测量不确定度基础知识

测量不确定度评定基本知识一、评定依据1、Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (GUM)——测量不确定度表示指南BIPM、IEC、ISO、OIML、IUPAP、IUPAC和 IFCC 七个国际组织联合发布。

1993年第一版；1995年修订版。

2、国家计量技术规范 JJF 1059－1999 “测量不确定度评定与表示”(原则上等同采用GUM)。

二、不确定度的概念不确定度反映测量结果的质量*实验室的主要工作是“测量”。

*对稳定的被测对象(大部分情况如此)，测量的目的是获得被测量的“真值”。

*真值是客观存在，只有“一个”值。

*但是，由于有“多种”随机或系统因素影响测量过程，即使“重复”测量同一个量，也会得到“多个”不同的、分散的测量值，因此不同的测量值仅仅是、而且都是真值的估计值。

从这种意义上讲，真值是“不能确切知道”的。

*通常，只要有可能，我们不用单个测量值作为测量结果，而是取多个测量值的“平均值”作为测量结果。

*重复该测量过程，可以得到不同的平均值，也就是不同的测量结果。

因此平均值也只是真值的一种估计。

相对单个测量值而言，它们的分散程度要小。

*实验室的“产品”是“测量结果”。

*测量结果经过“包装”成为“检测报告/校准证书”。

*产品最本质的特性是其质量。

*每种产品都有特定的参数表征其质量。

*测量结果的“质量”规定用“(测量)不确定度”表征。

*通常认为不确定度小，测量结果的质量高；实际上只要不确定度满足要求，即认为质量好。

*实验室不仅要在出具的检测报告/校准证书上给出“测量结果”，同时还应给出反映测量结果质量的“不确定度”。

三、不确定度的定义与解释*不确定度定义：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。

*从定义看，首先不确定度是一个参数；其次它表示的是测量值的分散性；最后说明该参数是与测量结果相联系的。

*影响测量值分散性的因素有多个，每个影响因素至少会产生一个不确定度，所以不确定度有“多个”分量。

测量不确定度基础知识测量是科学研究和工程技术实践中不可或缺的一环，而测量结果的准确性和可靠性对于决策和判断具有重要意义。

然而，在实际测量过程中，由于各种因素的影响，测量结果往往无法完全确定。

为了对测量结果进行科学评价和合理使用，我们需要了解和掌握测量不确定度的基础知识。

一、测量和测量不确定度的概念测量是指通过使用一定的方法和仪器，对某个物理量进行定量描述的过程。

而测量不确定度则是指测量结果与被测量值之间的差异范围，用于表征测量结果的可靠性和精确度。

二、不确定度的来源测量不确定度的来源主要包括以下几个方面：1. 仪器误差：由于仪器的制造、使用和环境等原因，仪器自身会引入一定的测量误差；2. 人为误差：人为因素，比如操作技巧、人的主观判断等，也会对测量结果产生一定的影响；3. 环境影响：测量环境中的温度、湿度、压力等因素会对测量结果产生影响；4. 校准误差：校准标准或参考物的不确定度会传递到被校准物上。

