测量误差和测量不确定度.ppt
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1、第三章 测量误差和测量不确定度l常用计量术语常用计量术语l测量误差的基本概念测量误差的基本概念l测量不确定度的基本概念测量不确定度的基本概念l测量误差测量误差l测量误差的合成测量误差的合成l测量不确定度的评定测量不确定度的评定学习要求l理解常见的计量术语及定义l掌握测量不确定度和测量误差的概念l了解误差的合成和测量不确定度的计算和评定方法l由于各种因素的影响,任何一种测量都不可避免地存在误差。l由于测量的不准确,测量结果就会分散,分散程度用不确定度来表征。l所有的测量都存在不确定度问题,不确定度越小,测量结果的准确度越高。3.1 常用计量术语 lJJF1001-1998 通用计量术语与定义主要
2、根据1993版(即第2版)的VIM制定lISO/IEC GUIDE 99:2007 International vocabulary of metrology Basic and general concepts and associated terms(VIM)量和单位(30个)测量(53个)测量结果(12个)测量仪器的特性(31个)测量标准(18个)新VIM有144个术语,分5部分:一、量和单位1、量(quantity)lproperty of a phenomenon,body,or substance,where the property has a magnitude that ca
3、n be expressed as a number and a reference。l现象、物体或物质的可以表示为一个数值和基准的幅度的现象、物体或物质的可以表示为一个数值和基准的幅度的性质性质NOTE 1 :A reference can be a measurement unit,a measurement procedure,a reference material,or a combination of such.基准可以是计量单位、测量程序、参考物质或以上的组合。NOTE 2:A quantity as defined here is a scalar.However,a vect
4、or or a tensor,the components of which are quantities,is also considered to be a quantity.这里定义的量是标量。但矢量、张量或其分量也可被当做量。:NOTE 3:The concept quantity may be generically divided into,e.g.physical quantity,chemical quantity,and biological quantity,or base quantity and derived quantity.概念概念“量量”一般可以分为如物理量、化
5、学量、生物一般可以分为如物理量、化学量、生物量或基本量和导出量。量或基本量和导出量。2、量的真值(true quantity value、true value of a quantity)l定义:quantity value consistent with the definition of a quantity,即:与量的定义一致的量值。l以误差的方式来描述测量,量的真值可以认为是独一无二的,实际上也是不可知的。l以不确定度的方式来认识测量,由于一个量的定义的细节的固有不完整性,存在着不是一个而是一组与定义一致的真值。但这组真值无论从原理上还是实际上,也是不可知的。l对于基本常数来说,可以认
6、为只有单个真值。l当与被测量有关的定义不确定度与 测量不确定度的其他分量相比可以忽略时,被测量可以认为有一个本质上独一无二的真值。这是被GUM及有关文件采用的方法,这里的“真”被认为是重复。3、约定真值(conventional quantity value,conventional value of a quantity,conventional value)定义:定义:quantity value attributed by agreement to a quantity for a given purpose。为给定目的通过约定赋予给一个量的量值。例1:自由落体的标准加速度:gn=9.8
7、06 65 m s2.例2:约瑟夫森常数的约定真值为:KJ-90=483 597.9 GHz V1.一般而言此实验都是使用数千或上万的约瑟夫森结阵列,用10至80GHz的微波(依实验设计不同而不同)做为激发讯号例3:一个给定质量标准的约定真值:m=100.003 47 g.二、测量1、测量原理(measurement principle,principle of measurement)lphenomenon serving as a basis of a measurement 用作测量基础的现象。用作测量基础的现象。l例1:用于温度测量的热点效应。l例2:用于物质的量浓度测量的能量吸收l现
8、象可以是物理、化学、生物性质的。2、测量方法(measurement method,method of measurement)定义:generic description of a logical organization of operations used in a measurement在测量中使用的操作的一种逻辑组织的一般描述。在测量中使用的操作的一种逻辑组织的一般描述。测量方法可以用如下的方式证明合格:l 替代的测量方法;l 差动的或零值的测量方法;l 直接或间接测量方法。3、测量程序(测量步骤measurement procedure)定义:detailed descriptio
9、n of a measurement according to one or more measurement principles and to a given measurement method,based on a measurement model and including any calculation to obtain a measurement result 基于测量模型,按照一个或多个测量原理和一个给定测基于测量模型,按照一个或多个测量原理和一个给定测量方法,对一个测量的详细描述,包括为得到测量结果进行量方法,对一个测量的详细描述,包括为得到测量结果进行的任何计算。的任何
10、计算。l测量程序通常以足够的细节文件化,以使操作者能完成测量;l测量程序能包括与目标测量不确定度有关的叙述;l测量程序有时候称作标准操作程序,简称SOP。被测量(被测量(measurand):):quantity intended to be measured。准备测量的量。准备测量的量。lThe measurement,including the measuring system and the conditions under which the measurement is carried out,might change the phenomenon,body,or substance
11、 such that the quantity being measured may differ from the measurand as defined.In this case,adequate correction is necessary.l测量,包括测量系统和进行测量的条件,可能改测量,包括测量系统和进行测量的条件,可能改变现象、物体、物质使得被测量的量可能与定义变现象、物体、物质使得被测量的量可能与定义的被测量不同。此时,必须进行适当地修正。的被测量不同。此时,必须进行适当地修正。4、Calibration(校准)operation establishing the relat
12、ion between quantity values provided by measurement standards and the corresponding indications of a measuring system,carried out under specified conditions and including evaluation of measurement uncertainty 在规定条件下建立由测量标准提供的量值和测量系统的相应示值间关系和评价测量不确定度的操作。校准(新(新VIM)operation that,under specified condit
