中國(guó)計(jì)量網(wǎng) http://www.etvsebi.cn/
中國(guó)計(jì)量網(wǎng)——計(jì)量行業(yè)門戶網(wǎng)站
計(jì)量資訊速遞
您當(dāng)前的位置: 首頁(yè) > 學(xué)苑 > 不確定度

擴(kuò)展不確定度的計(jì)算

發(fā)布時(shí)間:2007-01-21 作者:黃戰(zhàn)備 李慎安 來源:本站整理 瀏覽:24494
 9.1  測(cè)量結(jié)果報(bào)告中的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc(y)、擴(kuò)展不確定度UUp以及相對(duì)擴(kuò)展不確定度的有效位是否最多不超過兩位?可否只用一位?
    是。按規(guī)定一位兩位均可,并不要求都是兩位或都是一位。要注意的是相對(duì)擴(kuò)展不確定度的報(bào)告,也是1~2位有效。
    有些學(xué)科長(zhǎng)期以來形成的習(xí)慣就只用一位,例如國(guó)際上分布相對(duì)原子質(zhì)量Ar就是如此,如:Ar(C)=12.011(1)。也有些學(xué)科是一直用兩位有效數(shù)的,例如常數(shù)委員會(huì)(CODATA)公布的物理常數(shù)。
    有些國(guó)家有關(guān)測(cè)量不確定度的標(biāo)準(zhǔn)中,明確規(guī)定了:當(dāng)所報(bào)告的不確定度的第1位非零的數(shù)值是1和2時(shí),必須取兩位有效數(shù)。其原因是避免這種情況下,如只取一位時(shí)導(dǎo)致過大的修約誤差。例如:碳原子的相對(duì)原子質(zhì)量Aγ(C)=12.011(1),其所報(bào)告的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度只有一位,為0.001。按正常通用修約規(guī)則考慮,這個(gè)值可能是0.00149至0.00051之間的某個(gè)值修約而成,其最大可能修約誤差約為±0.5個(gè)修約間隔,即±0.0005。這個(gè)值是所報(bào)告的不確定度的50%。如此類推,當(dāng)上例括弧中為2時(shí),其最大可能修約誤差為±0.005,占所報(bào)告的不確定度的25%,所報(bào)告的不確定度以這樣大的比例被歪曲,似不可接受。而從3開始,如也只報(bào)告一位,最大只可能被歪曲約16%(1/6),似可以接受了,這就是這些國(guó)家作這樣補(bǔ)充規(guī)定的出發(fā)點(diǎn)?!禞JF1059-1999》與《GUM》一致。沒有這一規(guī)定,因此,任何情況下,只給出一位有效數(shù)是可以的。
    9.2  不確定度評(píng)定過程中的不確定度分量及合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的有效位如何確定?
    既然最后報(bào)告的不確定度最多是兩位有效,則為了使得運(yùn)算過程中的修約誤差不致過大,應(yīng)該多保留一位,修約為三位有效數(shù)值。
    9.3  測(cè)量結(jié)果報(bào)告中被測(cè)量最佳估計(jì)值的有效位應(yīng)如何確定?
