测量不确定度基础知识ppt课件.ppt
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1、经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 测量不确定度基础知识测量不确定度基础知识经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用(一一).).测量不确定度有关概念测量不确定度有关概念测量不确定度测量不确定度与测量结果相关联的一个参数,用以表征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。合理地赋予被测量之值的分散性。通常用标准差(通常用标准差(u u)表示)表示 不确定度评定中常用名词不确定度评定中常用
2、名词标准不确定度:用标准偏差表示的测量结果不确定度。标准不确定度:用标准偏差表示的测量结果不确定度。不确定度的不确定度的A A类评定:对观测列进行统计分析以评定类评定:对观测列进行统计分析以评定不确定度的方法。不确定度的方法。不确定度的不确定度的B B类评定:评定标准不确定度的非统计分类评定:评定标准不确定度的非统计分析方法。析方法。合合成成标标准准不不确确定定度度:当当结结果果由由若若干干其其它它量量得得来来时时,按按其他各量的方差和协方差算得的标准不确定度。其他各量的方差和协方差算得的标准不确定度。测量结果中的不确测量结果中的不确定度,并未包括未定度,并未包括未识别的系统效应的识别的系统效
3、应的影响。影响。当当结结果果由由若若干干其其它它量量得得来来时时,该该测测量量结结果果的的标标准准不不确确定定度度等等于于这这些些量量的的方方差差和和协协方方差差加加权权的的正正平平方方根根,权权的的大大小小取取决决于于这这些些量量的的变变化化及及测测量量结结果果影响的程度。影响的程度。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 扩扩展展不不确确定定度度:确确定定测测量量结结果果区区间间的的量量,期期望望测测量量结结果以合理地赋予的较高置信水平包含在此区间内。果以合理地赋予的较高置信水平包含在此区间内。包含
4、因子:为获得扩展不确定度,作为合成不确定度乘包含因子:为获得扩展不确定度,作为合成不确定度乘数的数字因子(亦有称数的数字因子(亦有称覆盖因子、扩展因子覆盖因子、扩展因子)包含区间:基于可获得的信息,能赋予某量的值所处包含区间:基于可获得的信息,能赋予某量的值所处的区间,该区间与一定高的概率相联系。的区间,该区间与一定高的概率相联系。置信水平(包含概率置信水平(包含概率 ):与包含区间相联系的概率。):与包含区间相联系的概率。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用(二二).不确定度的主要来源不确定度的主要
5、来源1)1).被测量的定义不完善被测量的定义不完善2)2).复现被测量的定义的方法不理想复现被测量的定义的方法不理想3)3).抽样的代表性不够抽样的代表性不够4).4).赋予计量标准的值或标准物质的值不准赋予计量标准的值或标准物质的值不准5).5).引用的数据或其它参量不准引用的数据或其它参量不准6).6).测量方法和测量程序的近似性和假定性测量方法和测量程序的近似性和假定性7).7).测量仪器的分辩力或鉴别力不够测量仪器的分辩力或鉴别力不够8).8).对模拟仪器的读数存在人为偏离对模拟仪器的读数存在人为偏离9).9).对测量过程受环境影响的认识不周全,或对环境条件的测量对测量过程受环境影响的
6、认识不周全,或对环境条件的测量与控制不完善与控制不完善10).10).在表面上看来完全相同的条件下,被测量重复观测值的变化在表面上看来完全相同的条件下,被测量重复观测值的变化经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用(三三).测量不确定度评定测量不确定度评定方法方法1).确定被测量和测量方法确定被测量和测量方法测量原理、环境条件、所用仪器设备、测量程序和数据处理等。测量原理、环境条件、所用仪器设备、测量程序和数据处理等。2).2).建立数学模型建立数学模型所谓建立数学模型,就是根据被测量的定义和物理模型(测
7、量方所谓建立数学模型,就是根据被测量的定义和物理模型(测量方案),用一个函数关系将测量过程模型化,以确定被测量与有关量案),用一个函数关系将测量过程模型化,以确定被测量与有关量之间的函数关系。一个被测量可能依赖若干个有关量,为此,先要之间的函数关系。一个被测量可能依赖若干个有关量,为此,先要识别出所有被测的输入量,然后通过数学模型(函数关系),用所识别出所有被测的输入量,然后通过数学模型(函数关系),用所有的已知输入量计算输出量(最终的待测量)。有的已知输入量计算输出量(最终的待测量)。只有评定了所有各输入量的不确定度,才能给出被测量值(输只有评定了所有各输入量的不确定度,才能给出被测量值(输
8、出量)的不确定度。出量)的不确定度。建立物理模型和相应的数学模型,实际上就给出了被测量值的建立物理模型和相应的数学模型,实际上就给出了被测量值的不确定度主要来源。不确定度主要来源。如果对被测量不确定度有贡献的分量未包括在数学模型中,应特如果对被测量不确定度有贡献的分量未包括在数学模型中,应特别加以说明,如环境因素的影响。别加以说明,如环境因素的影响。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用3).3).求被测量的最佳估值求被测量的最佳估值 不确定度评定时对测量结果的不确定度评定,而测量结果应理不确定度评定时