三、不确定度的分类不确定度可以分为随机不确定度和系统性不确定度。

1. 随机不确定度：由于测量条件的变化以及仪器本身的随机误差等原因而引起的不确定度。

2. 系统性不确定度：由于仪器固有误差、人为误差以及环境因素等引起的不确定度。

四、常见的不确定度评定方法1. 重复性法：在相同条件下，对同一物理量进行多次测量，计算测量结果的标准差，作为不确定度的估计值。

2. 间接测量法：通过对测量结果的计算和分析，结合测量过程中的误差来源进行综合估计。

3. 标准样品法：使用一系列已知精度的标准样品进行测量，通过对比分析得到不确定度的估计值。

五、不确定度的表示方法不确定度通常用标准不确定度或者扩展不确定度来表示。

1. 标准不确定度：表示为u(x)，是由随机误差引起的不确定度的估计，在测量过程中通常使用标准差来表示。

2. 扩展不确定度：表示为U(x)，是对标准不确定度进行扩展得到的，通常采用置信系数进行扩展计算，比如95%的置信度。

不确定度基础知识一、测量不确定度定义：根据所获信息，表征赋予被测量值分散性的非负参数。

测量是“以确定量值为目的的一组操作”。

测量的目的是为了确定被测量的量值。

测量结果的质量是量值可信程度的最重要依据。

测量不确定度就是对测量结果质量的定量表征，测量结果的可采用性很大程度上取决于其不确定度的大小。

测量结果表述必须包含赋予被测量值及不确定度，才是完整的。

二、不确定度分类测量不确定度可分为标准不确定度和扩展不确定度标准不确定度的分为A类标准不确定度和B类标准不确定度A类标准不确定度和B类标准不确定度合成叫做合成标准不确定度扩展不确定度可分为包含因子k=2、3情况和p为包含概率的情况三、识别不确定度来源（1）、被测量定义的不完整（2）、复现被测量的测量方法不理想（3）、取样的代表性不够，即被测样本不能完全代表所定义的被测量（4）、对测量过程受环境影响的认识不恰如其分或对环境参数的测量与控制不完善（5）、对模拟式仪表的读书存在人为偏移（6）、测量仪器的计量性能的局限（7）、测量标准或标准物质的不确定度（8）、引用的数据或其它参数的不确定度（90、测量方法和测量程序的近似和假设(100、在相同条件下被测量在重复观测中的变化上述来源基本上可以总结为测量设备、测量人员、测量方法、被测对象的不完善引起的。

四、不确定度评定过程4.1 建立测量过程的模型建立数学模型也叫测量模型化，目的是要建立，满足测量不确定度评定所要求的数学模型，即被测量Y 和所有各影响量niX i,......,3,2,1Y=f （X1,X2,……,Xn ）式中Y 称为被测量或输出量，而Xi 则称为影响量或输入量在建立模型时要注意有一些潜在的不确定度来源不能明显地呈现在上述函数关系中，它们对测量结果本身有影响，但由于缺乏必要的信息无法写出它们与被测量的函数关系，因此在具体测量时无法定量地计算出它对测量结果影响的大小，在计算公式中只能将其忽略而作为不确定度处理。

测量不确定度基础知识（一）研究测量不确定度的意义和必要性(1) 意义测量的目的是想得到被测量的真值。

由于人们对客观事物认识的局限性和测量误差的不可避免，被测量的真值无法获知，即使对已知误差进行补偿，由于补偿的不充分及其不确定性，补偿后的已修正结果仍然是被测量的一个估计值。

如何更为科学地描述测量结果，如何评价测量结果的可信程度，就成了一个非常现实的需要解决的问题。

在相同条件下对同一被测量进行多次重复测量，所得结果具有一定的分散性,但这种分散性通常具有一定的分布规律。

研究这种分布规律，就可以在得出被测量之值的同时，还定量地给出该值可能所处的区间范围及处于该区间的概率。

用这样的方法来描述测量结果，既能客观完整地反映人们对被测量的认识水平，也客观如实地反映了该项测量结果的可信程度和测量水平的高低。

测量不确定度就是对测量结果质量的定量表征，测量结果的可用性很大程度上取决于其不确定度的大小。

所以，测量结果必须同时包含赋予被测量的值及与该值相关的测量不确定度，才是完整并有意义的。

(2) 必要性测量不确定度的概念在测量历史上相对较新，其应用具有广泛性和实用性。

正如国际单位制（SI）计量单位已渗透到科学技术的各个领域并被全世界普遍采用一样，无论哪个领域进行的测量，在给出完整的测量结果时也普遍采用了测量不确定度。

尤其是在市场竞争激烈、经济全球化的今天，测量不确定度评定与表示方法的统一，乃是科技交流和国际贸易的迫切要求，它是各国进行的测量及其所得到的结果可以进行相互比对，取得相互承认或共识。

