测量不确定培训新

新疆计量测试研究院测量不确定度培训内容第一章概述第二章基本术语及其概念第三章测量不确定度的评定第四章测量结果及其不确定度的报告第五章测量不确定度的应用第六章测量不确定度评定举例第一章概述学习测量不确定度的意义测量不确定度的发展历史测量不确定度的适用范围学习测量不确定度的意义一、测量的重要性1在科学技术研究、工农业生产、国内外贸易、工程项目、以及日常生活的各个领域中不可缺少测量；2测量的准确性直接影响到国家和企业的经济利益；3测量的结果是科学研究成果的评价依据，也是产品检验合格判定，司法裁定等裁判的依据；4测量的质量还往往成为科学试验成败的重要因素，也影响到人民的健康和安全；5由测量结果得出的结论还可能成为决策的重要依据。学习测量不确定度的意义二、以科学合理和完整的信息给出测量结果1当完成测量时，应该给出测量结果；2给出测量结果时，必须给出其可信程度或可信的范围，这种测量结果才是完美的；3所以测量结果必须有不确定度说明时，才是完整的和有意义的；4以前，用测量误差来说明测量结果的准确程度，由于测量误差是测量结果与真值之差，真值往往是未知的，这种表示方法虽然我们已经长期使用过，但国际计量界现在认为这是不够科学的。学习测量不确定度的意义三、规范测量不确定度的评定与表示方法1《测量不确定度表示导则》（Guidetotheexpressionofuncertaintyinmeasurement，简称GUM）是由国际标准化组织等七个国际权威组织联合发布的，自1993年以来的推广和应用，现已在国际上广泛使用，成为各国在表示测量结果时统一遵循的准则。2最新版的国家技术规范JJF1059规定了测量不确定度的评定与表示方法，与国际接轨。JJF1059.1-2012是采用GUM的方法，JJF1059.2-2012是采用蒙特卡洛的方法评定测量不确定度。学习测量不确定度的意义1.在市场竞争激烈、经济全球化的今天，测量不确定度评定与表示方法的统一，乃是科技交流和国际贸易的迫切要求。2.我国用统一的准则对测量结果及其质量进行评定和表示是与国际接轨的需要，也是我国经济发展的必然趋势。学习测量不确定度的意义采用测量不确定度有利于：1测量结果间的比较；2科学技术成果的评价与交流；3商品贸易中减少技术壁垒和避免误会；4对计量标准、标准物质和标准参考数据的评定与发布；5用户对校准证书或检测报告的理解和使用；6校准或检测实验室技术能力认可和国际互认；7在生产中的质量控制以及质量体系认证时对产品质量保证能力的评价；8根据测量结果做出有效的决策等。测量不确定度的发展历史1早在1963年美国国家标准局（NBS）的数理统计专家埃森哈特（Eisenhart）在研究“仪器校准系统的精密度和准确度的估计”时提出了定量表示不确定度的概念和建议，受到了国际上的普遍关注。21986年CIPM要求国际标准化组织（ISO）能在INC-1（1980）建议书的基础上起草一份能广泛应用的指导性文件，该项工作得到了7个国际组织的支持和倡议，这7个国际组织是ISO（国际标准化组织）、IEC（国际电工委员会）、CIPM（国际计量委员会）、OIML（国际法制计量组织）、IFCC（国际临床化学联合会）、IUPAC（国际纯化学和应用化学联合会）、IUPAP（国际纯物理和应用物理联合会）。测量不确定度适用的领域适用于所有具有定量测量的测量结果的表示，包括：1建立国家计量基准和各级计量标准；2计量标准装置间的国内外比对以及检测设备的实验室间的比对；3标准物质的定值，标准参考数据的发布；4编制测量方法、检定规程、校准规范等技术文件或标准；5科学技术研究及工程领域的测量；测量不确定度适用的领域适用于所有具有定量测量的测量结果的表示，包括：6计量认证、计量确认、质量认证以及实验室认可；7测量仪器的校准和检定；8产品或商品的检验和测量；9生产过程的质量保证；10贸易结算、医疗卫生、安全防护、环境监测及资源测量。