論計(jì)量檢測(cè)中測(cè)量不確定度與誤差的不同

張紅欣

滄州市計(jì)量測(cè)試所 河北滄州 061001

測(cè)量不確定度的概念是誤差理論的應(yīng)用與拓展，而誤差分析依然是測(cè)量不確定度評(píng)估的理論基礎(chǔ)。測(cè)量不確定度與誤差二者之間概念上的差異，事關(guān)測(cè)量結(jié)果的可靠性和溯源性，明確二者之間的概念，事關(guān)到測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的優(yōu)劣。

1 概念上的差異

首先，我們先來看看二者之間在概念上的差異，先了解測(cè)量不確定度，它是表征被測(cè)量的真值所處量值范圍的評(píng)定。它按某一置信概率給出真值可能落入的區(qū)間。測(cè)量不確定度可以是標(biāo)準(zhǔn)差或其倍數(shù)，或是說明了置信水準(zhǔn)的區(qū)間的半寬。測(cè)量不確定度不是具體的真誤差，它只是以參數(shù)形式定量表示了無法修正的那部分誤差范圍。它來源于偶然效應(yīng)和系統(tǒng)效應(yīng)的不完善修正，是用于表征合理賦予的被測(cè)量值的分散性參數(shù)[1]。

測(cè)量不確定度按其獲得方法分為A、B兩類評(píng)定分量。A類評(píng)定分量是通過觀測(cè)列統(tǒng)計(jì)分析作出的不確定度評(píng)定；B類評(píng)定分量是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)或洞察力進(jìn)行估計(jì)，并假定存在近似的“標(biāo)準(zhǔn)偏差”所表征的不確定度分量。

再來看看誤差，所謂誤差，在多數(shù)情況下是指測(cè)量誤差，它的傳統(tǒng)定義是測(cè)量結(jié)果與被測(cè)量真值之差。誤差是客觀存在的，它應(yīng)該是一個(gè)確定的值，但由于在絕大多數(shù)的情況下，真值是不知道的，所以真誤差也無法準(zhǔn)確知道。我們只是在特定的條件下尋求最佳的真值近似值，并稱之為約定真值。根據(jù)誤差的不同特性，通常可分為兩類：系統(tǒng)誤差和偶然誤差。

2 多方面的區(qū)別

通過對(duì)測(cè)量不確定度與誤差概念的理解，我們可以看出測(cè)量不確定度與測(cè)量誤差主要有以下幾方面區(qū)別：

一是二者評(píng)定目的不同。測(cè)量不確定度是對(duì)影響產(chǎn)生誤差的分散性的估計(jì)，為的是表明被測(cè)量值的分散性；測(cè)量誤差為測(cè)量結(jié)果與其真值之差，為的是表明測(cè)量結(jié)果偏離真值的程度。

二是二者影響因素不同。測(cè)量不確定度由人們經(jīng)過分析和評(píng)定得到，因而與人們對(duì)被測(cè)量、影響量及測(cè)量過程的認(rèn)識(shí)有關(guān)；測(cè)量誤差是客觀存在的，不受外界因素的影響，不以人的認(rèn)識(shí)程度而改變。因此，在進(jìn)行不確定度分析時(shí)，應(yīng)充分考慮各種影響因素，并對(duì)不確定度的評(píng)定加以驗(yàn)證。否則由于分析估計(jì)不足，可能在測(cè)量結(jié)果非常接近真值(即誤差很小)的情況下評(píng)定得到的不確定度卻較大，也可能在測(cè)量誤差實(shí)際上較大的情況下，給出的不確定度卻偏小。

三是二者按性質(zhì)區(qū)分上不同。測(cè)量不確定度分量評(píng)定時(shí)一般不必區(qū)分其性質(zhì)，若需要區(qū)分時(shí)應(yīng)表述為：“由隨機(jī)效應(yīng)引入的不確定度分量”和“由系統(tǒng)效應(yīng)引入的不確定度分量”；測(cè)量誤差按性質(zhì)可分為隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差兩類，按定義隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差都是無窮多次測(cè)量情況下的理想概念。