因此，统一测量不确定度的表示方法并推广应用公认的规则，受到了国际组织和各国计量部门的高度重视。

目前，在我国推行的ISO 17025《校准和检测实验室能力的通用要求》和ISO 9001《质量体系设计、开发、生产、安装和服务的质量保证模式》中，对测量结果的不确定度均有明确的要求。

（二）测量不确定度的概念《测量不确定度表示指南》（GUM），即国际指南，给出的测量不确定度的定义是：与测量结果相关联的一个参数，用以表征合理地赋予被测量之值的分散性。

测量不确定度评定基本知识第一节测量不确定度的基本概念一、与测量有关的几个基本术语1、（可测量的）量顾名思义，可以测量的量。

如长度、时间、温度、质量、电阻等。

2、量值一般由一个数乘以测量单位所表示的特定量的大小。

如：5.34m或534mm，15kg，10s，40℃等3、（量的）真值与给定的特定量定义一致的值。

——指该量客观存在的真实量值真值一般不容易获得《测量不确定度表示指南》（简称GUM）用“被测量之值”代替“真值”。

在不致引起混淆时，推荐这一用法。

4、（量的）约定真值对于给定目的具有适当不确定度的、赋予特定量的值，有时该值是约定采用的。

约定真值有时也称为指定值、最佳估计值、约定值或参考值。

常用某量的多次测量结果来确定约定值。

5、被测量作为测量对象的特定量——需要测量的量。

如：工件的长度，孔的内径尺寸，轴的外圆尺寸。

对被测量的详细描述，可要求包括对其他有关量（时间、温度和压力）作出说明。

根据所需，被测量应予以完整定义。

例如：一根标称1m长的钢棒其长度需测至微米级准确度等。

6、测量结果由测量所得到的赋予被测量的值。

——测量后确认、申报的值！此值可能是测量器具示值，或已经过修正，或是平均值，或已经过计算，等。

注意与测得值的区别，如锥体塞规小端尺寸。

7、测量准确度测量结果与被测量的真值之间的一致程度。

由于真值不易得到，对测量准确度的评价一直是人们研究的一个课题。

8、（测量结果的）重复性在相同条件下，对同一被测量进行连续多次测量所得结果之间的一致性。

在对测量准确性分析时经常用到。

9、（测量结果的）复现性在改变了的测量条件下，同一被测量的测量结果之间的一致性。

在测定有关检测方法可行性、人员测量技能水平时经常用到。

二、测量误差概念1、测量误差测量误差= 测量结果—真值由于真值无法获得，故测量误差也无法准确得出。

由于测量结果可能比真值大，可能比真值小，所以测量误差数值可能是正的，可能是负的。

2、测量误差的客观性无论所使用的器具多么精密，方法多么完善，操作者多么熟练、高超，环境条件多么适宜，测量结果与真值总会有一差值，只不过差值可能大一点，可能小一点。

测量误差及不确定度分析的基础知识测量误差及不确定度分析的基础知识物理实验是以测量为基础的。

测量可分为直接测量与间接测量，直接测量指⽆需对被测的量与其它实测的量进⾏函数关系的辅助计算⽽可直接得到被测量值的测量，间接测量指利⽤直接测量的量与被测量之间的已知函数关系经过计算从⽽得到被测量值的测量。

