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本文讨论中,略去包含概率的不同,一律取包含概率99%. 重点在于理解概念的物理意义。
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(一)与MPEV等价的不确定度U1
A 经典误差理论的准确度,指测量结果的误差范围,就是误差元绝对值的一定概率意义上的最大可能值。又名极限误差、最大允许误差(MPEV)、准确度等级。测量结果为:
L = M ± R (1)
L是被测量值,M是测得值,R是误差范围。公式(1)的物理意义是:
被测量L的量值(真值),在以测得值M为中心、以误差范围为半宽的区间[M-R,M+R]中。被测量的表征值是M(通常取示值的平均值)。被测量的真值可能比M小,但不会小于M-R;被测量的真值也可能比M大,但不会大于M+R。
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B1 GUM 6.2 扩展不确定度
测量结果可方便地表示为
Y = y ± U (2)
(2)式中的Y相当于(1)式中的L,y相当于M,则扩展不确定度U就是误差范围R。
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对GUM的公式(2),老史的解读是:
Y是被测量的量值,y称为最佳估计值,实际就是示值的平均值。U是扩展不确定度。公式(2)的物理意义是:
被测量Y的实际值(真值),在以最佳估计值(平均值)y为中心、以不确定度U为半宽的区间[y-U,y+U]中。被测量的表征值是y(通常取示值的平均值)。被测量的真值可能比y小,但不会小于y-U;被测量的真值也可能比y大,但不会大于y+U。
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B2 求不确定度的GUM法
仪器误差范围MPEV除以根号3得标准不确定度,合成计算后,再乘以根号3(此项为主时),得扩展不确定度U。这个不确定度U,显然等于MPEV。
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由B1、B2知:扩展不确定度与误差范围(MPEV),物理意义相同。
这是第一种不确定度,记为U1,等同于MPEV.
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(二)测定系统误差时的不确定度U2
修正值等于系统误差的反号。为给出修正值,校准中必须准确测定系统误差。测定系统误差的误差由三部分构成:计量标准的误差范围R标,被检仪器的随机误差和被检仪器的分辨力。采用多次测量,随机误差范围是3σ平。测定系统误差的误差范围是:
Rβ =√[(3σ平)2 + R标2 +分辨力误差2] (3)
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当前,校准工作中所给出的不确定度U2,包含内容与(3)相同。可见,U2就是Rβ;但此前,其物理意义是不明确的。这是史锦顺2016年才辨别清楚的。它不是上级计量机构的不确定度,也不是修正前的仪器的不确定度,也不是修正后的仪器的不确定度。而是确定系统误差时的不确定度(即确定系统误差时的误差范围)。
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(三)合格性判别中的不确定度U3
3A
检定中的合格性判别(包括校准中的合格性判别),误差理论的表达式为:
|Δ|max ≤ MPEV – R标 (4)
式中,|Δ|max是视在误差的最大值,R标是计量标准的误差范围。
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3B
《JJF1094-2002》给出的判别式为
|Δ| ≤ MPEV – U (5)
(4)(5)对比,不确定度U就是标准的误差范围R标。
在不确定度理论的指导下,当前的待定区半宽取U2(即公式(3),应该是R标),是错误的,夸大了待定区的宽度。
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吴下阿蒙先生所述的远小于MPEV的不确定度大概是这个U3。(可能算成U2,那是不对的。)
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(四)小结
常用的不确定度有:
1)U1←→MPEV
U1用于测量结果表达,是量值存在区间的半宽,相当于MPEV。也是仪器不确定度(在正常使用的条件下,测量仪器的误差范围等于测得值的误差范围。环境等的影响,已包含在仪器误差指标中)。
2)U2←→Rβ
U2是测定系统误差时的误差范围。用以判别该不该修正。修正后,替换原系统误差。
3)U3←→R标
U3是计量中,计量标准的误差范围。用于合格性判别,是待定区半宽。
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推行不确定度二十三年了,应该明白:不确定度就是误差范围。只是对“不确定度”一词,缺少必不可少的限制词,于是出现大量用语的混淆。这是不确定度理论本身的弊病,被忽悠的是广大用户。
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