GUM法评定测量不确定度.doc
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1、第四讲 GUM法评定测量不确定度(一)【来源/作者】中国计量报 【更新日期】2014-5-30 11:05:45JJF1059、1-2012测量不确定度评定与表示中关于测量不确定度评定得方法就是采用国际标准ISO/IEC Guide 98-3:2008测量不确定度表示指南所规定得方法,测量不确定度表示指南得原文为“Guide to the Uncertainty in Measurement”, 缩写为GUM, 所以称其为GUM法。GUM法就是采用“不确定度传播律”得到被测量估计值得测量不确定度得方法。GUM法评定测量不确定度得步骤(1)明确被测量得定义。(2)明确测量方法、测量条件以及所用得
2、测量标准、测量仪器或测量系统。(3)建立被测量得测量模型,分析对测量结果有明显影响得不确定度来源。(4)评定各输入量得标准不确定度。(5)计算合成标准不确定度。(6)确定扩展不确定度。(7)报告测量结果。用GUM法评定测量不确定度得一般流程如图1所示。评定时得注意事项(1)在分析测量不确定度得来源时,应充分考虑各种来源得影响, 对主要贡献得来源尽可能不遗漏、不重复。(2)标准不确定度分量得评定,可以采用A类评定方法,也可采用B类评定方法,采用何种方法要根据实际情况选择。例如:有时对于随机因素得影响,由于没有重复测量得条件,也可以用B类评定。图1用GUM法评定测量不确定度得一般流程(3)测量中得
3、失误或突发因素不属于测量不确定度得来源。采用测量不确定度A类评定时, 如果怀疑存在粗大误差,则应按统计判别准则进行判别,并剔除测量数据中得异常值(即离群值),然后再评定其标准不确定度。(4)若对被测量得估计值进行了修正,修正值不应计入不确定度内,但应考虑由于修正不完善引入得不确定度。一、输入量标准不确定度得评定1、标准不确定度得A类评定用对被测量独立重复观测,并根据测量数据进行统计分析得方法得到得实验标准偏差就就是A类评定得标准不确定度。(1)A类评定方法对被测量X,在同一条件下进行n次独立重复观测,得到测得值xi(i=1,2,n)。用由式(1)得到得算术平均值X作为被测量得最佳估计值,即A类
4、评定得到得被测量最佳估计值得标准不确定度u()按式(2)计算:式中:s(xk)用统计分析方法获得得任意单个测得值xk得实验标准偏差;s()算术平均值得实验标准偏差。A类评定得到得标准不确定度u()得自由度就就是实验标准偏差s(xk)得自由度。u()成反比,当标准不确定度较大时,可以通过适当增加测量次数以减小其不确定度。(2)A类评定时实验标准偏差得估计方法常用贝塞尔公式法估计,此时实验标准偏差s(xk)按式(3)计算:自由度为=n-1(n为测量次数)。当测量次数较少时,也可用极差法估计实验标准偏差。测量过程得合并标准偏差对一个测量过程,采用核查得方法使测量过程处于统计控制状态,若第j次核查时测
5、量次数为nj(自由度为j),实验标准偏差为sj,共核查m次,则统计控制下得测量过程得A类评定得标准不确定度可以用合并标准偏差sp表征。测量过程得实验标准偏差按式(4)计算:若每次核查得自由度相等(即每次核查时测量次数相同),则式(4)变换成式(5):式中:sp合并标准偏差,就是测量过程长期组内标准偏差得统计平均值;sj第j次核查时得实验标准偏差;m核查次数。在过程参数sp已知得情况下, 由该测量过程对被测量X在同一条件下进行n次独立重复观测,以算术平均值为被测量估计值,则其A类评定得标准不确定度为规范化得常规测量时得合并标准偏差规范化得常规测量就是指计量检测机构得测量人员按照检定规程、校准规范
6、或测试标准,较长时期地使用同一个计量标准或测量仪器, 在相同条件下检定、校准或检测一组同类被测件得同一个被测量,此时,可以用该组被测件得测得值作测量不确定度得A类评定。若对每个被测件得被测量X在相同条件下进行n次独立重复测量, 对第i个被测件得测得值为xi1,xi2,xin,其平均值为;若有m个被测件,则有m组这样得测得值,可按式(6)计算单个测得值得合并标准偏差sp(xk):式中:i组数(i=1,2,m);j每组测量得次数(j=1,2,n)。若对每个被测件已分别按n次重复测量算出了其实验标准偏差si,则m组测得值得合并标准偏差sp(xk)=,自由度均为m(n-1)。由同样方法对某个被测件进行
7、n次测量时, 由A类评定得到得被测量最佳估计值得标准不确定度为在规范化常规测量中,往往对被测件测量次数较少(例如只测3次),用合并标准偏差可以大大加大所评定得标准不确定度得自由度, 也就提高了可信程度。举例:用同一个计量标准装置对标称值为10kg得一批10个砝码进行校准,对每个砝码重复测量4次(n=4), 共测10 个砝码(m=10), 得到10组测得值xji(j=1,2,3,4;i=1,2,10),数据如表1所示。表1重复性测量结果表2砝码校准值得标准不确定度计算过程这就是一种常规得砝码计量校准, 以4次测量得平均值为每个砝码得校准值。计算每个砝码校准值得标准不确定度。计算过程如表2所示。所
8、以,每个砝码校准值为, 其标准不确定度为0、006kg,自由度=30。预评估重复性测量得重复性就是各种随机影响量影响得综合结果,就是测量不确定度得来源之一。重复性得评定通常就是: 在重复性条件下对被测件进行多次独立重复观测,由测量数据计算实验标准偏差。JJF1059、1-2012规定,在日常开展同一类被测件得常规检定、校准或检测工作中,如果测量系统稳定,测量重复性无明显变化,则可用该测量系统以与测量被测件时相同得测量程序、操作者、操作条件与地点,预先对典型得被测件得典型被测量值进行n次测量(一般n不小于10),由贝塞尔公式计算出实验标准偏差s(xk),即测量重复性。在实际对某个被测件测量时可以
9、只测量n次(1nn),以n次测量得算术平均值作为被测量得估计值,则该被测量估计值由于重复性导致得标准不确定度为用这种方法评定得标准不确定度得自由度仍为=n-1。但应注意,当怀疑测量重复性有变化时,应及时重新测量与计算实验标准偏差s(xk)。当被测量X得估计值就是由实验数据用最小二乘法拟合得一条直线或曲线上得到时,任意预期得估计值或表征曲线拟合参数得标准不确定度可以用已知得统计程序计算得到。如果一个被测量得多次测量中随机变化呈现与时间有关(即为随机过程),常用得估计标准偏差得方法已不适用, 应采用专门得方差分析求得标准偏差。例如频率稳定度得测量,由于闪烁噪声对振荡器得影响,用贝塞尔公式估计标准偏
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