9、对测量结果的不确定度评定,而测量结果应理解为被测量之值的最佳估计。解为被测量之值的最佳估计。4).4).确定各输入量的标准不确定度确定各输入量的标准不确定度 包括不确定度的包括不确定度的A A类评定和类评定和B B类评定。类评定。5).5).确定各个输入分量标准不确定度对输出量的标准不确定各个输入分量标准不确定度对输出量的标准不确定度的贡献确定度的贡献 由数学模型对各输入量求偏导数确定灵敏系数,然后由输入量由数学模型对各输入量求偏导数确定灵敏系数,然后由输入量的标准不确定度分量求输出量对应的标准不确定度分量。的标准不确定度分量求输出量对应的标准不确定度分量。6).6).求合成标准不确定度求合成
10、标准不确定度 利用不确定度传播率,对输出量的标准不确定度分量进行合利用不确定度传播率,对输出量的标准不确定度分量进行合成。成。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 7).7).求扩展不确定度求扩展不确定度 根根据据被被测测量量的的概概率率分分布布和和所所需需的的置置信信水水准准,确确定定包包含含因因子子,由由合合成标准不确定度计算扩展不确定度。成标准不确定度计算扩展不确定度。8).8).报告测量结果的不确定度报告测量结果的不确定度 报告测量不确定度时,必须给出测量结果。最终不确定度的修约报告测量不确定
11、度时,必须给出测量结果。最终不确定度的修约是直接进位,而不是舍去。是直接进位,而不是舍去。如下图所示如下图所示经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用(四四).).测量不确度的评定流程测量不确度的评定流程建立数学模型建立数学模型求最佳值求最佳值B B类评定类评定评定扩展不确定度评定扩展不确定度列出各不确定度分量的表达式列出各不确定度分量的表达式求出合成不确定度求出合成不确定度A A类评定类评定不确定度报告不确定度报告经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金
12、额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 1.数学表达式数学表达式 被测量被测量(输出量输出量)y y 与各输入量与各输入量 的函数关系为的函数关系为:2.2.求最佳值求最佳值 (1).(1).求求各输入量各输入量 的的最佳值最佳值 1).1).等精度测量等精度测量测试条件不变、精度相等的测量。测试条件不变、精度相等的测量。若对某量若对某量 进行一系列等精度测量的测得值有进行一系列等精度测量的测得值有:则其测量结果最佳值为则其测量结果最佳值为算术平均值算术平均值应予修正应予修正经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接
13、受服务的费用2).2).不等精度测量不等精度测量 在不同的条件下或不同的测量次数下所进行的精度不等的测量。在不同的条件下或不同的测量次数下所进行的精度不等的测量。测量结果最佳值为测量结果最佳值为加权算术平均值加权算术平均值 式中式中:_ _ 各测量值的权各测量值的权,与各自方差成反比,与各自方差成反比,c c 为系数为系数,一般取一般取1 1经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用(2).(2).求被测量求被测量(输出量输出量)y y的最佳值的最佳值1).1).函数关系只有一个输入量的直接测量,即函数关系
14、只有一个输入量的直接测量,即 Y=cxY=cx x x 的的最佳值就是最佳值就是y y 的的最佳值最佳值2).2).函数关系有几个输入量的间接测量,即函数关系有几个输入量的间接测量,即被测量被测量y y 是通过测量各是通过测量各输入量输入量 而求得而求得 则可:则可:(1 1)先求出被测量)先求出被测量y y 的各分量的估计值的各分量的估计值 ,然后求平均值然后求平均值(2 2)或先求出各输入量)或先求出各输入量 的最佳值,再求出的最佳值,再求出y y的最佳值的最佳值 3).3).对于对于组合测量,组合测量,被测量被测量y y 需用需用最小二乘法最小二乘法求出最佳求出最佳值。经营者提供商品或者
15、服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用3.3.不确定度不确定度A A类评定类评定用对观测列进行统计分析的方法来评定的标准不确定度用对观测列进行统计分析的方法来评定的标准不确定度 (1).(1).求各输入量求各输入量 的单次测量标准差的单次测量标准差 随机变量随机变量x x 在相同条件下进行在相同条件下进行n n次独立测量,其次独立测量,其(测量列测量列)标准偏标准偏差采用贝塞尔公式计算。差采用贝塞尔公式计算。式中:式中:该输入量该输入量n n次测量的算术平均值次测量的算术平均值 该输入量每个测量值的残差该输入量每个测量值
16、的残差 (2).(2).求各输入量求各输入量 的算术平均值的标准差的算术平均值的标准差 值可作为实验室该测量能力的值可作为实验室该测量能力的A A类评定值类评定值 (测量列测量列)的实验标准差随着测量次数的增加而趋于一个稳定的数值;平均值的的实验标准差随着测量次数的增加而趋于一个稳定的数值;平均值的标准偏差则将随着测量次数的增加而减小。标准偏差则将随着测量次数的增加而减小。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用例例 原子吸收法测量某样品的铁含量原子吸收法测量某样品的铁含量测量次数测量值(%)残差(%)测
17、量次数测量值(%)残差(%)10.420.01690.400.00420.430.026100.430.02630.400.004110.420.01640.430.026120.410.00650.420.016130.39-0.01460.430.026140.39-0.01470.39-0.014150.400.00480.30-0.104平均值0.404测量结果测量结果平均值平均值为为:测量列标准差测量列标准差为为:平均值平均值标准差标准差为为:经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用不确定度不确
