七步法计算测量不确定度：第三步

Posted 2022-01-15 zhuo木鸟

文章目录

• 第三步：量化不确定度分量的幅值
• • 如何量化不确定度
  • • 信息和数据收集
    • 评估和选择正确数据
    • 分析数据
    • 量化不确定度分量
  • 不确定度来源
  • • 重复性
    • 复现性
    • 稳定性
    • 偏移
    • 漂移
    • 分辨力
    • 参考标准的不确定度
    • 参考标准的稳定性
    • 其他显著因素

第三步：量化不确定度分量的幅值

在计算不确定度之前，首先需要决定影响因素的幅值。为了实现这一点，你可能需要进行数据规约（data reduction）和分析。

如何量化不确定度

为了量化不确定的度，你需要进行如下步骤：

1. 信息和数据收集；
2. 评估并选择正确数据；
3. 分析数据；
4. 量化不确定度分量。

信息和数据收集

首先需要收集与不确定度分析相关的数据和信息，大多数信息可从第二步找出。

查阅如下清单，并收集相关材料，你将需要这些材料来量化不确定度：

1. 前 3 次的计量证书；
2. 重复性和复现性研究；
3. 方法和程序；
4. 试验结果；
5. 厂商手册和说明文件；
6. 技术文档和指南；
7. 出版文献，研究材料期刊文章等。

使用上述项目，或可评估每个来源对不确定度的影响大小。如果你需要帮助，请咨询作者提供额外指导或聘请他帮你分析数据。

评估和选择正确数据

接下来，你需要评估你手头上拥有的信息，并准备好数据以便估计不确定度。你需要找到和所进行的不确定度分析相关的数据，并移除与之无关的所有其他东西。

所需信息和数据应包括：

1. 测量函数；
2. 测量范围；
3. 测试点

分析数据

采用合适的分析方法，分析你所拥有的数据，并评估每个不确定度分量的幅值。分析数据的方法有很多，从中挑选最合适的即可。

如果在分析数据上需要帮助，可以参考一些高质量的统计相关教科书，或查找 NIST 工程统计手册。你也可以查找笔者的其他有关量化不确定度来源的指南。

量化不确定度分量

使用你的结果来量化每一个不确定度分量，并填写你的不确定度清单，如下所示：

将不确定度测量单位直接添加到不确定度清单中：

也可以将不确定度测量单位和灵敏系数添加到不确定度清单中：

方法多变，可不必拘泥，只要确保你能够解释数据从何而来，以及你是怎么评估的就行了。个人的建议是在你的不确定度清单中添加足够的信息备注，这将会帮助你记住，你是如何做到的以及为什么这么做。

不确定度来源

下面列出的清单中，是每一个不确定度评估过程都应该包含的不确定度分量。许多影响因素是 A2LA R205 文档 的第六节中要求的¹。当然，这个要求并不具有普适性。而笔者喜欢它们给出的不确定度影响因素最小要求清单，并决定在所有的不确定度分析中使用它们。

此外，笔者更倾向于在不确定度清单中，加入更多的显著影响不确定度的来源。这些额外的来源一般有：长期稳定性，偏移，漂移等。

下面是笔者认为的，每一个不确定度清单中需要包含的不确定度来源：

1. 重复性；
2. 复现性；
3. 稳定性；
4. 偏移；
5. 漂移；
6. 分辨力；
7. 参考标准的不确定度；
8. 参考标准的稳定性；
9. 其他显著影响因素。

重复性

重复性用于评估相似条件下测量过程的差异程度。

重复性计算²：

根据如下指示计算重复性：

1. 重复测量 n 次；
2. 记录每一次测量的结果；
3. 计算标准差。

复现性

复现性用于评估不同条件下测试过程的差异性。

如何计算复现性

根据如下指示计算复现性：

1. 执行重复测试；
2. 计算测试结果的均值；
3. 改变条件并重复进行测试；
4. 计算测试结果均值；
5. 计算测试均值的标准差。

稳定性

稳定性是对测量过程随时间因素变化的估计。

如何计算稳定性

根据如下指示计算稳定性：

1. 回顾最近 3 年的计量报告；
2. 记录每一份计量报告中的计量结果；
3. 求取计量结果的标准差。

偏移

偏移是对测量过程中系统误差的评估。

如何计算偏移

根据如下指示计算偏移：

1. 回顾最近的计量报告；
2. 找到计量报告中的测量结果 (UUT)；
3. 找出标称值或标准值（STD)；
4. 计算两者的差值。

漂移

漂移是估计测量过程或系统中，随时间的系统变化。

如何计算漂移

根据如下指示计算偏移：

1. 回顾前 3 次的计量报告；
2. 从计量报告中，记录每一次的结果；
3. 记录计量活动发生日期；
4. 计算日平均漂移率；
5. 将日平均漂移率乘以时间跨度（单位：天）得出漂移；

分辨力

分辨力是测量过程和系统中最小的观测变化示值。

如何计算分辨力

根据如下指示找出分辨力:

1. 观察你的测量系统和设备；
2. 找出最小的有效数位；
3. 观察最小的增量变化大小。

参考标准的不确定度

参考标准的不确定度是与测量过程中使用的计量设备、或参考物质有关的可溯性不确定度。

如何计算参考标准的不确定度

根据如下指示找出参考标准的不确定度：

1. 回顾最新的计量报告；
2. 找出报告中测量不确定度的估计值。

参考标准的稳定性

参考标准的稳定性是参考标准随时间变化的估计。

如何计算参考标准的稳定性

根据如下指示计算参考标准的稳定性：

1. 回顾最近 3 份计量报告；
2. 记录每份计量报告的不确定度估计值；
3. 计算标准偏差。

其他显著因素

确保包含任何其他对测量不确定度有显著影响的因素。若其地不确定度的影响占合成不确定度的 5 % 或更多，则可以认为是显著因素。

阅读如下指南，以了解更多有关不确定度来源和量化方法：

• 8 大必须考虑的不确定度来源
• 线性度不确定度
• 迟滞性不确定度
• 热膨胀导致的不确定度

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1. 译者本人在 A2LA R205 文档的第 6 小节中，并没有找到不确定度分量清单。 ↩︎

2. 译者注：不建议按照书中的指示去计算，应该按照 ISO 5725 系列标准进行计算，复现性亦同 ↩︎