),是實際測量到的被檢儀器示值誤差的綜合值。包括系統(tǒng)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(dāng)于公式(1)中R標(biāo)的項是U95;《CNAS-GL27 聲明檢測或校準(zhǔn)結(jié)果及與規(guī)范符合性的指南》中用的待定區(qū)的半寬,也是U[sub]95[/sub]。這個U[sub]95[/sub],內(nèi)容包括被檢儀器的重復(fù)性、分辨力以及計量標(biāo)準(zhǔn)的誤差范圍。這個U[sub]95[/sub],從它包含的內(nèi)容可以判定,它是測定系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)的誤差R[sub]標(biāo)[/sub])大得多,用U[sub]95[/sub]代替(1)式中的R[sub]標(biāo)[/sub]是錯誤的。
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       以上,對誤差量的誤解與不恰當(dāng)?shù)膽?yīng)用,推行不確定度論以來,在計量界是普遍存在的。
       本文強調(diào)指出:計量工作者要辨別清楚,校準(zhǔn)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(nèi)容、各自的用途。
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(四)校準(zhǔn)的操作
       一臺儀器,由計量部門計量。在計量中,因為有計量標(biāo)準(zhǔn)(標(biāo)稱值代表真值,由此而引入的誤差是計量誤差)經(jīng)重復(fù)測量,記錄并經(jīng)統(tǒng)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(tǒng)誤差值
               β = M[sub]平[/sub]–B   
       2)標(biāo)準(zhǔn)偏差σ
       3)平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ[sub]平[/sub]
       4)隨機誤差范圍3σ
       5)當(dāng)分辨力誤差起主要作用時,要調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)的輸出值,使示值誤差最大。
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(五)校準(zhǔn)中的各種誤差值
       1)計量誤差范圍,等于計量標(biāo)準(zhǔn)(包括標(biāo)準(zhǔn)的附屬設(shè)備)
               R[sub]計[/sub]= R[sub]標(biāo)[/sub]                                                                             (2)
       2)儀器的誤差范圍(準(zhǔn)確度,與MPEV相應(yīng),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(tǒng)誤差值β(其負(fù)值是修正值)
               β = M[sub]平 [/sub]– B                                                                         (4)
       4)測定系統(tǒng)誤差時的誤差范圍
               R[sub]系[/sub] =√[(3σ[sub]平[/sub])[sup]2[/sup]  + R[sub]標(biāo)[/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(biāo)[/sub][sup]2[/sup]  + 分辨力誤差[sup]2[/sup] + (3σ)[sup]2[/sup]]                   (6)
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(六)校準(zhǔn)中,不確定度理論的錯誤認(rèn)識
       校準(zhǔn)中的U[sub]95[/sub],是有特定內(nèi)容的。即由儀器示值重復(fù)性、分辨力誤差與計量標(biāo)準(zhǔn)的誤差范圍構(gòu)成。這個特定內(nèi)容說明,此特定U[sub]95[/sub]是測定系統(tǒng)誤差的誤差范圍值。而現(xiàn)行不確定度理論,誤當(dāng)成一般的測量結(jié)果的可信性,稱作“校準(zhǔn)不確定度”,產(chǎn)生了嚴(yán)重的錯誤與誤解。
       A)合格性判別中,把有特定內(nèi)容的U[sub]95[/sub]當(dāng)成計量誤差,當(dāng)成待定區(qū)的半寬,是錯誤的。
       B)校準(zhǔn)中給出這個有特定內(nèi)容的不確定度,沒有說明它是測定系統(tǒng)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(zhǔn)證書應(yīng)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(zhì)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(qū)分其表達的內(nèi)容。
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補充內(nèi)容 (2016-10-22 18:47):
(四)中的小項編號出錯。不涉及實際內(nèi)容。

補充內(nèi)容 (2016-10-22 21:15):
第9行“兩類測量的劃分”應(yīng)為“兩類測量誤差的劃分”。
作者: 規(guī)矩灣錦苑    時間: 2016-10-22 21:48
本帖最后由 規(guī)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(zhǔn)結(jié)果的可信性。校準(zhǔn)中的U[sub]95[/sub],是有特定內(nèi)容的。但卻不是“由儀器示值重復(fù)性、分辨力誤差與計量標(biāo)準(zhǔn)的誤差范圍構(gòu)成”,而是“由被校儀器示值重復(fù)性、分辨力誤差與計量標(biāo)準(zhǔn)的誤差范圍引起”。被校儀器示值重復(fù)性、分辨力誤差與計量標(biāo)準(zhǔn)的誤差范圍給校準(zhǔn)結(jié)果引入了測量不確定度,而不是由它們構(gòu)成了不確定度,它們都屬于“誤差”,由它們構(gòu)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(nèi)容的U95當(dāng)成計量誤差,當(dāng)成待定區(qū)的半寬,是錯誤的”,此話非常正確。“校準(zhǔn)中給出這個有特定內(nèi)容的不確定度,沒有說明它是測定系統(tǒng)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(shù)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(zhǔn)數(shù)據(jù)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(zhǔn)結(jié)果值不值得相信。




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