JJF1059.1-2012的适用范围1适用于涉及有明确定义的，并可以用唯一值表征的被测量估计值的不确定度。例如：用数字电压表测量频率为50Hz的某实验室的电源电压，电压是被测量，它有明确的定义和特定的测量条件，用的测量仪器是数字电压表，进行3次测量，取其平均值为测量结果，测量结果为220.5V，它是被测量的估计值，并用一个值表征的。规范对这样的测量结果进行测量不确定度评定和表示是适用的。又如：通过对电路中电流和电压的测量，用公式计算出功率的测量结果，由于它也符合上述条件，因此也是适用的。JJF1059.1-2012的适用范围2当被测量为导出量，其测量模型（即函数关系式）中的多个变量又由另外的函数关系确定时，对于其测量结果的不确定度评定，本规范的基本原则也是适用的，但是评定起来比较复杂。3对于被测量呈现为一系列值的分布，或对被测量的描述为一组量时，则测量结果的描述也应该是一组量值，测量不确定度应相应于每一个测量结果给出，并应给出一组值相应的关系及分布情况。JJF1059.1-2012的适用范围4当被测量取决于一个或多个参变量时测量结果的不确定度评定，例如以时间为参变量时，被测量的测量结果是随时间变化的直线或曲线，对于在直线或曲线上任意一点测量结果的测量不确定度是不同的。测量不确定度的评定可能要用到最小二乘法、矩阵等数学运算，本规范也是适用的。5本规范也可用于对于统计控制下的测量过程的测量不确定度的评定，但评定时需要考虑测量过程的合并标准偏差作为A类标准不确定度。第二章基本术语及其概念基本统计学术语通用计量学术语测量不确定度术语基本统计学术语及其概念1.概率（probability）概率是一个0和1之间隶属于随机事件的实数。概率与在一段较长事件内的事件发生的相对频率有关，或与事件发生的可信程度（degreeofbelief）有关，在可信度高时概率接近1。基本统计学术语及其概念1.概率（probability）若对某一个被测量重复测量，我们可以得到一系列测量数据，这些数据称测量值或观测值。a)测量值是随机变量，它们分散在某个区间内，概率是测量值在区间内出现的相对频率，即出现的可能值大小的度量；在此定义的基础上奠定了测量不确定度A类评定的理论基础。基本统计学术语及其概念1.概率（probability）b)由于测量的不完善或人们对被测量及其影响量的认识不足，使测量结果仅仅是被测量的估计值，使人们对测量结果提出可信程度的问题，概率是测量值落在某个区间内可信度大小的度量。在这个新的定义中，对于那些我们不知道其大小的系统误差，可以认为是以一定的概率落在区间的某个位置。或者说测量值落在该区间内的可信程度也可以用概率表征。这是测量不确定度B类评定的理论基础。基本统计学术语及其概念1.概率（probability）以上两种情况都可认为是随机事件，这是对经典概率论的一个突破。测量值x落在（a，b）区间内的概率可以表示为：P(a≤x≤b)概率也可简写为P，其值在0到1之间。0≤P≤1基本统计学术语及其概念2.概率分布（probabilitydistribution）a)概率分布是一个随机变量取任何给定值或属于某一给定值集的概率随取值而变化的函数。b)概率分布通常用概率密度函数随随机变量变化的曲线来表示。c)随机变量在整个值集的概率为1。基本统计学术语及其概念2.概率分布（probabilitydistribution）d)通俗地说，概率分布是单位区间内（当区间趋于无穷小时）测量值出现的概率随测量值大小的分布情况。如下图所示，横坐标为测量值，纵坐标为概率密度函数p(x)。基本统计学术语及其概念概率密度函数p(x)设X是在实数域内连续取值的随机变量，x是任一实数，若存在一个非负的函数p(x)，使X的分布函数F(x)满足以下关系：则X是连续随机变量，p(x)是X的概率密度函数。