13、ions,in a first step,establishes a relation between the quantity values with measurement uncertainties provided by measurement standards and corresponding indications with associated measurement uncertainties and,in a second step,uses this information to establish a relation for obtaining a measurem
14、ent result from an indication.在在规规定定条条件件下下的的操操作作,第第一一步步,在在由由测测量量标标准准提提供供的的具具有有测测量量不不确确定定度度的的量量值值和和具具有有相相关关测测量量不不确确定定度度的的相相应应指指示示值值之之间间关关系系;第第二二步步,使使用用这这个个信信息息建建立立为为从指示值得到的测量结果建立联系。从指示值得到的测量结果建立联系。5、检定 为评定计量器具是否符合法定要求所进行的全部工作。它包括校准、加标记和出具检定证书。其对象是计量器具。7、比对 在规定条件下,对相同不确定度等级的同类基准、标准或工作用计量器具之间的量值进行比较的过程
15、。6、比对7、verification(验证)(验证)lprovision of objective evidence that a given item fulfils specified requirements(通过提供客观证据对规定要求已得到满足的认定)NOTE:Verification should not be confused with calibration of a measuring system,or vice versa.验证不应和测量系统的校准混淆,反之亦然。8、validation(确认)(确认)confirmation through examination of
16、 a given item and provision of objective evidence that it fulfils the requirements for a stated intended.通过提供客观证据对特定的预期用途要求已得到满足的认定例:A measurement procedure,ordinarily used for the measurement of nitrogen concentration in water,may be validated also for the measurement of nitrogen concentration in h
17、uman serum.例:一般用于水中氮浓度的测量程序可以被确认作测量人类血清中氮浓度的测量。9、测试 指具有试验性质的测量。也可理解为试验和测量的全过程。10、检验 是判断被测物理量是否合格(是否在规定的范围内)的过程。通常不一定要求测出具体值。也可理解为不要求知道被测量的值的检验,检验的对象是工件。三、测量结果1、测量结果(measurement result,result of measurement)定义:set of quantity values being attributed to a measurand together with any other available re
18、levant information。赋予一个被测量的一组量值及任何其他可用的相关信息。测量结果通常表示为一个单一量值和一个测量不确定度。如果为某种目的,认为测量不确定度可以忽略时,测量结果可以表示为一个单一量值,在很多场合,这是测量结果表达常用的方法。2、测量准确度(measurement accuracy,accuracy of measurement,accuracy)定义:closeness of agreement between a measured quantity value and a true quantity value of a measurand。测量结果与被测量真值
19、之间的一致性。测量结果与被测量真值之间的一致性。l测量准确度不是一个量,也不是给出一个数值。当一个测量器具有较小的测量误差,可以被称为具有较高的准确度lNOTE 2 The term“measurement accuracy”should not be used for measurement trueness and the term measurement precision should not be used for measurement accuracy,which,however,is related to both these concepts.注2:术语“测量准确度”不应用作
20、“测量正确度”,术语“测量精密度”不应用作“测量准确度”,但测量准确度和这两者有关。lNOTE 3 Measurement accuracy is sometimes understood as closeness of agreement between measured quantity values that are being attributed to the measurand.注3:测量准确度有时可以理解为被测量的测量值之间的接近程度。3、measurement precision测量精密度测量精密度closeness of agreement between quantity
21、values obtained by replicate measurements of a quantity,under specified conditions.在规定条件下,对一个量进行重复测量所得到的量值间的一致性。NOTE:Measurement precision is usually expressed numerically by measures of imprecision,such asstandard deviation,variance,or coefficient of variation under the specified conditions of meas
22、urement.在数值上,测量精密度通常可以通过不精密的测量表示为在规定测量条件下的标准偏差、方差和变异系数。4、measurement repeatability(repeatability)(测量重复性)(测量重复性)measurement precision under repeatability conditions of measurement.在重复性测量条件下的测量精密度。在重复性测量条件下的测量精密度。condition of measurement in a set of conditions including the same measurement procedure,
23、same operator,same measuring system,same operating conditions and same location,and replicated measurements over a short period of time。repeatability condition of measurement:5、measurement reproducibility (测量再现性)(测量再现性)measurement precision under reproducibility conditions of measurement.在再现性测量条件下的测
24、量精密度。condition of measurement in a set of conditions including different locations,operators,and measuring systems 在一组包括不同的地点、操作者和测量系统等条件在内的测量条件。reproducibility condition:6、metrological traceability(测量的可追溯性)(测量的可追溯性)lproperty of a measurement result whereby the result can be related to a reference t
25、hrough a documented unbroken chain of calibrations,each contributing to the measurement uncertainty.测量结果通过文件规定的不间断的校准链将其与规定的参照对象联系起来的特性,每个链环均对测量不确定度有贡献。测量可追溯性的前提是预先建立了校准等级制度。术语可追溯性有时用于表示测量可追溯性以及其他概念,如采样可追溯性、文件可追溯性、物质可追溯性,这里追溯是指历史。因此,如果要避免混淆,最好用测量可追溯性。7 7、measurement uncertaintymeasurement uncertaint
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