第六讲 B类不确定度的评定计算
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什么是不确定度的B类评估?
B类不确定度定义:
当输入量Xi不是通过重复观测,(如容量器皿的误差、标准物质特性量值的不确定度等),不能用统计方法评估,这时它的标准不确定度可以通过Xi的可能变化的有关信息或资料的数据来评估,这类非A类评估(A类评估指统计方法评估)的不确定度称为不确定度的B类评估。
B类不确定度评估的一般包括哪些:
以前的测量或评估的数据;
对有关技术资料和测量仪器特性的了解和经验;
制造商提供的技术文件;
校准、检定证书提供的数据、准确度的等级或级别,包括暂时使用的极限允差;
手册或资料给出的参考数据及其不确定度;
指定检测方法的国家标准或类似文件给出的重复性限r或再现性限R。
这类方法评估的标准不确定度称为B类标准不确定度。
若要恰当地使用有关B类标准不确定度评估的信息,需要有一定的经验和基础知识。
原则上,所有的不确定度分量都可以用评估A类不确定度的方法进行评估,因为这些信息中的数据基本上都是经过大量的试验用统计方法获得的。
但是这不是每个实验室都能做到的,因为要花费大量的精力,因此也没有必要都这样做。
要认识到B类标准不确定度评估,可以与A类评估一样可靠。
特别是当A类评估中独立测量次数较少时,获得的A类标准不确定度未必比B类标准不确定度评估更可靠。
来源:实验室ISO17025。
标准不确定度B类评定的举例:(例1)校准证书上给出标称值为1000g的不锈钢标准砝码质量m s的校准值为,且校准不确定度为24g(按三倍标准偏差计),求砝码的标准不确定度。
评定:a =U =24g k=3则砝码的标准不确定度为u B(m s)= 24g/3 =8g(例2)校准证书上说明标称值为10的标准电阻,在23℃时的校准值为,扩展不确定度为90,置信水平为99%,求电阻的相对标准不确定度。
评定:由校准证书的信息知道:a =U99=90,P =;p241假设为正态分布,查表得到k=;则电阻校准值的标准不确定度为:u B(R S)=90/=35相对标准不确定度为:u B(R S)/ R S=×10-6。
(例3)手册给出了纯铜在20℃时线热膨胀系数20(Cu)为×10-6℃-1,并说明此值的误差不超过×10-6℃-1,求20(Cu)的标准不确定度。
评定:根据手册,a =×10-6℃-1,依据经验假设为等概率地落在区间内,即均匀分布,查表得,铜的线热膨胀系k3数的标准不确定度为:u (20)=×10-6℃-1/ =×10-6℃-1(例4) 由数字电压表的仪器说明书得知,该电压表的最大允许误差为(14×10-6×读数+2×10-6×量程),在10 V 量程上测1 V 时,测量10次,其平均值作为测量结果, V = V ,求电压表仪器的标准不确定度。
评定:电压表最大允许误差的模为区间的半宽度: a =(14×10-6× +2×10-6×10 V )=33×10-6 V=33 V 。
设在区间内为均匀分布,查表得到 。
则:电压表仪器的标准不确定度为: u (V )= 33 V/3=19 V[案例]:某法定计量技术机构为要评定被测量Y 的测量结果y 的合成标准不确定度u c (y )时,y 的输入量中,有碳元素C 的原子量,通过资料查出C 的原子量Ar (C )为:Ar (C )=±。
质量不确定度的计算公式主要包括以下两种:
1. A类不确定度计算公式:uA=S/sqrt(n),其中S是观测列的标准差,n是观测列的长度。
这个公式通过统计分析的方法来评定标准不确定度,所得到的相应标准不确定度称为A类不确定度分量,用符号uA表示。
2. B类不确定度计算公式:ub=a/k,其中a是根据有关的信息或经验判断被测量值的可能值区间,k是根据概率分布和要求的概率p确定的系数。
