不確定度評定報告

實驗室計量器具不確定度的評定摘要不確定度論的基礎(chǔ)思想是否定真值。否定真值就是否定客觀，這就否定了認識（測得值）的客觀標準。于是就否定了認識與客觀存在的差別（誤差），也就否定了準確度（誤差范圍）。測量學(xué)就是研究如何得到真值的學(xué)問，否定真值的可認識性，也就否定了測量學(xué)自身。計量學(xué)的物質(zhì)基礎(chǔ)是體現(xiàn)單位制的基準和代表基準工作的各等級標準。各種標準的量值，就是各種層次的相對真值；否定真值，也就否定了計量。關(guān)鍵詞：不確定度誤差砝碼評定引言在測量過程中，各項誤差合成后得到的總極限誤差稱為測量的不確定度，他是表示由于測量過程中各項誤差影響而使測量結(jié)果不能肯定的誤差范圍。測量誤差=測量值-真值，測量值>真值，為正差；測量值<真值，為負差。由于我們習(xí)慣了測量誤差這個概念，現(xiàn)在提出測量不確定度，確實理解起來比較困難。測量不確定度目前在各種資料上給出的解釋不盡相同，但本質(zhì)都是相同的。我們可以這樣簡單的理解：測量誤差為一個確定值（盡管被測量真值是一個未知量），而不確定度是被測量真值所處一個范圍的評定或由于測量誤差致使測量結(jié)果不能肯定的程度。（這是我個人理解所得，上課的時候也是這樣教學(xué)生的）由ISO、IEC、BIPM、IFCC、IUPAC、IUPAP、OIML七個國際組織共同組成國際測量不確定度工作組，在1NC-1（1980）建議書的基礎(chǔ)上，起草制定了《測量不確定度表示指南》（GUM）。1993年，GUM以7個國際組織的名義正式由ISO頒布實施，并在1995年作了修訂。為了貫徹GUM在我國的實施，由全國法制計量委員會委托中國計量科學(xué)研究院起草制定了國家計量技術(shù)規(guī)范《測量不確定度評定與表示》（JJF1059-1999）。該規(guī)范原則上等同GUM的基本內(nèi)容，作為我國統(tǒng)一準則對測量結(jié)果及其質(zhì)量進行評定、表示和比較。第一章測量不確定度的原理國家計量技術(shù)規(guī)范《測量不確定度評定與表示》（JJF1059-1999）中，對測量不確定度定義為：表征合理地賦予被測量之值的分散性，與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。此參數(shù)可以是標準差或其倍數(shù)，或說明了置信水準的區(qū)間的半寬度，其值恒為正值。1.有關(guān)誤差的基本術(shù)語概念按誤差來源分類：設(shè)備誤差檢測器具（計量器具）示值不準環(huán)境誤差溫度、濕度、振動、電磁等差異性、不穩(wěn)定人員誤差技術(shù)熟練、生理差異方法誤差方法不完善測量對象測量對象自身變化按誤差性質(zhì)分類：隨機誤差測量結(jié)果在重復(fù)性條件下，無限次重復(fù)測量同一個量所得結(jié)果的平均值之差系統(tǒng)誤差在重復(fù)性條件下，無限次重復(fù)測量同一個量所得結(jié)果的平均值與被測量真值之差粗大誤差超出規(guī)定條件下預(yù)期的誤差，即明顯歪曲測量結(jié)果的誤差有關(guān)與誤差共生的基本術(shù)語精度與誤差相反角度的描述，誤差小即精度高，誤差大即精度低精密度反映測量數(shù)據(jù)分散性大小的程度，建議不宜隨便使用正確度反映測量數(shù)據(jù)偏移真值大小的程度，建議不宜隨便使用準確度是定性概念，采用級、等、準確度符合××標準。建議不宜隨便使用重復(fù)性在相同測量條件下，對同一被測量進行連續(xù)多次測量所得結(jié)果之間的一致性復(fù)現(xiàn)性在不同測量條件下，對同一被測量進行連續(xù)多次測量所得結(jié)果之間的一致性權(quán)在不同條件下對同一量進行測量時，測量結(jié)果的質(zhì)量不同，用數(shù)字表征測量結(jié)果的質(zhì)量指標叫權(quán)P。權(quán)P與測量結(jié)果的方差σ2成反比，即P∝1/σ2等精度測量權(quán)相等的測量2.