怎样认识“示值误差的不确定度”

浅论测量仪器的误差和测量不确定度

摘要 本文从概念、逻辑和形式上对测量仪器的误差和测量不确定度进行了分析与研究，深入浅出的剖析了测量仪器的示值误差、最大允许误差和测量不确定度之间的关系。旨在引起重视、深入探讨、充分理解、促进共识。

关键词 测量仪器；误差；测量不确定度

0 引言

在计量检定、校准和检测中，数据处理是一个关键步骤。在测量过程中，由于测量仪器精度、实验条件局限和各种因素的影响，测量结果总是与实际待测量有一定差异，即存在测量误差。因此作为一个测量结果，不但应提供测量值的大小和单位，还应对测量值本身的可靠程度作出判断，不说明可靠程度的测量值没有实际意义。人们在使用误差理论的过程中，又发展出了不确定度概念，如何正确理解、合理表述测量仪器的误差与不确定度，是计量工作者一直关注的重要议题。

1 测量仪器

测量仪器的概念是单独地或连同辅助设备一起用以进行测量的器具(又称为计量器具）。其特点是：1）可直接进行测量；2）可以单独地或连同辅助设备一起使用的一种技术工具或装置。在我国有关计量法律、法规中，测量仪器称为计量器具，既计量器具是测量仪器的同义语。测量仪器按其结构特点和计量用途可分为测量用的仪器仪表、实物量具、标准物质及测量系统(或装置)。测量仪器在生产生活中有着广泛的用途，不论是宇宙飞船探月用的信号发生器，还是平常的买米买菜用的电子称，都是测量仪器。

2 测量仪器的误差

测量仪器示值误差，通常简称为测量仪器的误差，可以用绝对误差的形式表示，也可以用相对误差、引用误差的形式表示。对于给定的测量仪器，由规程、规范所允许的误差极限值，称为测量仪器的最大允许误差，有时也称为测量仪器的允许误差限。误差是指测量结果减去被测量的真值，误差是测量结果的重要组成部分。测量结果包括示值、未修正测量结果、已修正测量结果以及若干次测量的平均值。误差经常用于已知约定真值的情况，真值从本质上说是不能确定的。但在实践中常用约定真值或实际值代替真值。用更高准确度等级的测量仪器对测量仪器进行检定或校准时测得的值，作为该测量仪器约定真值。

