測(cè)量不確定度在流量領(lǐng)域的應(yīng)用

測(cè)量不確定度在流量領(lǐng)域的應(yīng)用

摘  要  本文簡(jiǎn)要介紹了測(cè)量不確定度的發(fā)展，測(cè)量不確定度的主要特點(diǎn)，不確定度與誤差的關(guān)系等，并針對(duì)流量計(jì)量中常用到的相對(duì)不確定度的表述，靈敏系數(shù)的數(shù)值算法等進(jìn)行分析計(jì)算。
    早在七十年代初，國際上已有越來越多的計(jì)量學(xué)者認(rèn)識(shí)到使用“不確定度”代替“誤差”更為科學(xué)，從此，不確定度這個(gè)術(shù)語逐漸在測(cè)量領(lǐng)域內(nèi)被廣泛應(yīng)用。1978年國際計(jì)量局提出了實(shí)驗(yàn)不確定度表示建議書INC-1。1993年制定的《測(cè)量不確定度表示指南》得到了BIPM、OIML、ISO、IEC、IUPAC、IUPAP、IFCC 七個(gè)國際組織的批準(zhǔn)，由ISO出版，是國際組織的重要權(quán)威文獻(xiàn)。我國也已于1999年頒布了與之兼容的測(cè)量不確定度評(píng)定與表示計(jì)量技術(shù)規(guī)范。至此，測(cè)量不確定度評(píng)定成為檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室必不可少的工作之一。由于測(cè)量不確定度的理論較新，在理解上有一定難度。本文就不確定度的一些特點(diǎn)進(jìn)行討論。

    一、測(cè)量結(jié)果是一個(gè)區(qū)域
    測(cè)量的目的是為了確定被測(cè)量的量值。測(cè)量結(jié)果的品質(zhì)是量度測(cè)量結(jié)果可信程度的最重要的依據(jù)。測(cè)量不確定度就是對(duì)測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的定量表征，測(cè)量結(jié)果的可用性很大程度上取決于其不確定度的大小。所以，測(cè)量結(jié)果表述必須同時(shí)包含賦予被測(cè)量的值及與該值相關(guān)的測(cè)量不確定度，才是完整并有意義的。
    表征合理地賦予被測(cè)量之值的分散性、與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)，稱為測(cè)量不確定度。字典中不確定度（uncertainty）的定義為“變化、不可靠、不確知、不確定”。因此，廣義上說，測(cè)量不確定度意味著對(duì)測(cè)量結(jié)果可信性、有效性的懷疑程度或不肯定程度。實(shí)際上，由于測(cè)量不完善和人們認(rèn)識(shí)的不足，所得的被測(cè)量值具有分散性，即每次測(cè)得的結(jié)果不是同一值，而是以一定的概率分散在某個(gè)區(qū)域內(nèi)的多個(gè)值。雖然客觀存在的系統(tǒng)誤差是一個(gè)相對(duì)確定的值，但由于我們無法完全認(rèn)知或掌握它，而只能認(rèn)為它是以某種概率分布于某區(qū)域內(nèi)的，且這種概率分布本身也具有分散性。測(cè)量不確定度正是一個(gè)說明被測(cè)量之值分散性的參數(shù)，測(cè)量結(jié)果的不確定度反映了人們?cè)趯?duì)被測(cè)量值準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)方面的不足。即使經(jīng)過對(duì)已確定的系統(tǒng)誤差的修正后，測(cè)量結(jié)果仍只是被測(cè)量值的一個(gè)估計(jì) 值，這是因?yàn)�，不僅測(cè)量中存在的隨機(jī)效應(yīng)將產(chǎn)生不確定度，而且，不完全的系統(tǒng)效應(yīng)修正也同樣存在不確定度。

    原來流量量傳體系中要求上一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器的允許誤差需小于下一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器的1/2～ 1/3，不確定度理論的發(fā)展使得大家認(rèn)可測(cè)量結(jié)果的不確定度按不確定度評(píng)定方法進(jìn)行分析，當(dāng)被測(cè)儀器重復(fù)性很好且測(cè)量過程得到較好控制時(shí)，兩級(jí)標(biāo)準(zhǔn)器不確定度的差異可能會(huì)相差無幾，這樣就大大減少了傳遞過程中精度的損失，使得量值傳遞體系更為合理。

    二、不確定度與誤差
    概率論、線性代數(shù)和積分變換是誤差理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，誤差理論已自成體系。實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差是分析誤差的基本手段，也是不確定度理論的基礎(chǔ)。因此從本質(zhì)上說不確定度理論是在誤差理論基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，其基本分析和計(jì)算方法是共同的。但在概念上存在比較大的差異。
    測(cè)量不確定度表明賦予被測(cè)量之值的分散性，是通過對(duì)測(cè)量過程的分析和評(píng)定得出的一個(gè)區(qū)間。測(cè)量誤差則是表明測(cè)量結(jié)果偏離真值的差值。經(jīng)過修正的測(cè)量結(jié)果可能非常接近于真值（即誤差很小），但由于認(rèn)識(shí)不足，人們賦予它的值卻落在一個(gè)較大區(qū)間內(nèi)（即測(cè)量不確定度較大）。測(cè)量不確定度與測(cè)量誤差在概念上有許多差異.

    三、不確定度的A類評(píng)定與B類評(píng)定
    用對(duì)觀測(cè)列的統(tǒng)計(jì)分析進(jìn)行評(píng)定得出的標(biāo)準(zhǔn)不確定度稱為A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度，用不同于對(duì)觀測(cè)列的統(tǒng)計(jì)分析來評(píng)定的標(biāo)準(zhǔn)不確定度稱為B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度。將不確定度分為“A”類與“B”類，僅為討論方便，并不意味著兩類評(píng)定之間存在本質(zhì)上的區(qū)別，A類不確定度是 由一組觀測(cè)得到的頻率分布導(dǎo)出的概率密度函數(shù)得出：B類不確定度則是基于對(duì)一個(gè)事件發(fā)生的信任程度。它們都基于概率分布，并都用方差或標(biāo)準(zhǔn)差表征。兩類不確定度不存在那一類較為可靠的問題。一般來說，A類比B類較為客觀，并具有統(tǒng)計(jì)學(xué)上的嚴(yán)格性。測(cè)量的獨(dú)立性、是否處于統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)和測(cè)量次數(shù)決定A類不確定度的可靠性。

   “A”、“B”兩類不確定度與“隨機(jī)誤差”與“系統(tǒng)誤差”的分類之間不存在簡(jiǎn)單的對(duì)應(yīng)關(guān)系。“隨機(jī)”與“系統(tǒng)”表示誤差的兩種不同的性質(zhì)，“A”類與“B”類表示不確定度的兩種不同的評(píng)定方法。隨機(jī)誤差與系統(tǒng)誤差的合成是沒有確定的原則可遵循的，造成對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果處理時(shí)的差異和混亂。而A類不確定度與B類不確定度在合成時(shí)均采用標(biāo)準(zhǔn)不確定度，這也是不確定度理論的進(jìn)步之一。