这个公式通过判断被测量值的可能值区间来评定标准不确定度,所得到的相应标准不确定度称为B类不确定度分量,用符号ub表示。
以上信息仅供参考,如有需要,建议您咨询专业人士。
数k(>1)。
使 u≤ku(1-α)(2)且ku(1+α)<u+1(3)由式(2)可以得出1/(1-α)≤k,由式(3)又有k<(u+1)/u/(1+α)结合两式有1/(1-α)≤k<(u+1)/u/(1+α)(4)两边乘上u(1+α)(1-α)并令t=1/(2u+ 1),整理后得出α<t。
下面找出满足式(2)、(3)条件的k。
因α→-t时,式(4)左右两边的极限皆为1+1/ (2u),因此取k=1+1/(2u),有:ku(1-α)> ku(1-t)=u,即式(2)成立;同理式(3)也成立。
实际应用时u是未知的,考虑以r代替u (这可使α放宽到略超过t,证略)。
以下证明取k=1+1/(2r)时,kr仍落在区间[u,u+ 1],故可对kr(=r+015)取整得到u:当r≤u时,有kr=r+1/2<u+1;又:k ≥1+1/(2u),结合式(1)有kr≥ku(1-α)≥[1+1/(2u)]u[1-1/(2u+1)]=u,结论成立。
当r>u时,有kr=r+1/2>u;又:k<1 +1/(2u),结合式(1)有kr≤ku(1+α)<[1+ 1/(2u)]u[1+1/(2u+1)]=u+1结论也成立。
证毕。
显然u越小,α可以越大。
考察电学三表常见上限值定位处理为≤10的数y,绝大多数仪表没有对应y在715~10和6~715之间取值的上限值(只指中间值不包括715、10、6这三个值),故可进一步定位使y≤6,则除y在较小时可能有两位小数“25”或“75”外,多是一位小数“5”或是整数。
于是y<215时乘4,y≥215时乘2就可化为新的整数u,且u≤12,故α< 0104≤1/(2u+1)时,就可由上限读数确定上限值,这已符合绝大多数仪表的情况。
实际操作对r进行,定位值要按误差范围加大。
另:此方法α是动态的并略有放宽,如定位使y≤6,当y=6时误差界限略超4%,而y =0175(u=4y=3)时则超过14%。
b类标准不确定度评定
B类标准不确定度评定是一种评估测量不确定度的方法,主要适用于已知某些信息或数据的分布情况,但无法直接进行重复测量的情况。
以下是B类标准不确定度的评定步骤:
1. 收集数据:收集所有相关的数据或信息,这些数据或信息应能代表所测量变量的分布情况。
2. 确定分布情况:根据收集到的数据或信息,确定所测量变量的分布情况。
如果数据或信息不足以确定分布情况,则需要进行假设或估计。
3. 计算标准偏差:根据确定的分布情况,计算标准偏差。
标准偏差是描述数据分散程度的统计量,用于表示测量不确定度的大小。
4. 计算B类标准不确定度:根据标准偏差的大小,计算B类标准不确定度。
B类标准不确定度等于所测量变量的值与标准偏差的比值。
5. 考虑其他因素:在计算B类标准不确定度时,还需要考虑其他因素,如
测量仪器的精度、环境条件等。
这些因素可能会对测量结果产生影响,需要将其纳入不确定度的评估中。
6. 给出不确定度结果:根据计算结果,给出B类标准不确定度的值和自由度。
自由度表示不确定度评估的可信程度,自由度越大,不确定度的可信度越高。
总之,B类标准不确定度评定是一种评估测量不确定度的方法,需要收集相关数据并确定分布情况,然后计算标准偏差和B类标准不确定度,同时考虑其他因素并给出不确定度的结果和自由度。
不确定度的计算D值与被测量的真值之差,称为系统误差。
它是测量结果中期望不为零的误差分量。
系统误差=多次测量的算术平均值-被测量真值由于只能进行有限次数的重复测量,真值也只能用约定真值代替,因此可能确定的系统误差只是其估计值,并具有一定的不确定度。