工程技术　ＳＣｌＥＮＣＥ＆ＴＥＣＩＨＮ０ＬＯＯＹ　正确应用示值误差和测量结果不确定度概念　程丽娟　（常熟市计量测试所　江苏常熟　２１　５５００）　摘要：本文根据ＪＪＦ一１　９　９　９《潮量结果不确定度评定与表示》的要求，论述了示值误差与潮量结果不确定度评定是衡量潮量结果质量　的两个谢评体系，二者密切相关。但又有区别，并且应钟对不同情况正确应用示值误差　不确定度的概念。　关键词：示值误差　测ｔ蛄果不确定度　中图分类号：ＴＭ５　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２—３７０１（２００８）１０（ｃ）一００５５一Ｏｌ　’　示值误差是用于评价测量仪器特性　的，而测量结果不确定度是用于评价测量　结果质量的，二者存在着很大区别，但在反　映测量结果质量方面，又有共性之处。　示值误差是指测量仪器的示值与对应　输入量的真值之差。其误差数值有正、有　负，一般通过实验获得。示值误差可对测　量结果进行修正，测量过程简单方便直观，　大多应用于简单测量、重复测量或多量值　测量活动中，作为判断测量结果是否合格　的依据。　测量结果不确定度是表征合理的赋予　被测量之值的分散性，与测量结果相联系　的参数。其数值为正，一般通过实验和对　测量结果影响量的分析评定，其实不能用　于测量结果修正。其评估过程中受数学模　型、影响量对测量结果作用的认识等因素　影响，一般用于校准赋值实验。　不确定度提出的依据是在一般情况　下，测量结果真值是不可知，因而示值误差　也是不可知的。误差值也是不确定的，认　为使用不确定度概念更合量。　但误差理论提出约定真值的概念，把　多次测量平均值和符合要求的上级标准器　示值作为被测量的约定真值，因而可满足　一般测量的要求。　根据示值误差计算公式：△８＝Ｐ　＋Ｐ　ｎｌＩ　Ｐ￣＝Ｐｏ】＋△６。　式中：△６为示值误差；Ｐ　为测量结果ｔ　Ｐ０　一约定真值。　不确定度评定结果表达式：　Ｐ＝＝Ｐ　Ｕ　式中：Ｐ。，～多次测量结果平均值，【，．一　定概率条件下的扩展不确定度，由测量结　果的实验样本差和各项对测量结果影响量　的合成。指出今后在规定的应用条件下，　该被测量测量结果的取值范围　而△６是单次测量结果的示值误差，对　不同测量值该值是随机的。在重复和复现　条件下，不则测量值中最大的示值误差绝　对值，可作为该集合的最大允许误差。因　此，测量仪器的最大允许误差与该仪器的　测量范围内各点测量结果扩展不确定度的　最大值相类同。从这个角度讲，示值误差　和测量不确定度都是对被测量的质量进行　评价。如果对同一被测量利用上述两种方　法进行评定，根据计量测试保证量值准确　一致的原则，其结论应统一。　尽管测量结果不确定度和示值误差在　表述和内涵方面有许多相似之处，但示值　误差和不确定度概念不能互为替代，应针　对不同的测量活动正确使用示值误差和不　确定度的概念。　一般情况下，给披测量赋值时，应使用　测量结果不确定度的概念。对仪器示值进　行判断的情况下。使用示值误差概念比较　方便　如量值传递和溯源，工业化大量测　量，已确立的允差范围条件下对被测量结　果判断等。　测量不确定度评定对操作人员的素质　要求很高，测量结果的不确定度反映操作　者对被测量的认识程度，对Ｂ类标准不确定　度分量估计则要根据有关信息来评定，这　些信息包括以前观测数据，有关技术资料　和测量仪器特性的了解和经验，手册和参　考资料提供的数据以及产品标准、检定证　书、产品使用说明书等各种技术资料提供　的信息，同时在评定过程中数学模型的确　定，分布规律及其概率（或是可信程度），不　确定度分量相关与否等相关技术问题。而　评定人员对相关信息掌握的差异，必然会　造成评定结果差别。　示值误差不确定度的提法应尽量避免　使用，在检定实践中，测量结果的数学模型　为：　ｙ　），。＋ｒ＋△ｙ　（１）　式中：），一被检仪器示值；Ｙ　一标准器示　值；Ｙ—Ｙ　的修正值；Ａｙ一被检示值误差。　上式为完整的表达式。但目前很多项　目不确定度评定常通过示值误差不确定度　分析来反映测量结果不确定度。采用此种　评定方法认为示值误差不确定度来源和大　小与测量结果来源和大小一样，只需在标　题标明为“示值误差测量不确定度评定”　即可，以此与测量结果不确定度评定相区　别，其数学模型表达式为：　△ｙ—ｙ—Ｙ。　（２）　式中：Ａｙ一被检示值误差；　一被检器　示值；ｙ　一标准器示值。　显然，公式（２）与公式（１）相比，缺少修正　值项，而该项多为系统误差造成的。因此　在很多情况下使用公式（２）进行不确定度评　定时，评定的结果是不全面的。　不确定度评定考虑不确定度来源要全　面。ＪＪＦｌ０５９一ｌ９９９第３．３条指明，“对于　那些尚未认识到的系统效应，显然是不可　能在不确定度评定中予以考虑的，但它可　能导致测量结果的误差”。例如，压力式温　度计测量范围（Ｏ～３００）℃，允许误差４－７．５℃　（２．５级）。有些单位的不确定度评定结果　为０．１９℃，经分析得知，该　确定度评定只　考虑了标准器、恒温槽和被检温度计重复　性的影响，忽略了温度计表头传动机构的　影响（如弹性变形、迟滞、齿间摩擦、环境　温度变化影响等）。　在实际工作中，测量仪器和计量标准　没有不确定度定义，因此尽量不使用测量　仪器（计量标准）的不确定度这种说法。但　是可将测量不确定度“理解为在溯甓结果　中，由于仪器所引入的不确定度分量”％　测量仪器的测量范围由无数个有序有　界的被测量组成。无法用一个被测量的不　确定度来代替整个测量仪器的不确定度是　很容易理解的。　但是测量仪器在测量活动中，作为一　个Ｂ类不确定度来源必须认真对得。一般　情况下，可自用准确度等级或最大允许误　差绝对值以及传播规律来计算标准不确定　度进行评定即可满足要求，这种方法简便　易行，认识统一。但由于使用最大值评定，　可造成扩展不确定度变大，影响测量结果　的正确评价，因此在要求较高的情况下，必　须根据ＪＪＦｌ０５９一ｌ９９９《测量结果不确定　评定与表示》针对该仪器的具体情况单独　评定不确定度。　为了获得测量仪器（或计量标准）不确　定度分量，可选择典型值的方法来代替整　个测量仪器的不确定度。其依据是对一个　测量仪器来讲，其Ｂ类不确定度的来源和　数值应该是一样的。其差别是在Ａ类评定　中。因此通过测量或检定确定偏差最大点　进行评定（这个值也应是该仪器不确定度　最大值），其结果代替测量仪器的不确定度　分量是合适的。这样做有别于校准实验考　核中通常采用的测量上限的方法和有些单　位提出的３台同型号同测量范围的平均方　法，具有一定的科学性和可操作性。　众所周知，测量边界属于测量范围上　的一个特殊值，作为测量范围的一个值应　用从测量仪器无不确定度定义的总的原　则，不应提倡和使用测量边界不确定度概　念。　但是在校准或特殊实验场合下，需要　评定测量边界值的不确定度时，作为单一　量的测量结果不确定度评定是可行的，但　要注意保证边界外侧有刻度能读数。否则　最好不进行该点的评定。　总之，示值误差和测量结果不确定度　评定是衡量测量结果质量的两个测评体　系，二者密切相关，但又有区别，因此应针　对不同情况正确应用示值误差和不确定度　的概念。　科技资讯ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　

