質(zhì)量工程師考試輔導(dǎo):測(cè)量誤差與測(cè)量不確定度的聯(lián)系

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    測(cè)量誤差與測(cè)量不確定度的區(qū)別
    (1)量值由二者各自的定義可知,測(cè)量誤差是一個(gè)量值,其符號(hào)只有一個(gè),非正即負(fù),且不能為正負(fù)(±);而測(cè)量不確定度的含義為一種區(qū)間,其符號(hào)恒為正。
    (2)誤差是一個(gè)定性概念,而不確定度是一個(gè)定量概念。從表面上看,測(cè)量誤差是測(cè)得值減去真值,是一個(gè)定量概念。但實(shí)際上,由于被測(cè)量的真值是未知的理想化概念,因而誤差也無(wú)法確切得知。只有通過(guò)某種方法對(duì)真值有一個(gè)約定時(shí),誤差才有量的概念。而測(cè)量不確定度則可以利用成熟的統(tǒng)計(jì)方法,完成對(duì)測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的評(píng)定,是可定量計(jì)算的。
    (3)誤差是客觀存在的,不依人們的認(rèn)識(shí)程度而改變;不確定度與人們對(duì)被測(cè)量和影響量及測(cè)量過(guò)程的認(rèn)識(shí)程度有關(guān)。從本質(zhì)上講,測(cè)量誤差反映的是測(cè)得值與真值的偏離,因此他只屬于給定的測(cè)量結(jié)果,不論測(cè)量方法和測(cè)量條件如何,同一被測(cè)量的相同的測(cè)量結(jié)果,均有相同的誤差。而測(cè)量不確定度并不表示這種偏離程度,他只反映對(duì)被測(cè)量值認(rèn)識(shí)的不足,在重復(fù)性條件下,不同結(jié)果可以有相同的不確定度。
    (4)測(cè)量誤差和測(cè)量不確定度的來(lái)源不同。誤差按其來(lái)源可分為:測(cè)量裝置的基本誤差、非標(biāo)準(zhǔn)工作條件下增加的附加誤差、測(cè)量原理及實(shí)際操作不完善引起的方法誤差、被測(cè)量值隨時(shí)間變化產(chǎn)生的誤差、被測(cè)量因影響量變化引起的誤差、人員有關(guān)的誤差等。
    測(cè)量不確定度的可能來(lái)源有:被測(cè)量的定義不完整;被測(cè)量定義值的復(fù)現(xiàn)不理想;被測(cè)量的樣本不能完全代表定義的被測(cè)量;環(huán)境條件的不完善或?qū)y(cè)量過(guò)程受環(huán)境條件影響認(rèn)識(shí)不足;使用模擬式儀表時(shí),人員的讀數(shù)偏差;測(cè)量器具的分辨力和識(shí)別門(mén)限的限制;測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的給出值的不準(zhǔn)確;數(shù)據(jù)處理時(shí)所引用的常數(shù)或其他參數(shù)的不準(zhǔn)確;測(cè)量系統(tǒng)、測(cè)量方法、測(cè)量程序的不完善;在相同條件下,被測(cè)量重復(fù)觀測(cè)值的隨機(jī)變化;誤差修正的不完善。
    (5)測(cè)量誤差按出現(xiàn)于測(cè)量結(jié)果中的規(guī)律分為系統(tǒng)誤差、隨機(jī)誤差和粗大誤差。粗大誤差應(yīng)予剔除。隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差均是無(wú)窮多次測(cè)量時(shí)的理想概念。測(cè)量不確定度不按性質(zhì)分類,不存在“隨機(jī)不確定度”和“系統(tǒng)不確定度”。需要時(shí),可表述為“由隨機(jī)影響引入的不確定度分量”和“由系統(tǒng)影響引入的不確定度分量”。不確定度評(píng)定時(shí),要剔除測(cè)量值中的異常值。不確定度的評(píng)定方法可分為A類評(píng)定和B類評(píng)定。A類不確定度是用統(tǒng)計(jì)分布方法評(píng)定的不確定度,B類不確定度是用其他方法評(píng)定的不確定度。需要說(shuō)明的是,將標(biāo)準(zhǔn)不確定度區(qū)分為A類、B類的目的,只是說(shuō)明計(jì)算方式不同,以便于研究,并非說(shuō)明兩種方法所得的分量不確定度在本質(zhì)上存在差異?! ?BR>    (6)測(cè)量誤差由各誤差分量的代數(shù)和合成,而測(cè)量不確定度當(dāng)分量彼此獨(dú)立時(shí),為分量的方根和,必要時(shí)加入?yún)f(xié)方差。
    (7)測(cè)量誤差的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)源于某給定的測(cè)量結(jié)果,所表述的并非被測(cè)量的估計(jì)值的隨機(jī)誤差;而測(cè)量不確定度的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差來(lái)源于合理賦予被測(cè)量值,即大量的測(cè)量結(jié)果,表述同一觀測(cè)列中任一個(gè)估計(jì)值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。