系统误差大抵来源于影响量,它对测量结果的影响若已识别并可定量表述,则称之为“系统效应”。
该效应的大小若是显著的,则可通过估计的修正值予以补偿。
但是,用以估计的修正值均由测量获得,本身就是不确定的。
至于误差限、最大允许误差、可能误差、引用误差等,它们的前面带有正负(±)号,因而是一种可能误差区间,并不是某个测量结果的误差。
对于测量仪器而言,其示值的系统误差称为测量仪器的“偏移”,通常用适当次数重复测量示值误差的均值来估计。
过去所谓的误差传播定律,所传播的其实并不是误差而是不确定度,故现已改称为不确定度传播定律。
还要指出的是:误差一词应按其定义使用,不宜用它来定量表明测量结果的可靠程度。
3、修正值和偏差(1)、修正值和修正因子用代数方法与未修正测量结果相加,以补偿其系统误差的值,称为修正值。
含有误差的测量结果,加上修正值后就可能补偿或减少误差的影响。
由于系统误差不能完全获知,因此这种补偿并不完全。
修正值等于负的系统误差,这就是说加上某个修正值就像扣掉某个系统误差,其效果是一样的,只是人们考虑问题的出发点不同而已,即真值=测量结果+修正值=测量结果-误差在量值溯源和量值传递中,常常采用这种加修正值的直观的办法。
用高一个等级的计量标准来校准或检定测量仪器,其主要内容之一就是要获得准确的修正值。
换言之,系统误差可以用适当的修正值来估计并予以补偿。
但应强调指出:这种补偿是不完全的,也即修正值本身就含有不确定度。
当测量结果以代数和方式与修正值相加后,其系统误差之模会比修正前的小,但不可能为零,也即修正值只能对系统误差进行有限程度的补偿。
修正因子:为补偿系统误差而与未修正测量结果相乘的数字因子,称为修正因子。
分光仪的b类不确定度分光仪是一种常用的实验仪器,在化学、物理、生物等领域中广泛应用。
它可以将光线按照波长进行分离,测量和分析不同波长的光线的强度。
分光仪的B类不确定度是评估分光仪测量结果的准确度和可靠性的重要指标。
B类不确定度是指由于仪器本身的特性和使用条件等因素引起的不确定度。
在分光仪中,B类不确定度包括仪器的重复性、稳定性、线性度、精度等因素。
这些因素的不确定度会对分光仪的测量结果产生影响,需要进行评估和控制。
仪器的重复性是指在相同条件下,重复测量同一样品多次所得结果之间的偏差。
重复性不确定度反映了仪器本身的稳定性和精度。
为了评估仪器的重复性不确定度,可以进行重复测量实验,计算测量值之间的标准偏差或扩展不确定度。
仪器的稳定性是指仪器在长时间使用过程中,测量结果的变化程度。
稳定性不确定度反映了仪器的长期性能稳定性。
为了评估仪器的稳定性不确定度,可以进行长时间稳定性测试,记录测量结果的变化情况,并计算稳定性不确定度。
仪器的线性度是指仪器在测量范围内,测量结果与被测量物理量之间的线性关系。
线性度不确定度反映了仪器的测量范围和测量结果的准确度。
为了评估仪器的线性度不确定度,可以进行线性度测试,通过测量不同浓度或强度的标准样品,绘制标准曲线,并计算线性度不确定度。
仪器的精度是指仪器测量结果与真实值之间的偏差。
精度不确定度反映了仪器的测量准确度。
为了评估仪器的精度不确定度,可以使用已知浓度或强度的标准样品进行测量,与标准值进行比较,并计算偏差的标准偏差或扩展不确定度。
以上所述的B类不确定度指标,对于评估分光仪的测量结果的准确度和可靠性具有重要意义。
在使用分光仪进行实验时,需要注意对B类不确定度进行合理评估和控制,以提高测量结果的准确性和可靠性。
总结起来,分光仪的B类不确定度是评估分光仪测量结果准确度和可靠性的重要指标。
重复性、稳定性、线性度、精度等因素都会对分光仪的测量结果产生影响,需要进行评估和控制。