压力表示值误差测量结果的不确定度评定

一、引言

在各种工业领域中，对于压力的测量是非常重要的，因为压力是许多工业过程的关键参数之一。由于测量设备和方法的限制，压力表示值的误差是不可避免的。为了评定压力表示值误差的不确定度，需要进行一系列的不确定度评定。

二、压力测量的误差来源

对于压力表示值的测量，可能存在多种误差来源，包括但不限于以下几点：

1. 测量设备的精度和灵敏度限制；

2. 环境条件的影响，如温度和湿度变化；

3. 测量方法的不确定性；

4. 操作人员的技术水平和操作经验。

这些误差来源会导致压力表示值的误差，因此需要对其进行不确定度评定。

三、不确定度评定方法

对于压力表示值误差的不确定度评定，可以采用以下方法进行：

1. 根据国际标准和标定程序进行实验测量，得到实际的压力表示值；

2. 对实际测量数据进行统计分析，计算出平均值、标准差等参数；

3. 根据测量设备的精度和灵敏度，结合实验测量结果，计算出测量设备的不确定度；

4. 考虑环境条件和操作人员的误差来源，进行合理的修正；

5. 最终得到压力表示值误差的不确定度评定结果。

四、不确定度评定的应用

通过对压力表示值误差的不确定度评定，可以得到压力测量结果的可靠性和准确性。这对于工业生产和实验研究中的压力控制和监测非常重要。在应用中，可以根据压力表示值误差的不确定度评定结果，对压力控制设备进行调整和优化，提高生产效率和产品质量。

五、不确定度评定的挑战 在进行压力表示值误差的不确定度评定时，可能会面临以下挑战：

1. 实验测量的难度，包括测量设备的性能和环境条件的影响；

2. 数据处理和分析的复杂性，需要进行统计学方法和数学模型的运用；

3. 不确定度评定结果的合理性和可靠性，需要进行交叉检验和实际应用验证。

气动测量仪示值误差测得值的不确定度分析

摘要：随着产业4.0的引进和智能制造的不断推进，制造业与互联网产业的融合更加紧密，越来越多的零部件得到了智能测试和数字化；但是，在传统的生产管理中，质量控制方面仍然存在重大缺陷:一方面，大多数企业继续采用人工测量和抽查，这需要时间和努力，并且难以保证测量的准确性；另一方面，数据存储管理缺乏可持续性，缺乏高质量的数据分析和控制，难以及时发现生产问题，容易给企业造成巨大的物质损失。针对这些实际问题，提出利用气动仪器测量质量参数，建立网络技术数据优化和调节系统，实现生产质量的可视化监控。近年来，一些专家学者还开展了大量关于气动计量的理论和实践研究，胡小平等人分析了背压道路的特征曲线，研究了主要参数对计量的影响；Cz研究了气动仪器校准的不确定性和线性度。J.Jermak等人使用不同的线性近似方法来减少非线性；miroslawruck等人在一个尺寸控制系统中研究了气动仪器，并建议使用两个以上的调节主机可以大大提高线性度；许多专家就提高气动仪器测量的准确性发表了意见。

关键词：气动量仪;浮标式;电子柱式;不确定度分析

引言

从较长远的角度发展了测圆器的理论和方法，工业制造工艺主要依靠科学检测仪器和适当的数据分析方法，以确保产品测圆器控制在最大容许误差内。近年来，随着检测技术和计算机化技术的改进，舍入测量技术继续得到改进和发展。其中，数值电子空气动力学测量原理的节拍误差测量方法应用于实际生产过程，发展迅速。

1系统总体架构 本系统以齿轮内径为研究对象，主要通过气动仪表的压力差特性获取齿轮加工后内径测量数据，以确保气动仪表测量精度，通过优化设计提高测量精度数据优化和调节系统结合相关框架软件使用Java编程实现了对系统的直接浏览器访问，具有高度的可扩展性，可以快速转换为基于系统的其他零件的相关分析系统；数据流量使用基于以太网卡的TCP/IP自动执行数据传输。整个系统在齿轮的制造和质量控制方面发挥了重要作用。