計量建標中相關(guān)不確定度概念的探討

摘要：本文旨在深入探討計量建標過程中相關(guān)不確定度的概念及其對計量標準準確性的影響。通過分析不確定度的來源、分類以及評估方法，揭示了不確定度在計量建標中的核心地位，并提出了優(yōu)化不確定度管理的策略，以提高計量標準的可靠性和一致性。

關(guān)鍵詞：計量建標；不確定度；評估

中圖分類號：TB9文獻標志碼：ADOI編碼：10.3969/j.issn.1674-4977.2025.01.068

1計量建標中相關(guān)不確定度概念的重要性

1.1研究背景與意義

隨著現(xiàn)代社會的快速發(fā)展和科技的不斷進步，計量建標已成為現(xiàn)代工業(yè)體系中不可或缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在航空航天、能源環(huán)保、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域，精確且可靠的測量技術(shù)發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。測量不確定度評定作為現(xiàn)代測量學(xué)的核心內(nèi)容，對保證測量結(jié)果的準確性、提升測量系統(tǒng)的可靠性具有重要意義。

1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

目前，國內(nèi)外在計量建標中相關(guān)不確定度領(lǐng)域的研究已經(jīng)積累了豐富的成果和實踐經(jīng)驗。在理論研究方面，學(xué)者們通過深入剖析相關(guān)不確定度的產(chǎn)生機制和影響因素，提出了一系列有效的評估方法和計算模型；在實踐應(yīng)用方面，相關(guān)不確定度的概念和評估方法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各種測量領(lǐng)域中，并取得了顯著的效果。

未來國內(nèi)外關(guān)于計量建標中的不確定度研究將呈現(xiàn)出以下趨勢：一是更加注重理論與實踐相結(jié)合，不斷完善和優(yōu)化相關(guān)不確定度的評估方法和計算模型；二是更加注重跨學(xué)科合作與交流，促進相關(guān)不確定度的研究與其他學(xué)科融合發(fā)展；三是更加注重創(chuàng)新驅(qū)動與技術(shù)引領(lǐng)，積極探索新的測量技術(shù)和方法，以應(yīng)對日益復(fù)雜和多樣化的應(yīng)用需求。

2不確定度的基本概念

2.1不確定度的定義

不確定度是對測量結(jié)果的定量描述，它反映了測量值在一定置信水平下的波動范圍。這個范圍并不是隨機的，而是基于一系列的測量數(shù)據(jù)和統(tǒng)計分析得出的。不確定度的存在意味著任何測量結(jié)果都不是完全精確的，而是存在一定誤差的。這種誤差可能來源于測量設(shè)備的精度限制、測量方法的不完善、環(huán)境因素的影響等方面。

2.2不確定度的分類

根據(jù)來源和性質(zhì)的不同，不確定度可以分為兩大類：系統(tǒng)不確定度和隨機不確定度。系統(tǒng)不確定度是由測量系統(tǒng)本身的缺陷或測量方法的不足引起的，它在重復(fù)測量中保持不變。例如，測量儀器的示值偏差、測量環(huán)境的穩(wěn)定性差等都屬于系統(tǒng)不確定度的范疇。隨機不確定度則是由測量過程中的隨機因素引起的，它在重復(fù)測量中呈現(xiàn)出隨機分布的特性。例如，操作者的測量技巧差異或環(huán)境溫度的微小波動等都會導(dǎo)致隨機不確定度的產(chǎn)生。

2.3不確定度的表示方法

不確定度的表示方法通常采用數(shù)學(xué)符號和文字說明相結(jié)合的方式。其中，最常用的是A類標準不確定度和B類標準不確定度。A類標準不確定度是通過對一系列相同條件下的量值進行統(tǒng)計分析得出的，它反映了測量數(shù)據(jù)的離散程度。B類標準不確定度則是基于經(jīng)驗或其他科學(xué)依據(jù)得出的，它通常用于描述那些難以通過直接測量獲得的不確定度。在實際應(yīng)用中，需要將A類和B類標準不確定度合成，以得到總的擴展不確定度。此外，為了更直觀地展示不確定度的大小，還可以采用圖形化的方式，如誤差棒圖、概率密度函數(shù)圖等。

3計量建標中不確定度的來源

3.1測量設(shè)備與方法的不確定度

在進行測量時，我們所使用的設(shè)備和方法本身就存在一定的誤差和不確定性。這些誤差和不確定性可能來自設(shè)備的精度、分辨力、穩(wěn)定性等方面，也可能來自測量方法的不完善、不準確性等方面。例如，在使用天平進行測量時，天平的精度和分辨力會影響測量結(jié)果的準確性。如果天平的精度不夠高，或者分辨力不夠精細，那么可能導(dǎo)致測量結(jié)果的誤差較大。

此外，測量方法的不完善也可能會導(dǎo)致測量結(jié)果的不確定性增加。例如，在進行長度測量時，如果測量方法不正確，或者測量工具使用不當，那么就可能導(dǎo)致測量結(jié)果的誤差較大。

3.2被測量對象本身的不確定度

被測量對象本身的不確定性可能來自被測量對象的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、生物學(xué)性質(zhì)等方面。例如，在進行溫度測量時，由于溫度作為一個連續(xù)變化的物理量，其動態(tài)變化特性本身就會引入測量不確定度。

此外，被測量對象的分布和變化也可能會導(dǎo)致測量結(jié)果的不確定性增加。例如，在進行抽樣檢驗時，如果樣本的分布不均勻或者樣本的變化較大，那么就可能會導(dǎo)致測量結(jié)果的誤差較大。