實驗標準差公式推導(dǎo)若在等精度測量條件下對某被測量（其真值為a）做多次獨立測量，得：x1，x2，…xn；則誤差：xi-a=(xi-)+(-a)（是n次測量結(jié)果的算術(shù)平均值）令：兩邊平方得：求n項和：式中：(-a)=（常量）故：①而： （是平均值的標準差），定義標準差：（常用表示）；定義平均值標準差與標準差的關(guān)系：（常用表示）；所以：①式成為；整理得： =（貝塞爾公式）。②貝塞爾公式中的是由標準差公式定義的，但由于標準差公式中是真誤差值，在實際測量中是無法得到的，因此，無法采用標準差公式求算。而貝塞爾公式即實驗標準差解決了這個問題，使得采用評價隨機誤差的大小成為可能。在相同條件下，對被測量（不含系統(tǒng)誤差）最佳估計值是，實驗標準差，平均值標準差，即：第二章不確定度的表示與分類1.測量結(jié)果標準不確定度依據(jù)《測量不確定度評定與表示JJF1059-1999》，測量結(jié)果標準不確定度分為A類和B類兩種方法。A類評定方法是計算出測量數(shù)據(jù)的平均值標準差即公式③的數(shù)值；B類評定方法需要了解測量儀器、技術(shù)資料、測量方法、檢定證書。水工金屬結(jié)構(gòu)制造與安裝所涉及到的重要測量參數(shù)一般是幾何尺寸的測量。因此，A類評定方法是可以容易實現(xiàn)的。B類評定方法包含了評定人員的經(jīng)驗和不確定度的傳遞。如檢測儀器檢定的標準不確定度，儀器分辨率標準不確定度，測量時檢測人員布點（測點）的位置偏離引起的不確定度等等。同時，具有多個不確定度的分量，需要對逐個分量進行合成，即。計算不確定度分量時，涉及到包含因子的選擇，而包含因子的選擇與概率分布形式和置信概率的大小有關(guān)，在確定諸多不確定度分量及其包含因子時，需要對被測量重要性進行分析和判斷并做出合理的選擇。合成標準不確定度仍然是標準差，它表征了測量結(jié)果的分散性。擴展不確定度是為提供測量結(jié)果一個區(qū)間的要求而附加的不確定度，是由合成不確定度的倍數(shù)來表示的，即，通常取2和3，取決于被測量的重要性、效益和風(fēng)險。2.測量不確定度的分類測量不確定度的分類可以簡示為：{{A類標準不確定度B類標準不確定度合成標準不確定度標準不確定度測量不確定度擴展不確定度{U（k=2、3）Up（p為置信概率）3.測量不確定度的評定和報告依據(jù)JJF1059-1999，對測量不確定度各分量評定時，列表說明，做流程圖：第三章 F2等級噸砝碼標準裝置測量不確定度評定報告概述：1．1測量依據(jù)：JJG99-2006《砝碼》檢定規(guī)程1．2環(huán)境條件：常溫，相對溫度不大于80%。1．3計量標準器：50個F2等級20kg標準砝碼，每個砝碼的擴展不確定度U=0.1g,.包含因子(K=3）1．4主要配套設(shè)備：電磁天平，檢定分度值5g,實際分度值1g,最大允許誤差5g.1．5被測對象：M1等級500kg-1000kgU500kg=7.5gU1000kg=15g包含因子K=32．測量方法：依據(jù)JJG99-2006《砝碼》檢定規(guī)程，采用單次替代法，在符合上述條件下，測量結(jié)果一般可直接使用本不確定度的評定結(jié)果。3．數(shù)學(xué)模型：mA=mB+（VA-VB）(ρK–ρ1.2)式中：mA-被測的M1等級砝碼折算質(zhì)量：mB-F2等級砝碼的組合折算質(zhì)量：VA-被測砝碼的體積；VB-標準砝碼的體積；ρK-檢定時實驗室的空氣密度；ρ1.2-參考空氣密度為1.2mg/cm24．不確度來源及分量的評定（在1000kg處）4．1輸入量MB的標準不確度uBef(mB)評定：采用B類方法進行，根據(jù)規(guī)程50個20kgF2等級砝碼最大組合允許誤差δ(mB)=50×0.3=15g標準砝碼不穩(wěn)定性的標準不確定度uins(mB)取相應(yīng)砝碼最大允許誤差δ(mB)的uBef(mB)=式中u0--標準砝碼最大允許誤差的1/3；根據(jù)規(guī)程F2等級20kg砝碼的允許誤差為0.3g,0.3×50=15g，呈正態(tài)分布，置信概率95%。包含因子K=3，估算=0.1自由度=50uBef(mB)=5.77g4．