    不論所報(bào)告的擴(kuò)展不確定度是U還是Up,也不論其中所采用的包含因子k等于多少或置信概率p等于多少,被測(cè)量的最佳估計(jì)(測(cè)量結(jié)果)的有效位都取決于擴(kuò)展不確定度UUp所給出的值。這時(shí),擴(kuò)展不確定度可能只有一位有效,也可能是兩位有效。其修約間隔可能是1單位(這是大多數(shù)情況),也可能是0.5單位或是0.2單位(雖較少見,但確存在),不管是哪一種情況,都應(yīng)該是以擴(kuò)展不確定度的修約間隔來修約測(cè)量結(jié)果。這一計(jì)算的程序是:
    a.決定擴(kuò)展不確定度是用一位還是兩位有效數(shù)給出;
    b.決定擴(kuò)展不確定度的修約間隔;
    c.用這個(gè)修約間隔對(duì)擴(kuò)展不確定度進(jìn)行修約;
    d.也用這個(gè)修約間隔來修約測(cè)量結(jié)果。
    最后的情況應(yīng)該是:如采用相同測(cè)量單位,則不確定度與測(cè)量結(jié)果的末位應(yīng)是對(duì)齊的。
    應(yīng)該注意的是,測(cè)量結(jié)果的有效位不決定于相對(duì)擴(kuò)展不確定度Uprel。有些情況下,由于輸入量和輸出量的函數(shù)關(guān)系是非線性的,或由于在某給定的領(lǐng)域中,總是用相對(duì)擴(kuò)展不確定度來說明測(cè)量結(jié)果(例如:時(shí)間頻率測(cè)量),給出的只是相對(duì)擴(kuò)展不確定度。這時(shí),如果要決定測(cè)量結(jié)果的有效位,則應(yīng)當(dāng)補(bǔ)充計(jì)算出UUp,并修約到1~2位有效,通過修約UUp的修約間隔來修約測(cè)量結(jié)果。
    例如:被測(cè)量是質(zhì)量,估計(jì)值m=100.04628g,而算得的相對(duì)擴(kuò)展不確定度U95rel=0.6×10-4。這時(shí),為了對(duì)m之值進(jìn)行修約,必須算出U95=U95rel×100g=0.006g?,F(xiàn)給出一位有效,其修約間隔為0.001g,用以對(duì)m進(jìn)行修約,得m=100.046g,最后給出時(shí)為m=100.046(1±0.6×10-4)g。
    9.4  為什么在確定最終報(bào)告的擴(kuò)展不確定度時(shí),可不按正常修約規(guī)則進(jìn)行?
    所謂正常修約規(guī)則就是標(biāo)準(zhǔn)化的修約規(guī)則,即大于半個(gè)修約間隔則入,小于半個(gè)修約間隔則舍。正好等于半個(gè)修約間隔則是奇數(shù)入,偶數(shù)舍(見GB3101—1993《有關(guān)量、單位和符號(hào)的一般原則》中的附錄)。在確定擴(kuò)展不確定度UUp之值時(shí),《JJF1059—1999》和《GUM》規(guī)定可以適當(dāng)?shù)亓钇渲灯笠稽c(diǎn)。例如:U=10.47mΩ可給成U=11mΩ而非U=10mΩ。但是,問題發(fā)生了:U=10.37mΩ時(shí)可否也給成U=11mΩ?U=10.35mΩ呢?似乎已沒有一個(gè)明確的界限,即什么情況下可以入、什么情況下舍。這樣的問題,留給了評(píng)定UUp的人自己去決定。
    9.5  為了使得所報(bào)告的測(cè)量結(jié)果末位與擴(kuò)展不確定度的末位對(duì)齊,是否可對(duì)測(cè)量結(jié)果補(bǔ)零?
    擴(kuò)展不確定度在報(bào)告中是給一位還是兩位,評(píng)定它的人可自主地作出決定。一旦定了,測(cè)量結(jié)果的有效位到哪一位,就決定于UUp而不是評(píng)定者可自主的了。在有些情況下,特別是數(shù)字顯示或測(cè)量?jī)x器給出的測(cè)量結(jié)果有效位還不到示值不確定度的末位時(shí),必須對(duì)測(cè)量結(jié)果補(bǔ)零,使它們對(duì)齊。
    9.6  多量程、多參數(shù)的測(cè)量?jī)x器的示值不確定度和最大允許誤差應(yīng)如何表達(dá)?
    總的來說,應(yīng)該按有關(guān)技術(shù)規(guī)范的要求來表達(dá),是否分量程分段地給出,是否按不同的被測(cè)量分別給出。既可采用表格的形式,也可采用計(jì)算式。例如,三等量塊的U99由于隨量塊中心長(zhǎng)度L的大小而變化,給出了一個(gè)式子:
    U99≤(0.1+(L/m))μm
式中m為長(zhǎng)度單位米的符號(hào),L/m表示以m作為單位給出的L的數(shù)值。
    9.7  用正負(fù)號(hào)將被測(cè)量最佳估計(jì)值和其擴(kuò)展不確定度相聯(lián)系時(shí),如何決定其測(cè)量單位?