()()()baFxPaxbpxdx基本统计学术语及其概念概率密度函数p(x)若已知某个量的概率密度函数p(x)，则测量值X落在区间(a,b)内的概率P可用下式计算：数学上，积分代表了面积。由此可见，概率P是概率分布曲线下，在区间(a,b)内包含的面积。a)当P=0.9，表明测量值有90%的可能性落在该区间内，该区间包含了概率分布下总面积的90%。在(-∞,+∞)区间内的概率为1。b)当P=1，即概率为1，表明测量值以100%的可能性落在该区间内，也就是测量值必定在此区间内。()()baPaxbpxdx基本统计学术语及其概念c)在概率论中通常用置信因子乘标准偏差（kδ）得到置信区间的半宽度。在GUM中将为获得扩展不确定度（置信区间的半宽度）而用作合成标准不确定度的被乘因子称为包含因子，也用符号k表示。基本统计学术语及其概念经典的概率论统计学术语与不确定度评定中所用术语的比较概率论术语不确定度导则术语概率置信概率P包含概率（置信水平）P置信区间区间半宽度a=kδ统计包含区间区间半宽度a置信因子k包含因子k基本统计学术语及其概念3.概率分布的特征参数a)期望（expectation）期望又称（概率分布或随机变量的）均值（mean）或期望值（expectedvalue），有时又称数学期望。常用符号μ表示，也可用E(X)表示。基本统计学术语及其概念3.概率分布的特征参数a)期望（expectation）测量值的期望：离散随机变量：连续随机变量：通俗的讲，期望是无穷多次测量的平均值。1=()iiiEXPx=()()EXxpxdx基本统计学术语及其概念3.概率分布的特征参数a)期望（expectation）期望是概率分布曲线与横坐标轴所构成面积的重心所在的横坐标，所以期望是决定概率分布曲线位置的量。对于单峰、对称的概率分布来说，期望值在分布曲线峰顶对应的横坐标。正因为实际上不可能进行无穷多次测量，因此测量中是可望而不可得的。基本统计学术语及其概念3.概率分布的特征参数按计量学定义得到：①进行无穷多次测量时，测得值与其期望值之差为测量的随机误差。②测量值的期望值与真值之差是测量的系统误差。③真值是被测量的定义值。④由此可见，虽然真值、期望值和误差都是客观存在，但是，都是理想条件下的概念，因为不可能进行无穷多次测量，并且真值未知，也就不可能准确得到测量误差有多大。⑤测量不可能没有误差，因此不可能通过测量获得真值。基本统计学术语及其概念3.概率分布的特征参数b)方差（Variance）（随机变量或概率分布的）方差用符号表示。221()limniinxn2基本统计学术语及其概念3.概率分布的特征参数b)方差（Variance）测量值与期望值之差是随机误差，用δ表示，方差就是随机误差平方的期望值。测量值X的方差还可写成V(X)，是随机变量X的每一个可能值对其期望E(X)的偏差的平方的期望。也就是测量的随机误差平方的期望。iix22(){()}VXEEEX基本统计学术语及其概念3.概率分布的特征参数b)方差（Variance）已知测量值的概率密度函数时，方差可表示为：当期望值为零时，方差可表示为：方差说明了随机误差的大小和测量值的分散程度。但由于方差的量纲是单位的平方，使用不方便、不直观，因此引出了标准偏差这个术语。22xpxdx22xpxdx基本统计学术语及其概念3.概率分布的特征参数c)标准偏差（standarddeviation）（概率分布或随机变量的）标准偏差是方差的正平方根值，用符号表示。又可称标准差。21()limniinxn基本统计学术语及其概念3.概率分布的特征参数和对正态分布曲线的影响。影响分布曲线的位置。影响曲线的形状，表明测量值的分散性。基本统计学术语及其概念3.概率分布的特征参数c)标准偏差（standarddeviation）标准偏差是表明测量值分散性的参数，小表明测量值比较集中，大表明测量值比较分散。所以，实际工作中，用标准偏差表示测量值的分散性。期望和方差是表征概率分布的两个特征参数。由于