什么是計(jì)量測量的不確定度_影響測量不確定度的因素及案例解析

測量是科學(xué)技術(shù)、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 、國內(nèi)外貿(mào)易以致日常生活各個(gè)領(lǐng)域中不可缺的一項(xiàng)工作。測量的目的是確定被測量的值并獲取測量結(jié)果。測量結(jié)果的質(zhì)量往 往會(huì)直接影響國家和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益，測量結(jié)果的質(zhì)量也是科學(xué)實(shí)驗(yàn)成敗的重 要因素之一 。因此在報(bào)告測量結(jié)果時(shí)，必須對其質(zhì)量給出定量的說明 。以確定 測量結(jié)果的可信程度 。

流量計(jì)的流量測量

測量不確定度，是近年來對測量結(jié)果的誤差表述。大家知道，任何測量都不可能絕對準(zhǔn)確，都必然有誤差，而誤差也不可能準(zhǔn)確知道。因此測量不確定度是對被測量的真值所處范圍的評定結(jié)果，所以在進(jìn)行測量的說明和使用測量結(jié)果時(shí)，都必須考慮測量不確定度。

測量不確定度

根據(jù)國家計(jì)量技術(shù)規(guī)范：JJF1059-2012《測量不確定度評定與表示》中定義是：“表征合理地賦予被測量之值的分散性，與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)”。

此參數(shù)可以是諸如標(biāo)準(zhǔn)偏差，或其倍數(shù)，或說明了置信水平的區(qū)間的半寬度。

測量不確定度由多個(gè)分量組成。其中一些分量可用測量列結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析估算，并用實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差表征。另一些分量則可用基于經(jīng)驗(yàn)或其它信息的假定概率分布估算，也可用標(biāo)準(zhǔn)偏差表征。

測量結(jié)果應(yīng)理解為被測量之值的最佳估計(jì)，而所有的不確定度分量均貢獻(xiàn)給了分散性，包括那些由系統(tǒng)效應(yīng)引起的（如與修正值和參考標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)的）分量。

這就是說，測量不確定度是一個(gè)估計(jì)值，用它來表征被測量真值所處的量值范圍。換言之，它表示測量結(jié)果附近的一個(gè)范圍或區(qū)間，而被測量真值以一定的概率落于其中。所以，它是對測量結(jié)果質(zhì)量優(yōu)劣的一種評定：測量結(jié)果愈接近真值，其質(zhì)量愈高，則測量不確定度愈小，反之，測量結(jié)果愈遠(yuǎn)離真值，其質(zhì)量愈低，則測量不確定度愈大。

從計(jì)量學(xué)的觀點(diǎn)看，一切測量結(jié)果不但要附有計(jì)量單位，而且還必須附有測量不確定度，才算是完整的測量報(bào)告，沒有單位的數(shù)據(jù)不能表征被測量的大小，沒有不確定度的測量結(jié)果不能判定測量技術(shù)的水平和測量結(jié)果的質(zhì)量，從而失去或減弱測量結(jié)果的可比性。

測量不確定度與測量誤差的關(guān)系

“測量不確定度”是合理地表征被測量分散程度的一個(gè)參數(shù)。它與誤差緊密相連但卻有區(qū)別：

測量誤差定義為測量結(jié)果與其真值之差，這是一個(gè)理想化的概念，因它的真值常常不能確切地知道，假如知道它的修正值（或更精確的近似值），則可修正該測量結(jié)果，使其更接近真值。

測量不確定度是對影響產(chǎn)生誤差的分散性的估計(jì)，即它是用以表示測量結(jié)果分散區(qū)間的量值，也就是描述未定誤差特征的量值，是可以用估計(jì)方法求出的?！安淮_定度”不是指具體的、確切的誤差值，雖可估計(jì)出，但卻不能用于修正量值。

測量誤差與測量不確定度的主要區(qū)別

不確定度相關(guān)聯(lián)詞的定義

標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

用標(biāo)準(zhǔn)偏差表示的測量結(jié)果的不確定度，稱為標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

按照估計(jì)方法的不同，它可分為兩類：用統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算者，稱為A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度，或稱為標(biāo)準(zhǔn)不確定度的A類估算法；不同于A類的其它方法計(jì)算者，稱為B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度，或稱為標(biāo)準(zhǔn)不確定度的B類估算法。

將標(biāo)準(zhǔn)不確定度區(qū)分為A類和B類的目的，只說明計(jì)算方法的不同，以便于研究，并非表明兩種方法得到的分量在本質(zhì)上存在差異，兩種方法均基于概率分布。

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

根據(jù)其它一些量值的測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度求出被測結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，它等于各項(xiàng)分量標(biāo)準(zhǔn)不確定度的平方和的正平方根，即通常所說的方和根。

擴(kuò)展不確定度，又稱總不確定度：

是指定義測量結(jié)果區(qū)間的有關(guān)量，即被測量的值以某一可能性（即置信水平）落入該區(qū)間中。擴(kuò)展不確定度一般是該區(qū)間的半寬，我們過去常說誤差界限與此類似。