四是二者對(duì)測(cè)量結(jié)果修正的不同?！安淮_定度”一詞本身隱含為一種可估計(jì)的值，它不是指具體的、確切的誤差值，雖可估計(jì)，但卻不能用以修正量值，只可在已修正測(cè)量結(jié)果的不確定度中考慮修正不完善而引入的不確定度；而系統(tǒng)誤差的估計(jì)值如果已知?jiǎng)t可以對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行修正，得到已修正的測(cè)量結(jié)果。一個(gè)量值經(jīng)修正后，可能會(huì)更靠近真值，但其不確定度不但不減小，有時(shí)反而會(huì)更大。這主要還是因?yàn)槲覀儾荒艽_切的知道真值為多少，僅能對(duì)測(cè)量結(jié)果靠近或離開真值的程度進(jìn)行估計(jì)而已。

五是二者評(píng)定結(jié)果不同。測(cè)量不確定度是無符號(hào)的參數(shù)，用標(biāo)準(zhǔn)差或標(biāo)準(zhǔn)差的倍數(shù)或置信區(qū)間的半寬表示，由人們根據(jù)實(shí)驗(yàn)、資料、經(jīng)驗(yàn)等信息進(jìn)行評(píng)定，可以通過A、B兩類評(píng)定方法定量確定；測(cè)量誤差是有正號(hào)或負(fù)號(hào)的量值，其值為測(cè)量結(jié)果減去被測(cè)量的真值，由于真值未知，往往不能準(zhǔn)確得到，當(dāng)用約定真值代替真值時(shí)，只可得到其估計(jì)值[2]。

3 應(yīng)用上的不同

我們可以看出測(cè)量不確定度與誤差有著以上種種不同，但它們?nèi)源嬖谥芮械穆?lián)系。不確定度的概念是誤差理論的應(yīng)用和拓展，而誤差分析依然是測(cè)量不確定度評(píng)估的理論基礎(chǔ)，在估計(jì)B類分量時(shí)，更是離不開誤差分析[3]。

例如：測(cè)量?jī)x器的特性可以用最大允許誤差、示值誤差等術(shù)語描述。在技術(shù)規(guī)范、規(guī)程中規(guī)定的測(cè)量?jī)x器允許誤差的極限值，稱為“最大允許誤差”或“允許誤差限”。它是制造廠對(duì)某種型號(hào)儀器所規(guī)定的示值誤差的允許范圍，而不是某一臺(tái)儀器實(shí)際存在的誤差。測(cè)量?jī)x器的最大允許誤差可在儀器說明書中查到，用數(shù)值表示時(shí)有正負(fù)號(hào)，通常用絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差、引用誤差或它們的組合形式表示。例如土0.1PV，土1%等。測(cè)量?jī)x器的最大允許誤差不是測(cè)量不確定度，但可以作為測(cè)量不確定度評(píng)定的依據(jù)。測(cè)量結(jié)果中由測(cè)量?jī)x器引入的不確定度可根據(jù)該儀器的最大允許誤差按B類評(píng)定方法評(píng)定。又如測(cè)量?jī)x器的示值與對(duì)應(yīng)輸入量的約定真值之差，為測(cè)量?jī)x器的示值誤差。對(duì)于實(shí)物量具，示值就是其標(biāo)稱值。通常用高一等級(jí)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)所提供的或復(fù)現(xiàn)的量值，作為約定真值(常稱校準(zhǔn)值或標(biāo)準(zhǔn)值)。在檢定工作中，當(dāng)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)給出的標(biāo)準(zhǔn)值的擴(kuò)展不確定度為被檢儀器最大允許誤差的1／3-1／10時(shí)，且被檢儀器的示值誤差在規(guī)定的最大允許誤差內(nèi)，則可判為合格。