2空氣浮力引入的標準不確定度ub(mB)的評定，采用B類方法進行評定M1等級砝碼檢定中，相應(yīng)的空氣密度修正量相對于最大允許不確定度一般非常小，因此不用進行空氣浮力修正，這時通過估計空氣浮力修正值的大小來評定該不確定度分量，首先，空氣密度一般控制在（ρK±0.12）mg/cm3，其次F2等級千克組砝碼的材料是不銹鋼，材料密度為（7950±140）kg/m3，從而可計算出最大的空氣浮力修正量，因此空氣浮力的標準不確定度可取為uB(mA)=×(ρK–ρ1.2)×（VA-VB）=×0.12×(1000/7810-1000/8090)=0.31g4．3天平測量重復(fù)性引起的不確定度uw的評定，采用A類方法進行評定，用1t天平對1t砝碼在重復(fù)性條件下連續(xù)測量10次得(1)1000.0037;(1)1000.0037;(2)1000.0007;(3)1000.0035;(4)1000.0037;(5)1000.0021;(6)1000.0026;(7)1000.0030;(8)1000.0026;(9)1000.0026;(10)1000.0010;.實驗標準差S==1.04g自由度10-1=94．4測量天平分度值時天平測量重復(fù)性因起標準不確定度uba(mB)的評定，采用A類方法進行評定。在1000kg處放5克砝碼，連續(xù)放10次測得(1)5.0;(2)5.1;(3)5.0;(4)5.1;(5)5.0;(6)5.0;(7)5.2;(8)5.0;(9)5.1;(10)5.2;實驗標準差S==0.08g自由度10-1=9測量天平分度值時加放5克標準砝碼的不確定度分量，F(xiàn)2等級5克標準砝碼的允差為1.6mg與M1等級砝碼的允許誤差相差較大,所以忽略不計.5.合成標準不確定度:由于各不確定度分量互相關(guān)聯(lián)，故合成標準不確定度可用下式計算u(mA)=5.87g6擴展不確定度的評定：取置信概率95%，按有效自由度=50查t分布kp=t95(50)=2.01U95=t95(50)×u(mA)=11.8g在1000kg處擴展不確定度為U95=11.8g=50同理我們計算出在500kg處的擴展不確定度為U95=6.2g=50第四章1000kg電子天平示值誤差測量結(jié)果的不確定度評定1概述1.1測量依據(jù):JJG98—1990《非自動天平檢定規(guī)程》。1.2壞境條件:溫度(-10～40)℃。1.3測量標準：F2等標準砝碼。JJG99—1990《砝碼試行檢定規(guī)程》中給出其擴展不確定度不大于1.5×104mg，包含因子k=3。1.4被測對象：1000kg/10g電子天平。量程（500～1000）kg,最大允許誤差為±30g；一般情況下，標準天平的最大點以及大致均勻分布的10個點。1.5測量過程：采用標準砝碼直接來測量天平的示值，可得標準砝碼與電子天平實際值之差，即為電子天平的示值誤差。1.6評定結(jié)果的使用：在符合上述條件的測量結(jié)果，一般可直接使用本不確定度的評定結(jié)果。2數(shù)學(xué)模型m=m－ms式中：m—電子天平示值誤差；m—電子天平示值；ms—標準砝碼值。3輸入量的標準不確定度評定本評定方法以500kg；1000kg天平最大稱量點為例，其他稱量點的示值誤差測量結(jié)果的不確定度可參照本方法進行評定。3.1輸入量ms的標準不確定度u（ms）的評定輸入量ms的標準不確定度u（ms）采用B類方法進行評定。根據(jù)JJG99—1990《砝碼試行檢定規(guī)程》中所給出，F(xiàn)2等標準砝碼1000kg的擴展不確定度不大于1.5×104mg，包含因子k=3。標準不確定度(1)在1000kg時u（m）==5×103mg=5(g)估計為0.10,則自由度為50。(2)在500kg時u（m）==2.5×103mg=2.5(g)估計為0.10,則自由度為50。3.2輸入量m的標準不確定度u（m）的評定(1)在1000kg時輸入量m的標準不確定度來源于天平的測量重復(fù)性，可以用同一砝碼，通過連續(xù)測量得到測量列，采用A類方法進行評定。以1000kg為天平最大稱量點，再重復(fù)性條件下連續(xù)測量10次，得到測量列為1000.011,1000.028,1000.014,1000.032,1000.028,1000.022,1000.016,1000.029,1000.025,1000.026。