测量不确定度评定JJF1059-1999.doc

测量不确定度评定
(参考JJF 1059-1999及其宣贯教材:《测量不确定度评定与表示指南国家计量技术法规统一宣贯教材》,国家质量技术监督局计量司组编,中国计量出版社,)
1 概述
通过实际测量获得被测量的测量数据后,通常需要对这些数据进行计算、分析、整理,有时还要将数据归纳成相应的表示式或绘制成表格、曲线等等,亦即要进行数据处理,然后给出测量结果。给出测量结果的同时,必须给出其测量不确定度和单位。测量不确定度表明了测量结果的质量,质量愈高不确定度愈小,测量结果的使用价值愈高;质量愈差不确定度愈大,使用价值愈低。在计量测试工作中,不知道不确定度的测量结果不具备使用价值。从市场经济价值观点来审视测量运作,提供测量不确定度的测量活动无疑是一个高增值过程。例如,一个微波单片集成电路,其芯片价值为1元,封装之后增值到10元,对其性能和技术指标进行测试之后,将至少增值到100元。又例如,Weinschel Engineering Model 1100 系列功率传递标准,,其售价大约为$7,000~$10,000。如果用户希望获得更小测量不确定度的校准因子,公司声称,可以由NIST校准提供校准因子数值,但每个频率点增加售价$1,000。
过去人们评定测量结果的可信程度或质量是以误差理论为依据。测量误差定义为:测量结果减去被测量的真值,由于真值不能确定,实际上用的是约定真值。
1960年代开始提出用测量不确定度来说明测量结果的质量。测量不确定度定义为:表征合理地赋予被测量之值的分散性,与测量结果相联系的参数。随后,不确定度这个术语逐渐在测量领域内被广泛应用,但表述方法各不相同。为了统一表述方法,1970~1990年代一些国际组织和有关国家计量院经过广泛征求计量专家学者的意见和长期反复的讨论,在国际计量委员会(CIPM)INC-1(1980)、CI-1981和CI-1986建议书的基础上,于1993年以ISO(国际标准化组织)、IEC(国际电工委员会)、BIPM(国际计量局)、OIML(国际法制计量组织)、IUPAC(国际理论与应用化学联合会)、IUPAP(国际理论与应用物理联合会)(国际临床化学联合会)7个国际组织的名义正式由ISO出版发行了《测量不确定度表示指南》(GUM),1995年又作了修订和重印(Guide to Expression of Uncertainty in Measurement Corrected and Reprinted,1955,ISO)。GUM的约定规则使不同国家、不同地区、不同学科和不同领域,在表示测量结果及其不确定度时具有一致的含义。在市场经济全球化的今天,GUM在测量数据和测量结果的国际互比互认、科技交流、国际贸易等各个方面将起到重要的作用。我国计量技术规范JJF 1059-1999《测量不确定度评定与表示》等同采用GUM。
现在,国内外计量测试学界已达成共识,将逐步采用测量不确定度代替测量误差和准确度表达测量结果。但是误差(以及相对误差)的概念并未(而且也不会)废除,仍然在计量测试中广泛使用,只不过不再用以表达测量结果。
测量结果的不确定度是测量过程中来自于测量设备、测量方法、被测对象、环境、人员等所有的不确定度因素的集合,这些因素形成测量结果的若干不确定度分量。不确定度分量分为两大类:用统计方法评定的不确定度称为A类评定不确定度;用非统计方法评定的不确定度称为B类评定不确定度。A类评定不确定度分量由重复观测列计算得到,其方差估计值记作u2,即统计方差s2的估计值s2。u2的正平方根u就是估计标准差s,称为A类评定标准不确定度,用uA表示,其概率分布通常服从正态分布。B类评定不确定度分量的估计方差u2根据被测量的有关信息评定,其估计标准差u称为B类评定标准不确定度,用uB表示。B类评定信息来源于:以前的观测数据;对有关技术资料和测量仪器特性的了解和经验;制造厂商提供的技术文件;校准证书/报告、检定证书/报告或其他文件提供的数据、准确度的等级或级别,包括目前暂在使用中的极限误差等;手册或资料给出的参考数据及其不确定度;规定实验方法的国家标准或类似技术文件中给出的重复性限r或复现性限R等等。B类评定标准不确定度的先验概率分布由评定人员的理论和实际经验来确定。所以,A类和B类不确定度评定只是表示两种不同的评定方法,不存在本质上的区别,它们都是基于概率分布,并都用方差或标准差表征。B类评定不确定度既可能来源于系统误差亦可能来源于随机误差,例如微波高功率测量系统,由于功率耗散引起微波衰减器自身的温升,造成在不同耗散功率电平下衰减量变化引入的不确定度分量,其数值可以直接引用生产厂家给出的温度系数值计算给出;但是在精密测量中,大都采用统计方法,用实验测量来