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测量不确定度评定中几点问题的理解

发布时间:2015-10-11 00:00 作者:中国计量网 阅读量:739

一、关于测量不确定度的评定方法

测量不确定度的评定方法有且只有两种,即A类和B类,这种分类对评定结果来说不存在本质上的区别,在实际评定中并不一定两种方法都要使用,采用哪一种方法取决于评定信息来源的方便与可靠。A类评定方法中经常使用的是贝塞尔公式,这种方法大家经常使用,比较熟悉,这里不作过多赘述,这里重点谈谈A类评定中的极差法。采用极差法评定有一个前提条件是重复观测结果的分布是正态分布或接近正态分布。对一个测量结果分布的判定,至少需要测量50次以上,如果要进行较为可靠的判定,甚至需要200次,这在实际操作中很难实现。一般情况下可以根据中心极限定理进行简化处理。当测量结果属于以下几种情况时,可以认为测量结果接近正态分布,并采用极差法:(1)测量结果有较多的输入量;(2)输入量大小比较接近;(3)主要输入量是正态分布;(4)测量结果本身是若干测量结果的平均值。当测量结果接近三角分布或梯形分布时,这两种分布在某种意义上讲类似于正态分布,采用极差法所得结果虽然会偏大,但这种偏大在可接受范围。但是,如果测量结果接近矩形分布或反正弦分布,就可能因偏大太多而不宜采用。

二、自由度的理解

自由度反映了相应实验标准偏差的可靠程度,即自由度越大,相应结果的实验标准偏差越可靠。对于自由度,可以这么理解,对于一个被测量,如果仅测量一次,则该测量结果就是被测量的估计值,无法选择被测量的其他值,这就相当于自由度为零。从第二次起,每增加测量一次,被测量的估计值就增加了一个,以此类推。因此,可以将自由度理解为测量过程中所包含的“多余”测量次数。由此可认为A类评定中各种情况的自由度为:(1)用贝塞尔公式计算实验标准差时,若测量次数为n,则自由度ν=n-1;(2)当同时测量t个被测量时,自由度ν=n-t;(3)对于合并样本标准差,其自由度等于各组自由度之和,即ν=∑νi;(4)当采用极差法评定时,其自由度可通过查询相关手册获得。由于极差法没有有效地利用所提供的全部信息,只利用测量结果中的最大值和最小值,因此,极差法所得结果的自由度比贝塞尔公式所得结果的自由度小。对于B类评定,自由度可以通过公式ν计算。一般情况下,如果不确定度评定信息来源可靠(例如当数据取自于手册中的参考数据或仪器经过高一等级计量标准检定合格或校准后),可直接估计其自由度为50。

三、输入量相关时的处理

在间接测量时,往往利用数学表达式计算被测量,这时很容易出现输入量估计值间的相关现象。导致输入量相关的原因大致有以下几种情况:(1)使用同一测量仪器;(2)使用相同的实物标准;(3)引用相同的参考数据。如果想对输入量间的相关系数通过重复观测值进行评定,往往需要一系列的测量仪器或标准,通过对观测值的计算得到,这种方法不仅繁琐而且成本高,很难实现。在不确定度评定中,对相关系数的要求往往不是很高,一般情况下,只要求区分强相关、弱相关和不相关3种情况即可。因此,可以对输入量的相关系数进行简化处理。对于上述3种情况,相关系数分别取值+1、+0.5、0、-1和-0.5。当输入量之间既可能强相关又可能不相关时,一般按弱相关处理。
另外,在合成标准不确定度时,当各个测量标准不确定度分量相关时,可以利用不确定度传播律,直接将相关系数代入,求得合成标准不确定度。当测量标准不确定度分量部分相关时,根据JJF1059.1-2012《测量不确定度的评定与表示》中有关规定“测量不确定度能从对测量结果有影响的不确定度分量导出,且与这些分量如何分组无关,也与这些分量如何进一步分解为下一级分量无关”,可先将相关与不相关的不确定度分量分别合成,然后再将两者通过方和根进行合成。

四、扩展不确定度的处理

扩展不确定度由合成标准不确定度uc乘包含因子k得到。当要求扩展不确定度所确定的区间具有接近于规定的包含概率p时,扩展不确定度用符号Up表示,即Up=kpuc。扩展不确定度采取Up表示的条件是被测量的分布是已知的,例如当被测量是正态分布或接近正态分布时,可以根据以下路径求得Up:给出每一个标准不确定度分量的自由度→根据公式计算合成标准不确定度的有效自由度→确定扩展不确定度的置信概率→根据确定的扩展不确定度的置信概率和计算得到的有效自由度查t分布表→得到确定置信概率下的包含因子kp,从而可以计算扩展不确定度Up。如果被测量分布是非正态分布,一般可直接取k=2或3,从而求得扩展不确定度U=kuc。

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