18、定度A A类评定几点说明类评定几点说明 如如果果为为客客户户所所做做的的某某项项测测量量不不是是实实验验室室的的常常规规测测量量,则则不不确确定定度的度的A A 类评定应随该项测量实时进行。类评定应随该项测量实时进行。但但实实验验室室常常常常是是在在类类似似的的条条件件下下,用用相相同同的的设设备备相相同同的的方方法法,在在常常规规基基础础上上做做基基本本类类似似性性质质的的测测量量。在在这这种种情情况况下下,通通常常不不需需要要每每次次测测量量都都进进行行A A类类标标准准不不确确定定度度评评定定,可可以以直直接接引引用用预预先先评评定定的的结结果果。对对随随机机变变量量x x根根据据n n
19、个个测测量量结结果果的的有有限限样样本本所所估估计计的的标标准准偏偏差差s sestest,就是对整体样本的标准差,就是对整体样本的标准差(x x)的估计值。)的估计值。如如果果随随后后的的测测量量只只作作几几次次测测量量(典典型型情情况况是是n n3 3),而而且且将将n n次次测测量量的的平平均均值值作作为为结结果果提提供供给给客客户户,则则应应由由原原先先的的实实验验获获得得的的标标准准差差除除以以次次数数n n的的平平方方根根,以以求求得得算算术术平平均均值值的的实实验验标标准准差差u u(x x)。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿
20、的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用如果如果为用户测量只作为用户测量只作m m次次,则该测量结果则该测量结果A A类评定值为:类评定值为:如果为用户测量只作单次如果为用户测量只作单次,则该测量结果则该测量结果A A类评定值应是原类评定值应是原先估计的标准差乘上修正因子先估计的标准差乘上修正因子,若若k k取取1 1,则为:,则为:T-T-学生分布修正因子学生分布修正因子如果评定实验室测量能力时如果评定实验室测量能力时,n n=10=10次次,取取k k=1=1时时,T=1.06;,T=1.06;如果评定实验室测量能力时如果评定实验室测量能力时,n n=5=5次次,取取k k=1=1时时
21、,T=1.14;,T=1.14;实际测量结果实际测量结果A A类评类评定值必须是测量列标定值必须是测量列标准差除予为用户测量准差除予为用户测量实际的次数实际的次数m m经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用标准差对应测量次数的修正因子标准差对应测量次数的修正因子T T n nk=1k=1k=2k=2k=3k=3 n nk=1k=1k=2k=2k=3k=33 31.321.322.272.2712121.051.051.131.131.281.284 41.201.201.661.663.073.0713
22、131.041.041.121.121.251.255 51.141.141.441.442.212.2114141.041.041.111.111.231.236 61.111.111.331.331.841.8415151.031.031.101.101.211.217 71.091.091.261.261.631.6316161.031.031.091.091.201.208 81.081.081.221.221.511.5117171.031.031.091.091.181.189 91.071.071.191.191.431.4318181.031.031.081.081.171.1
23、710101.061.061.161.161.361.3619191.031.031.081.081.161.1611111.051.051.141.141.321.3220201.031.031.071.071.151.15经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 某某实实验验室室事事先先对对某某一一电电流流量量进进行行n n1010次次重重复复测测量量,测测量量值值列列于于下表。计算得到单次测量的估计标准偏差下表。计算得到单次测量的估计标准偏差s s(x x)0.074mA0.074mA。在在同同一一
24、系系统统中中在在以以后后做做单单次次(n n1 1)测测量量,测测量量值值x x46.3mA46.3mA,求置信概率,求置信概率68%68%时的标准不确定度时的标准不确定度u u(x x)。)。在同一系统中在以后做在同一系统中在以后做3次(次(n3)测量,)测量,mAmA,求置信概率,求置信概率68%68%时的标准不确定度时的标准不确定度u u(x x)。)。解解 对于单次测量,则标准不确定度:对于单次测量,则标准不确定度:测量结果为测量结果为46.3mA46.3mA 对于对于3 3次测量,则计算得到次测量,则计算得到3 3次测量平均值的标准不确定度:次测量平均值的标准不确定度:0.043mA
25、,测量结果为测量结果为45.4mA45.4mA表表3.3 3.3 对某一电流量进行对某一电流量进行n n1010次重复测量的测量值次重复测量的测量值次数次数12345678910平均值测量值mA46.446.546.446.346.546.346.346.446.446.446.39经营者提供商品或者服务有欺诈行为的,应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失,增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用合并样本标准差合并样本标准差 采用贝塞尔公式计算实验标准差,如果测量次数太少,其本采用贝塞尔公式计算实验标准差,如果测量次数太少,其本身就有较大的不确定度。身就有较大的不确定度。如果测量
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