由于测量仪器、测量⽅法、测量环境、⼈员的观察⼒等种种因素的局限，测量是不能⽆限精确的，测量结果与客观存在的真值之间总是存在⼀定的差异，即存在测量误差。

因此分析测量中产⽣的各种误差，尽量消除或减⼩其影响，并对测量结果中未能消除的误差作出估计，给出测量结果的不确定度就是物理实验和科学实验中必不可少的⼯作。

为此我们必须了解误差的概念、特性、产⽣的原因及测量结果的不确定度的概念与估算⽅法等的有关知识。

误差的定义、分类及其处理⽅法⼀.误差的定义：测量结果与被测量的真值（或约定真值）之差叫做误差，记为:被测值的真值是⼀个理想的概念，⼀般说来真值是不知道的。

在实际测量中常⽤准确度⾼的实际值来作为约定真值，才能计算误差。

⼆.误差的分类及其处理⽅法：误差主要分为系统误差和随机误差。

系统误差：（1）定义：在同⼀被测量的多次测量过程中，绝对值和符号保持恒定或以可预知的⽅式变化的测量误差的分量。

（2）产⽣原因：①仪器本⾝的缺陷或没按规定条件使⽤仪器⽽引起的误差（⼜称作仪器误差）例：电表的刻度不均匀---⽰值误差等臂天平的两臂实际不等---机构误差指针式电表使⽤前没调零---零位误差⼤⽓压强计未在标定条件下使⽤引起的系统误差等②测量所依据的理论公式本⾝的近似性、或实验条件不能达到理论公式的要求、或测量⽅法所带来的系统误差（⼜称作理论误差或⽅法误差）。

例：单摆运动⽅程⼩⾓度近似解引起的误差、伏安法测电阻时电表内阻引起的测量误差。

(3)分类及处理⽅法：根据误差的符号、绝对值确定与否分类如下：①已定系统误差---绝对值和符号已经确定的系统误差分量，如零位误差、⼤⽓压强计室温下使⽤引起的误差、伏安法测电阻时电流表内接或外接引起的误差等；这类误差分量⼀般都要修正。

测量不确定度一．测量不确定度1．什么是测量不确定度？测量不确定度是对任何测量的结果存有怀疑。

你也许认为制作良好的尺子、钟表或温度计应该是可靠的，并应给出正确答案。

但对每一次测量，即使是最仔细的，总会有怀疑的余量。

在日常说话中这可以表述为“出入”，例如一根绳子可能2米长，有1厘米“出入”。

2．测量不确定度的表述由于对任何测量总是存在怀疑的余量，所以我们需要回答“余量有多大？”和“怀疑有多差？”，这样，为了给不确定度定量实际上需要有两个数。

一个是该余量（或称区间）的宽度；另一个是置信概率，说明我们”对“真值”在该余量范围内有多大把握。

例如：我们可以说某棍子的长度测定为20厘米，加或减1厘米，有95%置信概率。

这结果可写成20cm±1cm，置信概率95%这个表述是说我们对棍子长度在19厘米到21厘米之间有95%的把握。

3．误差与不确定度●误差：某待测物的测得值与“真值”之间的差。

●不确定度：定量表示对测量结果的怀疑程度。

无论何时我们都可能试图去修正任何已知的误差，例如：通过校准证书得到的修正值，但是，我们并不知道其值的任何误差都是不确定度的来源。

首先应明确，测量不确定度是经典的误差理论发展和完善的产物。

不确定度从1963年NBS的埃森哈特提出采用“不确定度”的建议到1993年由ISO、IEC、OIML、BIPM等七个权威国际组织正式颁布《测量不确定度导则》，对测量不确定度的评定和表示方法作出明确规定，历时30年。