1000.026(kg)單次實驗標準差S==7.74(g)對這臺電子天平在1000kg稱量點處進行3組測量，各在重復(fù)性條件下連續(xù)測量10次，共得到3組測量列，每組測量列分別按上述方法計算得到單次實驗標準差如表所示1m組實驗標準差計算結(jié)果實驗標準差Sj(mg)S17.76S27.82S37.56實際情況下，每次測量為一次，則可得到 =7.7(g)自由度(1)在500kg時輸入量m的標準不確定度來源于天平的測量重復(fù)性，可以用同一砝碼，通過連續(xù)測量得到測量列，采用A類方法進行評定。以500kg為天平最大稱量點，再重復(fù)性條件下連續(xù)測量10次，得到測量列為500.008,500.012,500.010,500.009,500.005,500.011,500.014,500.006,500.016,500.014。500.011(kg)單次實驗標準差S==3.6(g)對這臺電子天平在500kg稱量點處進行3組測量，各在重復(fù)性條件下連續(xù)測量10次，共得到3組測量列，每組測量列分別按上述方法計算得到單次實驗標準差如表所示1m組實驗標準差計算結(jié)果實驗標準差Sj(mg)S13.60S23.71S33.68合成樣本標準差sp為3.7實際情況下，每次測量為一次，則可得到自由度3×(10-1)=273.3電子天平偏載誤差引起的標準不確定度分項u(m2)的評定電子天平進行偏載試驗時，用最大稱量1/3的砝碼，放置在1/4稱臺面積中，最大值與最小值之差一般不超過20g，半寬a=15g,而測量時放置砝碼的位置較為注意，偏載量遠比做偏載試驗時少，假設(shè)其誤差為偏載試1/3，并服從均勻分布，包含因子，可得估計,則4合成標準不確定度的評定4．1靈敏系數(shù)數(shù)學(xué)模型靈敏系數(shù)4．2標準不確定度匯總表輸入量的標準不確定度匯總表2標準不確定度匯總表標準不確定度分量u(xi)不確定度來源標準不確定度（g） 電子天平的測量重復(fù)性電子天平的偏載標準砝碼不確定度7.72.95117.7527504.3合成標準不確定度的計算輸入量m與ms彼此獨立不相關(guān)，所以合成不確定度可按下式得到在最大稱量1000kg時測量:=9.2(g)在最大稱量500kg時測量:=5.3(g)4.4合成標準不確定度的有效自由度取合成標準不確定度的有效自由度為50。5擴展不確定度的評定取置信概率，按有效自由度，查分布表得到擴展不確定度為在最大稱量1000kg時測量:U95=9.2×2＝18.4g在最大稱量500kg時測量:U95=5.3×2＝10.6g6.測量不確定度的報告與表示電子天平示值誤差測量結(jié)果的擴展不確定度為U95=18.4g(在最大稱量1000kg時測量)U95=10.6g(在最大稱量500kg時測量)六、計量標準的測量重復(fù)性考核選一穩(wěn)定被測工作用砝碼，編號為：002，在重復(fù)性條件下測得10次數(shù)據(jù)如下：（測1000kg值）測量次數(shù)測量值(kg)11000.01121000.00931000.01641000.01451000.01861000.01271000.01581000.01991000.018101000.013—X=1000.015經(jīng)計算S(y)=12.3g，小于合成不確定度（1000kg）符合要求?！?·七、計量標準的穩(wěn)定性考核測量次數(shù)測量值（kg）1月20日測量值（kg）2月20日測量值（kg）3月20日測量值（kg）3月20日測量值（kg）5月20日11000.0131000.0131000.0161000.0171000.01721000.0111000.0151000.0191000.0131000.02331000.0`091000.0191000.0181000.0151000.01541000.0081000.0211000.0071000.0201000.01851000.0071000.0091000.0091000.0161000.02261000.0121000.0111000.0121000.0111000.02971000.0151000.0121000.0141000.0081000.01281000.0121000.0161000.0171000.0071000.01491000.0121000.0101000.0131000.0061000.016101000.0141000.0121000.014100