    (8)已知系統(tǒng)誤差的估計(jì)值時(shí),可以對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正,得到修正后的測(cè)量結(jié)果。但不能用不確定度對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正。對(duì)已進(jìn)行誤差修正的測(cè)量結(jié)果,測(cè)量不確定度評(píng)定時(shí)應(yīng)考慮修正不完善引入的不確定度分量。
    測(cè)量不確定度較測(cè)量誤差在評(píng)定測(cè)量結(jié)果中的優(yōu)勢(shì)
    (1)系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差一方面在某些情況下特別是條件較為復(fù)雜時(shí)難以區(qū)分;另一方面,兩類誤差在一定條件下亦會(huì)相互轉(zhuǎn)化;同時(shí)受測(cè)量人員主觀判斷的影響,很難一致;在很多時(shí)候,不能全面掌握系統(tǒng)誤差的信息。測(cè)量不確定度按評(píng)定方法分類避免了測(cè)量誤差按性質(zhì)分類所引起的混亂和不統(tǒng)一。
    (2)由于測(cè)量不確定度只與測(cè)量條件有關(guān),在相同條件下對(duì)同一被測(cè)量進(jìn)行連續(xù)多次測(cè)量所得一系列測(cè)得值可能不同,但都有相同的不確定度。而測(cè)量誤差只與測(cè)量結(jié)果有關(guān),測(cè)量列中每個(gè)測(cè)得值都有各自的測(cè)量誤差,假設(shè)不存在系統(tǒng)誤差和粗大誤差,只考慮隨機(jī)誤差,由于每個(gè)測(cè)得值所含隨機(jī)誤差無(wú)法確定,故只能以統(tǒng)一的極限值代之??梢?jiàn)從邏輯上講,測(cè)量不確定度的概念較為合理、簡(jiǎn)略,易于接受。
    (3)由于測(cè)量不確定度避免了作為理想概念而不可知的真值,且只與測(cè)量條件有關(guān),故他可通過(guò)對(duì)影響測(cè)量的諸多因素的分析得出,較之測(cè)量誤差更便于量化評(píng)定。
    (4)由于測(cè)量不確定度是絕對(duì)值,避免了測(cè)量誤差中隨機(jī)誤差的表述與誤差定義不相符的矛盾。
    (5)測(cè)量誤差與測(cè)量不確定度都是測(cè)量結(jié)果質(zhì)量評(píng)定的方法,但兩者的出發(fā)點(diǎn)不同。測(cè)量不確定度是利用分散性尺度來(lái)評(píng)價(jià)測(cè)量結(jié)果質(zhì)量,而誤差則是以測(cè)量結(jié)果與真值(或者是約定值)的差別來(lái)評(píng)價(jià)測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量。不同的出發(fā)點(diǎn)導(dǎo)致了評(píng)價(jià)方法上的一系列不同。由于被測(cè)量真值往往不可知,誤差的定義不夠明確,從而衍生出一系列問(wèn)題。如誤差的分類不統(tǒng)一,計(jì)算誤差的方法不統(tǒng)一,隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差的爭(zhēng)議等,以及不同地區(qū)不同專業(yè)對(duì)以誤差表示的測(cè)量結(jié)果認(rèn)識(shí)不統(tǒng)一,往往引起經(jīng)濟(jì)或貿(mào)易上的糾紛。但不確定度定義明確、清晰,對(duì)測(cè)量結(jié)果分散性進(jìn)行評(píng)價(jià),能夠使用貝塞爾法、殘差法、最小二乘法,以及參數(shù)、方差合成定理、誤差傳播定律等成熟經(jīng)典的統(tǒng)計(jì)方法,形成一套對(duì)測(cè)量結(jié)果評(píng)定的相對(duì)嚴(yán)密而完善的方法。
    測(cè)量不確定度與誤差的聯(lián)系
    不確定度與誤差是兩個(gè)截然不同的概念,但他們之間有著密切的聯(lián)系。
    (1)誤差是不確定度的基礎(chǔ),盡管不確定度概念的引入使誤差分類的界限及其轉(zhuǎn)化的問(wèn)題淡化了,但評(píng)定和計(jì)算不確定度,還有賴于必要的誤差分析。只有對(duì)各個(gè)誤差源的性質(zhì)、分布進(jìn)行合理的分析和處理,才能確定出各分量的不確定度和合成不確定度。
    (2)不確定度是誤差的綜合和發(fā)展,不確定度概念的引入使不能確切知道的誤差轉(zhuǎn)化為一個(gè)可以定量計(jì)算的指標(biāo)附在測(cè)量結(jié)果中,從而使測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量有了一個(gè)統(tǒng)一的比較標(biāo)準(zhǔn)。
    用測(cè)量不確定度評(píng)價(jià)測(cè)量結(jié)果較之測(cè)量誤差科學(xué)、合理,他避免了由原誤差表示易引起的混淆,使誤差理論科學(xué)發(fā)展的結(jié)果,必將會(huì)滲透到各種科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的測(cè)量領(lǐng)域。