覆蓋因子：

為獲得控制不確定度，作為合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度乘數(shù)的數(shù)字因子。亦可以說，它是擴(kuò)展不確定度與合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的比值，過去用3σ表示極限誤差，其中的“3”有些類似于覆蓋因子。

測量不確定度的分類

1、按測量不確定度的表示方法分為：

標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

擴(kuò)展不確定度。

2、用統(tǒng)計(jì)方法評定的不確定度分量和用其它方法評定的不確定度分量，將不確定度分為：

A類不確定度；B類不確定度。

A類、B類不確定度計(jì)算方法都基于概率分布，用統(tǒng)計(jì)方法或用其它方法得到的不確定度分量都可用標(biāo)準(zhǔn)偏差或方差定量表示。

在實(shí)際應(yīng)用中，不應(yīng)將不確定分量分為“隨機(jī)不確定度”和“系統(tǒng)不確定度”。不確定度的這種分類是含糊的，應(yīng)盡量避免。在一次測量中不確定度的“隨機(jī)分量”或“隨機(jī)不確定度”在第一次測量結(jié)果中作為輸入數(shù)據(jù)使用，而在另一次測量中可能成為不確定度的“系統(tǒng)”分量，得出“系統(tǒng)不確定度”。所以，一般只要求對不確定度的評定方法進(jìn)行分類，而不是對不確定度本身進(jìn)行劃分，兩類不確定度合成后乘以包含因子，得到擴(kuò)展不確定度，也就是總的不確定度。

為了確保測量不確定度在允許的范圍內(nèi)，并與被測參數(shù)所要求的測量能力相一致，通過測量設(shè)備的測量不確定度的分析、評定，實(shí)施測量不確定度的有效控制，達(dá)到指導(dǎo)進(jìn)行測量設(shè)備配備，實(shí)施檢測能力的目的。

哪些方面需進(jìn)行不確定度分析

1、公司計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的建立，復(fù)查審核，必須對標(biāo)準(zhǔn)的測量不確定度進(jìn)行分析、評定，并寫出建標(biāo)或標(biāo)準(zhǔn)復(fù)查的技術(shù)報(bào)告。

2、新產(chǎn)品投產(chǎn)前，必須編制計(jì)量器具配備計(jì)劃，對產(chǎn)品的關(guān)鍵參數(shù)的工藝、質(zhì)量檢測進(jìn)行不確定度分析。

3、客戶要求對所出具的檢測數(shù)據(jù)給出不確定度分析時(shí)，需進(jìn)行不確定度分析。

4、如果檢測數(shù)據(jù)不作評定產(chǎn)品或服務(wù)質(zhì)量的最終憑據(jù)，或測量精度要求不高，可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行不確定度分析。分析時(shí)，可參照《測量設(shè)備選用指南》提供的方法進(jìn)行粗略分析。

5、能源、經(jīng)營、安全環(huán)保和工業(yè)衛(wèi)生有關(guān)參數(shù)的檢測中測量設(shè)備計(jì)劃編制工作時(shí)，一般不進(jìn)行分析。如果所配的測量設(shè)備明顯偏離有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，或者要求進(jìn)行不確定度分析時(shí)，應(yīng)進(jìn)行不確定度的分析。

6、當(dāng)采用低值易耗，一次性檢定的測量設(shè)備進(jìn)行檢測時(shí)，除非特殊要求可不進(jìn)行不確定度分析。

影響測量不確定度的因素

測量中產(chǎn)生誤差的因素很多，也就是說，影響測量不確定度的因素很多，這些因素有：

儀器的誤差；

測量標(biāo)準(zhǔn)帶來的誤差；

被測對象本身造成的誤差；

環(huán)境的誤差；

測量方法帶來的誤差；

操作者帶來的誤差。

這些誤差中，有些已明顯的可以估計(jì)，有些尚不清楚，有的可以忽略不計(jì)。對于那些已被明顯的確認(rèn)了的誤差因素，在估計(jì)測量不確定度時(shí)，必須予以充分考慮。

測量不確定度的來源

被測量的定義不完善；

被測量定義復(fù)現(xiàn)不理想；

測量樣本不能代表定義的被測量；

沒有充分了解環(huán)境條件對測量過程的影響，或環(huán)境條件測量不完善；

模擬或儀表讀數(shù)時(shí)有人為偏移；

測量標(biāo)準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的值不準(zhǔn)確；

儀器分辨率或鑒別力閾有限；

根據(jù)外部源得出并在數(shù)據(jù)簡化計(jì)算中使用常數(shù)及其它參數(shù)不準(zhǔn)確；

測量方法和測量過程中引入的近似值及假設(shè)；

在同一條件下被測量重復(fù)測量值中的變化。

上述各不確定度來源之間可能互不相關(guān)，亦可相關(guān)。當(dāng)總的不確定度明顯危及在誤差極限內(nèi)進(jìn)行測量的能力時(shí)，應(yīng)采取下列措施：

