不确定度系列1测量不确定度的诞生

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早在年前,就有了误差的概念。即在给出测量结果的同时,也给出了正负误差限。

在漫长的历史中,误差理论深入骨髓,人们说到测量准不准,最先想到的就是误差大不大,误差小就是准,误差大就是不准。

在测量仪器的溯源(检定或校准)中,经常会得到示值误差,这里的示值误差很多情况就是低等级测量仪器和高等级测量仪器测量同一被测量得到的测量结果的差值。这是误差理论的典型应用。

在久远历史(我还没出生)的误差表示中,或者不严谨的仪器说明书中,说误差为±1℃,其实这里不是误差的定义,表达的是最大允许误差。体温计测得值为36℃,说明书表明误差为±1℃,如果体温计未经校准,那实际的体温在35℃~37℃范围内,是多少无法确定。如果体温计经过校准,体温计A在36℃的示值误差为0.5℃,则实际体温为35.5摄氏度;体温计B在36℃的示值误差为-0.7℃,则实际体温为36.7摄氏度。

然而,误差理论中有两个致命的问题一直得不到解决:

测量都能得到测量结果,但是测量结果准不准有时候无法判断,因为我们永远不知道真值是多少,因此误差(测量结果减去被测量的真值)理论上根本无法得到。常规的测量一般都是通过一种方法得到,然后去应用,不存在另一种更准确的测量方法得到更加准确的值(约定真值),误差的估计值也无从得到。大部分的测量都是间接测量,中间有许多误差分量,在每个分量中既存在系统误差,也存在随机误差。在误差的合成中,首先要将所有的随机误差引入的标准偏差按照方和根乘以一个倍数得到总的随机误差,然后将系统误差限按照方和根合成为总的系统误差。然而总的随机误差和总的系统误差如何合成,没有统一的定论,有的采用代数相加的方法(得到最大的误差),有的通过方和根合成,有的干脆不合成(分开表述)。

年,第一次提出不确定度的概念,源于英文“uncertainty”,意思是不确定,可以定量表示测量结果的不确定程度。

经过多年的使用和进化,年,七个国际组织(国际计量局BIPM、国际法制计量组织OIML、国际标准化组织ISO、国际电工委员会IEC、国际理论和应用物理联合会IUPAP、国际理论和应用化学联合会IUPAC、国际临床化学联合会FCC)联合发布了《测量不确定度表示指南》,简称GUM。国际实验室认可合作组织ILAC也接受了GUM,在检测和校准实验室推行GUM。

GUM规定了测量不确定度的术语、评定方法和报告方式,为全世界表示测量结果提供了统一的标尺。

今天,我们已经坚定地认为,只要有测量结果必然要有不确定度,先不论不确定度对于测量结果的补充意义到底有多大,但一个实验室如果连不确定度都不会评,实验室的能力是堪忧的。

结语:不确定度理论源于误差理论,但解决了误差理论无法解决的问题。

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