由于它比经典的误差表示方法更为科学实用，世界各国的计量测试界已经广泛使用。

传统的误差评定，在实践中遇到两个问题：一是遇到了概念上的麻烦，二是不同领域不同个人对误差处理方法各有不同的见解，以至造成方法不统一，进而使测量结果缺乏可比性。

具体地说：①误差的定义是测量结果减去被测量的真值应该是一个确定值。

但由于真值只能不断接近而永远无法得到。

因此，误差值也无法准确得到。

果然，在实用中可以用约定真值，但约定真值仍是具有不确定度的值。

测量不确定度基础知识试卷一、选择题（每题3分，共30分）1. 测量不确定度表征合理地赋予被测量之值的（）。

A. 分散性B. 准确性C. 重复性D. 再现性。

2. 以下关于测量不确定度与误差的说法，正确的是（）。

A. 误差是一个确定的值，不确定度是一个区间。

B. 不确定度是一个确定的值，误差是一个区间。

C. 误差和不确定度都是确定的值。

D. 误差和不确定度都是区间。

3. 测量不确定度评定的基本方法是（）。

A. 误差合成法B. 贝塞尔公式法C. 不确定度传播定律D. 最小二乘法。

4. 某测量结果的合成不确定度为u_c = 2.0，包含因子k = 2，则扩展不确定度U 为（）。

A. 1.0B. 2.0C. 4.0D. 8.0.5. 在重复性条件下，对同一被测量进行无限多次测量所得结果的平均值与被测量的真值之差称为（）。

A. 随机误差B. 系统误差C. 粗大误差D. 相对误差。

6. 测量不确定度的来源不包括（）。

A. 测量仪器的不准确B. 测量环境的变化C. 测量人员的操作习惯D. 被测量的真值。

7. 当测量结果是由若干个其他量的值求得时，按其他各量的（）算得的标准不确定度称为合成标准不确定度。

A. 方差和协方差B. 算术平均值C. 几何平均值D. 加权平均值。

8. 下列关于A类评定不确定度的说法正确的是（）。

A. 通过对观测列进行统计分析来评定不确定度。

B. 基于经验或其他信息所认定的概率分布来评定不确定度。

C. A类评定不确定度比B类评定不确定度更准确。

D. A类评定不确定度不需要考虑测量次数。

9. 测量不确定度一般用（）表示。

A. 百分数B. 小数C. 整数D. 以上都可以。

10. 如果测量结果的不确定度在整个测量范围内差异较大时，测量结果的报告形式应采用（）。

A. 合成标准不确定度B. 扩展不确定度C. 相对不确定度D. 不确定度的详细报告。

二、填空题（每题3分，共30分）1. 测量不确定度由______和______组成。

测量不确定度知识概论测量不确定度（基础知识讲座）目录第一章引言 (1)一、正确表述测量确定度的意义 (1)二、“GUM”的由来 (1)第二章测量不确定度的基本概念 (2)一、概率统计 (2)二、测量不确定度的基本概念 (5)三、测量不确定度的来源 (6)四、测量不确定度的分类 (8)第三章测量不确定度与误差的区别 (9)第四章测量不确定度的评定方法 (9)一、标准不确定度的评定 (9)二、合成标准不确定度的确定 (11)三、扩展不确定度的确定 (13)第五章报告测量结果不确定度的方法 (14)一、何时用合成标准不确定度 (14)二、何时用扩展不确定度 (14)三、结果的表达方法 (14)四、注意事项 (15)五、评定测量不确定度的步骤 (16)第一章引言一、正确表述测量不确定度的意义测量是在科学技术、工农业生产、国内外贸、工程项目以至日常生活的各个领域中不可缺少的一项工作，测量的目的是确定被测量的量值。

测量的质量会直接影响到国家与企业，假如我们出口货物，由于秤重不准，多了就白送给外商，少了就要赔款，都会造成很大缺失。

测量的质量也时科学实验成败的重要因素。

假如对卫星的重量测量偏低，就可能导致卫星发射因推力不足而失败。

测量的质量也会影响人身的健康与安全，在用激光治疗时，若对剂量测量不准，剂量太小达不到治病的目的，剂量太大会造成对人体的伤害。

测量结果与由测量的得出的结论还可能成为决策的重要根据。

因此，当报告测量结果时，务必对测量结果的质量给出定量说明，在确定测量结果的可信程度。

测量不确定度与测量误差之间的联系，由于在任何测量中误差始终存在着。

假如一切测量结果都是真值，那么就没有误差的存在，没有误差，就没有误差的分散，也就没有估计分散的标准差，当然就不可能由如今的测量不确定度了。

但需注意，它们是不一致的两个概念，不能等同，不能混淆，两者在计量学中个有其确切的定义（后面我们将进行全面的介绍）。

测量不确定度就是对测量结果的质量的定量评定。