1、改變檢測方法。比如，引進(jìn)更為先進(jìn)的測量方法。

2、引進(jìn)能滿足檢測能力的測量設(shè)備或外來服務(wù)或外借測量設(shè)備進(jìn)行檢測。

3、縮短溯源鏈，提高標(biāo)準(zhǔn)器的等級。

4、縮短測量設(shè)備的確認(rèn)間隔，滿足測量設(shè)備的檢測能力。

5、改善測量設(shè)備的檢測環(huán)境條件及使用環(huán)境條件。

6、與客戶協(xié)商，探討讓步的可能性，爭取客戶的讓步。

測量不確定度，在施工、生產(chǎn)、經(jīng)營、能源、安全環(huán)保、工業(yè)衛(wèi)生的計(jì)量檢測當(dāng)中，都時(shí)時(shí)存在，通過對測量設(shè)備的配備，實(shí)施檢測以及在說明和使用檢測結(jié)果時(shí)對不確定度進(jìn)行分析，是對測量設(shè)備的測量給出接近真值的響應(yīng)能力能否滿足施工、生產(chǎn)的需要的一種評定。

上?？祬R研發(fā)生產(chǎn)的U-How?容積式旋轉(zhuǎn)活塞流量計(jì)，測量精度達(dá)到1.0級，在對發(fā)動(dòng)機(jī)等動(dòng)力機(jī)械的燃油消耗量的計(jì)量檢測中，考量了不確定度的影響做了對應(yīng)的預(yù)案。

U-How?康匯燃油流量計(jì)

U-How?康匯流量計(jì)是上海康匯實(shí)業(yè)發(fā)展有限公司，根據(jù)旋轉(zhuǎn)活塞式工作原理自主研發(fā)生產(chǎn)的，具有測量流速低、量程寬、精度高、結(jié)構(gòu)簡單、工作安全可靠等特點(diǎn)的高精度流量傳感器。

工作原理

旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)，是屬于容積式流量計(jì)，它基于活塞與計(jì)量室一直保持的相切密封狀態(tài)。并有一個(gè)固定的偏心距計(jì)量元件活塞，在壓差的作用下，對活塞產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，使活塞做偏心旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，活塞的轉(zhuǎn)數(shù)正比于流體的流量，通過記數(shù)機(jī)構(gòu)記錄出活塞轉(zhuǎn)數(shù)，即可測得流體總流量。

旋轉(zhuǎn)活塞式流量計(jì)進(jìn)出口由隔板隔開。當(dāng)被測流體從進(jìn)口進(jìn)入計(jì)量室，這時(shí)進(jìn)出口形成壓差，迫使活塞逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)如圖a所示。流體連續(xù)流入，迫使活塞轉(zhuǎn)動(dòng)如圖b所示，形成二個(gè)半月牙腔體，在壓差作用下迫使活塞轉(zhuǎn)動(dòng)如圖c，V2流體從出口排出，使活塞轉(zhuǎn)動(dòng)如圖d所示，在壓差作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，活塞每轉(zhuǎn)一周迸出的流體等于V1+V2的和。

工作原理圖

流量計(jì)爆炸圖：

產(chǎn)品參數(shù)

1、機(jī)械部分：

2、電子部分：

測量介質(zhì)：

可測量輕質(zhì)和中質(zhì)油料，如：汽油、柴油、煤油、石腦油、潤滑油

產(chǎn)品資質(zhì)

1. 發(fā)明專利：ZL201020504169.8流量傳感器

2. 國家汽車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心車輛檢測報(bào)告

3. 交通部委托北京計(jì)量院精度檢測報(bào)告

油耗監(jiān)控解決方案

應(yīng)用對象

1.發(fā)動(dòng)機(jī)：

火車、汽車、工程車、拖拉機(jī)、發(fā)電機(jī)組及內(nèi)河或近海航行的船舶中測量各類動(dòng)力機(jī)器的燃油消耗量，及各種較重液體的裝卸計(jì)量和管道過液計(jì)量。

2.燃燒器：

車載鍋爐、移動(dòng)鍋爐等設(shè)備的燃油消耗計(jì)量。

數(shù)據(jù)采集方式

通過采集流量計(jì)脈沖數(shù)據(jù)的方式，以RS485/RS232對接設(shè)備單位的系統(tǒng)集成

解決方案

實(shí)施案例

某大型石油集團(tuán)：

吊管機(jī)、移動(dòng)電站、多功能車、彎管機(jī)、空壓機(jī)等

某大型采油廠：

鍋爐車、清蠟車、超導(dǎo)車、水泥車、吊車等；

港口：

龍門吊、堆高機(jī)、正面吊、裝載機(jī)等

其它：

輪胎胎壓油耗測試；駕駛員駕駛技術(shù)比武；發(fā)動(dòng)機(jī)性能標(biāo)定

空壓機(jī)

鍋爐車