    根據(jù)《GUM》及《JJF1059》中的全部實(shí)例,當(dāng)被測(cè)量Y的最佳估計(jì)y與其擴(kuò)展不確定度分別給出時(shí),可以分別采用不同的測(cè)量單位,例如:質(zhì)量m=100.02147g,U95=0.79mg,ν=9。而把它們聯(lián)系起來時(shí),則為:
    m=(100.02147±0.00079)g,ν=9。其中明確了一個(gè)原則,即是用正負(fù)號(hào)聯(lián)系起來之后,應(yīng)按測(cè)量結(jié)果的單位將不確定度補(bǔ)充一些無效零,以適應(yīng)新的單位。
    因此,當(dāng)測(cè)量結(jié)果是:
    L=100.00032mm,U=0.15μm,k=2.62,ν=120,p=0.99時(shí),
不應(yīng)表述為:
    L=(100000.32±0.15)μm
    k=2.62,ν=120,p=0.99
而應(yīng)表述為:
    L=(100.00032±0.00015)mm
    k=2.62,ν=120,p=0.99。
    9.8  擴(kuò)展不確定度Up能否稱為“誤差分散區(qū)間半寬?
    盡管按照測(cè)量誤差的定義,誤差等于測(cè)量結(jié)果減被測(cè)量的真值,誤差的分散區(qū)間也就是測(cè)量結(jié)果的分散區(qū)間,但是由于真值是不確定的,由此導(dǎo)出的誤差也是不確定的。所以,在實(shí)際操作中只能是測(cè)量結(jié)果的分散區(qū)間。在《JJF1001—1998》中,對(duì)實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差的定義明白地給出是測(cè)量結(jié)果的分散性,并非測(cè)量誤差的分散性。的確,我們決不能把測(cè)量結(jié)果的不確定度(不確定度是分散性),改而稱之為誤差的不確定度。而測(cè)量?jī)x器的示值誤差(可簡(jiǎn)稱為測(cè)量?jī)x器的誤差)是有不確定度的,這個(gè)測(cè)得的示值誤差可用于對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正,而其不確定度即修正值的不確定度。
    因此,最好還是采用規(guī)范化的術(shù)語(yǔ)及其概念,以免帶來混淆。把測(cè)量不確定度U99稱之為測(cè)量誤差的合格界限也是不妥的。
    9.9  是否可以把被測(cè)量Y的最佳估計(jì)值y與擴(kuò)展不確定度按y-UYy+U計(jì)算的結(jié)果表達(dá)?
    在不少科技領(lǐng)域,人們所關(guān)心的是被測(cè)量不大于多少、不小于多少,例如環(huán)境科學(xué)、生物科學(xué)、醫(yī)療保健科學(xué)等,這些領(lǐng)域長(zhǎng)期來的習(xí)慣就是如此。《GUM》在其6.2節(jié)講到用擴(kuò)展不確定度U給出的區(qū)間表述時(shí)也提到這一方式。例如某樣品中某種有害物質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)W=0.044%,而其擴(kuò)展不確定度U95=0.005%,則可表達(dá)為:
    0.039≤W≤0.049%(p=0.95)當(dāng)我們看到上述表示結(jié)果而要求其U95時(shí),則為上述兩界限值之差除以2。
    用這一方式表述測(cè)量結(jié)果時(shí),更為直觀地說明了,測(cè)量不確定度是真值所處范圍的一種評(píng)定。
分享到:
通知 點(diǎn)擊查看 點(diǎn)擊查看
公告 征訂通知 征訂通知
會(huì)員注冊(cè)
已有賬號(hào),
會(huì)員登陸
完善信息
找回密碼