不确定度的定义与B类评定关于测量不确定度的定义,在计量技术规范JJF1001—1998《通用计量术语及定义》与《VIM》(国际计量学名词)中均定义为: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。
定义中的“合理”,实际上是统计控制状态下;“赋予被测量之值”是指被测量的测量结果;“分散性”是指测量结果(应理解为被测量的最佳估计)上、下的一个分散区间,既可以用标准偏差或其估计值,也可以用标准偏差的若干倍给出;“与测量结果的相联系”指和测量结果一起。
测量不确定度指测量结果的可疑程度,也就是测量结果可能有多大的误差,其误差范围有多大(但决不是测量结果的误差)。
统计控制状态是指给定条件下的随机状态。
在不确定度评定中,就是给定的重复性条件或复现性条件能充分保证的状态。
这种状态下测量结果的分散性就是不确定度。
当我们按统计方法(不确定度的A类评定)得出不确定度时,由于计算出来的标准偏差就是分散性的一种表述,这个定义是比较好理解的,但如果按非统计方法(不确定度的B类评定),似乎不好理解了。
A类和B类这两种不同的评定方法间,评定方法中的区别主要表现在以下三个方面:1.A类评定中,首先要求被测量的重复观测列,按这一列观测结果计算单次观测结果或其平均值的分散性,而B类没有重复观测列而只是通过现有信息。
2.A类评定过程中,一般是先计算出方差,通过开方得到标准偏差(直接用作为标准不确定度之值);而B类评定一般是直接得出标准偏差,当需要用方差进行合成时,把标准偏差再二次方以获得相应的方差。
3.A类标准不确定度的自由度按重复观测次数与有关条件算出(如按最小二乘法计算时,例如使用贝塞尔方法,则等于测量次数减被测量的个数);而B类标准不确定度的自由度按其不可靠程度(所获得的标准不确定度的相对不确定度)大小算出相当于多少。
由于B类评定过程中的上述特点,所获得的不确定度是否与不确定度定义相符,容易引起不同的看法。
主要的问题在于,B类评定中不存在重复观测值,按已知信息所得出的是否是分散性,或者说是否合理赋予被测量之值的分散性,统计控制状态表现在什么地方,又是怎样的一个重复性条件或复现性条件。
a类b类不确定度公式“A类b类不确定度公式”是一种测量技术仪器精度的方法,它可以用来判断被测量物体的尺寸大小之间的差异。
它是根据国际标准化组织(ISO)精度测量规范中定义的一种精度衡量标准而得出的。
“A类b类不确定度公式”的使用非常广泛,主要用于测量技术仪器的精度测试,以及对复杂尺寸的测量进行精确的分析。
它的基本原理是根据样本的测量情况,通过几何平均值和标准偏差来计算检测结果的不确定度。
“A类b类不确定度公式”通过将样本数据集分成A 类和B类,然后计算每类的几何平均值和标准偏差,从而计算出所有样本的总体不确定度。
A类的不确定度是指在样本检测的精度,而B类的不确定度则是指在重复检测时,样本之间的变化程度。
“A类b类不确定度公式”的具体形式如下:U=k(A2+B2),其中,U为不确定度,A为A类的几何平均值,B为B类的几何平均值,k为精度系数,取值为2.8或3.0。
使用“A类b类不确定度公式”进行精度测试时,首先,应该按照ISO标准中指定的重复检测次数,进行多次检测,然后将检测结果按照A类和B类分别记录下来。
接下来,根据A类和B类的检测结果,分别计算出A类和B 类的几何平均值和标准偏差,然后将这两个数据代入“A类b类不确定度公式”,就可以计算出测试物体的总体不确定度了。
“A类b类不确定度公式”是一种精确、实用的测量技术,它可以准确测量复杂尺寸的精度,从而帮助企业提高产品质量,提升企业竞争力。
但是,在使用“A类b类不确定度公式”进行测量时,应该注意,由于B类的不确定度受样本的数量、检测次数以及测量环境的影响都很大,所以,在使用“A类b类不确定度公式”进行精度测试时,应该按照ISO标准的要求来进行,以保证测试结果的准确性和可靠性。