3.3環(huán)境因素的不確定度

環(huán)境因素的不確定性可能來自環(huán)境溫度、濕度、氣壓、電磁場等方面，也可能來自環(huán)境的變化、干擾等方面。例如，在進行長度測量時，環(huán)境溫度的變化可能會導(dǎo)致測量結(jié)果的誤差較大。這是因為物體的長度會隨著溫度的變化而發(fā)生變化。

此外，環(huán)境的干擾也可能會導(dǎo)致測量結(jié)果的不確定性增加。例如，在進行電學(xué)測量時，電磁場的干擾可能會導(dǎo)致測量結(jié)果的誤差較大。

3.4人為因素的不確定度

人為因素的不確定性可能來自操作人員的技能水平、經(jīng)驗、態(tài)度等方面，也可能來自操作人員的疏忽、失誤等方面。例如，在進行測量時，操作人員的技能水平和經(jīng)驗會影響測量結(jié)果的準確性。如果操作人員的技能水平不夠高，或者經(jīng)驗不足，那么就可能會導(dǎo)致測量結(jié)果的誤差較大。

此外，操作人員的疏忽和失誤也可能會導(dǎo)致測量結(jié)果的不確定性增加。例如，在進行讀數(shù)時，如果操作人員讀錯了數(shù)字，那么就可能會導(dǎo)致測量結(jié)果的誤差較大。

4不確定度的評估方法

4.1A類不確定度的評估

A類不確定度是基于統(tǒng)計分析的測量不確定度。它通常來源于直接測量的多次測量值之間的差異。在評估A類不確定度時，首先需要進行多次獨立的測量，并記錄下每個測量值；其次利用這些測量值計算出樣本的平均值、標準偏差等統(tǒng)計量，這些統(tǒng)計量能夠反映出測量結(jié)果的分散程度和集中趨勢；最后根據(jù)統(tǒng)計量的分布特征，采用適當?shù)臄?shù)學(xué)模型和公式，計算出A類不確定度的大小。A類不確定度是一種相對客觀的不確定度評估方法，它能夠較好地反映出測量過程中隨機誤差的影響。

4.2B類不確定度的評估

與A類不確定度不同，B類不確定度不是基于統(tǒng)計分析得出的，而是根據(jù)經(jīng)驗或其他信息來源對測量不確定度進行估計。B類不確定度可能來源于多種因素，如儀器的精度、環(huán)境條件的變化、測量方法的不完善等。在評估B類不確定度時，首先需要識別出所有可能影響測量結(jié)果的因素，并對其進行定性和定量的分析；其次根據(jù)已有的經(jīng)驗數(shù)據(jù)、制造商提供的技術(shù)規(guī)格、相關(guān)標準和規(guī)范等信息，對每個因素的不確定度貢獻進行估計；最后將各個因素的不確定度進行合成，得到總的B類不確定度。

4.3合成不確定度的計算

合成不確定度是指由A類不確定度和B類不確定度共同構(gòu)成的總不確定度。在計算合成不確定度時，首先需要將A類不確定度和B類不確定度轉(zhuǎn)換為同一單位和量級，以便進行比較和合成，然后再根據(jù)不確定度的性質(zhì)和相互關(guān)系，選擇合適的合成方法進行計算。常用的合成方法包括均方根法、代數(shù)和法等。

5不確定度管理在計量建標中的應(yīng)用

5.1不確定度管理的原則與方法

不確定度管理遵循客觀性、系統(tǒng)性和動態(tài)性的原則。客觀性要求在評估不確定度時，必須基于實際測量數(shù)據(jù)和科學(xué)理論，避免主觀臆斷。系統(tǒng)性則要求建立完善的不確定度評估體系，將所有可能的不確定因素納入考慮范圍。動態(tài)性更多地強調(diào)隨著測量條件和環(huán)境的變化，不確定度也需要及時更新和調(diào)整。

在方法上，不確定度管理通常采用以數(shù)學(xué)統(tǒng)計和概率理論為基礎(chǔ)的評估方法。通過對大量測量數(shù)據(jù)的分析和處理，可以計算出各種不確定因素對測量結(jié)果的貢獻度，進而得到總的不確定度估計值。此外，還可以利用先進的模擬技術(shù)和計算機軟件，對不確定度進行更精確的預(yù)測和控制。

5.2不確定度管理在計量建標中的實踐案例

以某國家級計量院開展的長度計量建標工作為例。在該項目中，科研人員首先對所使用的測量儀器進行了全面的性能測試，以確保其測量精度滿足要求。然后，他們針對不同的測量環(huán)境和條件，設(shè)計了多組實驗方案，并采集了大量的測量數(shù)據(jù)，再利用專業(yè)的統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行深入分析和處理。他們發(fā)現(xiàn)，除了測量儀器本身的不確定性外，環(huán)境溫度、濕度以及操作者的技能等因素也對測量結(jié)果產(chǎn)生了顯著影響。他們根據(jù)這些影響因素的大小和分布特性計算出了總的不確定度估計值。

5.3不確定度管理對計量標準的影響

首先，它有助于提高計量標準的準確性和一致性。通過全面評估和有效控制各種不確定因素，可以得到更加準確和可靠的測量結(jié)果，從而確保計量標準的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。其次，不確定度管理有助于推動計量技術(shù)的創(chuàng)新和發(fā)展。在評估不確定度的過程中，往往會發(fā)現(xiàn)一些新的測量原理和方法。這些不僅可以改進現(xiàn)有測量技術(shù)，還可以為開發(fā)新型測量儀器和傳感器提供有力的支持。

6結(jié)束語

本文通過對計量建標中相關(guān)不確定度概念的深入探討，闡述了不確定度來源和評估方法，為優(yōu)化不確定度管理提供了理論支持和實踐指導(dǎo)。

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作者簡介

曾佳，女，1983年出生，一級注冊計量師，學(xué)士，研究方向為計量。

（編輯：李加鵬，收稿日期：2024-06-19）