关于温度测量的评定——三评不确定度评定样板的实例

  史锦顺 ·  2011-01-15 08:56  ·  61490 次点击
评论对象:国家计量技术法规统一宣贯教材《测量不确定度评定与表征指南》
有下划线的是原文摘抄,无下划线的是史锦顺的评论。
问题的提出现有标称温度示值被调控到400℃的工业容器,测量人员选用带K型热电偶的数字式温度计来测量该容器内部某处的实际温度。从制造厂说明书查知数字温度计的分辨力为0.1℃。准确度为±0.6℃。K型热电偶每年校准一次,今年的校准证书表明其不确定度为2.0℃(置信水准为99%),在400℃时的修正值为0.5℃。当恒温容器的指示器表明调控到示值400℃时,稳定半小时后从数字温度计上重复测得10个显示值di,如下(单位℃):
401.0;400.1;400.9;399.4;398.8;400.0;401.0;402.0;399.9;399.0
修正后的测量结果为t=400.2℃+0.5℃=400.7℃
分析的主要点
平均值400.42℃
算残差残差的平方和按贝塞尔公式算单值的标准偏差
σ(d)=1.03℃
平均值的标准偏差为σ(d)除以根号N,(N=10)得
σ(d平)=0.33℃
主要不确定度来源及计算(单位℃)
来源类型原不确定度得标准不确定度
测量重复性s(d平)A0.330.33
仪表准确度mpeB0.60.35
热电偶校准B2.00.78
u(均方合成)0.92
测量不确定度U=2u=1.8℃
测量结果t=400.7℃U=1.8℃
**【史评】**此项评定样板,有类似的例(见GUM4.4.3)。这里更详细。此例评定,严格地按不确定度评定规则办事,表现出不确定度评定的本来面目,比较全面地体现了不确定度论的弊病。如是,老史的评论就来劲了:我评的是不确定度论本身!
1表达混沌
计量与测量,对象是量。量分两种:常量与变量。于是测量也就有两类:常量测量与变量测量。
物理量的变化量远小测量仪器误差范围的情况是常量测量,即经典测量,其理论被称作误差论。
测量仪器误差范围远小于物理量变化量的情况是变量测量,又称统计测量,要用统计理论。例如,当今频率界的频率稳定度测量就是统计测量。两类测量交叉,产生一种特殊测量,那就是物理常数测量。用当时世界上最准确的测量仪器去测量宇宙间最稳定的量值,区分不开物理量的变化与测量仪器的误差,只能二者混在一起。非当代最高水平的测量,即一般的精密测量,必须清楚自己是两类中的哪一类,不得混沌地表达。因为两类测量该用的σ,相差根号N倍!
当今,时频测量计量界,无论测量与计量,分清这两类,人们已形成习惯。或者选择误差满足要求即误差可忽略的频率测量仪器,去测量信号源的频率值及其变化量;或者选误差范围可略的频率标准,被待考核的频率计测量,以考查频率计的指标,产生的偏差与变化量都算频率计的。如果有人用10的-6次方的频率计去测量10的-6次方级的晶振,那将被认为是不懂测量,因为这样给出的表征量,无法确定该归属哪一方。频率测量易精确,时频界常取10比1;电子测量难精确,电子计量界一般取3比1.
回到本例,这是一笔混沌帐。表征量是恒温容器的,还是测量仪器的,说不清。不知测量目的是什么,是容器的温度控制水平还是考查测量仪器误差?都不像。不明确测量目的,不根据需要选择符合要求的测量仪器,拉过来就测,测了就评,也不管评的结果干什么用。这是不确定度论的弊病之一。本例体现了这一点。
2概率错位
统计理论是一门科学。它处理的对象是随机事件或随机变量。量值的随机偏差,或者是测量的随机误差,应当用统计理论处理,但系统误差是不能用统计方法处理的。对系统误差找分布,求概率,特别是按处理随机误差的方式处理,是不对的,概率错位了。系统误差代表标准与测量仪器的水平,减小系统误差是计量测量研究的主要任务。不确定度论忽视系统误差,错误地处理系统误差,是它的又一个弊病。
3错取标准偏差
表征随机变量的分散程度的量是σ,即单值的标准偏差;而不是平均值的标准偏差σ(平)。统计测量的前提是测量仪器的误差可略,测得值的每一个都是实际值,按贝塞尔公式算出的σ,是单值的标准偏差,正是它,是量值分散性的表征量。不确定度理论取平均值的标准偏差作为表征量(即有除以根号N的操作),这是个带根本性的错误。也许有人说,国际组织,而且是八大国际组织有权作决定,就得用平均值的标准偏差做表征量。应知,权大不过理,人们一旦明白,还是认理的。著名的阿仑方差就是单值的表征量。经典测量理论可以用σ(平),因为随机误差可以减小而且应当减小。统计测量中,偏差是量的客观属性,人为地缩小对客观量的表征,是错误的。不确定度定义是“分散性”,却将分散性人为地低估根号N倍,这是一个极大的错误。
4不要准确度
不确定度论从否定真值出发,否定误差,否定准确度。目的是用不确定度一统测量计量领域,可惜不确定度没那个本事,表达不了该表达的事。此例中一个重要的指标,即温度控制的准确度,不确定度论没法说,本例也就不说。不确定度理论不包含标称值的事,因此该容器在这里标多少是没关系的。此评定居然不用400摄氏度这个量!
本人1958年在北大半导体厂劳动一个月,用恒温炉烧制热敏电阻,最关键的是炉温控制的准确度。在不确定度论的表达中,竟无控温准确度这一项,要它作甚!
尽管不确定度论否定准确度,但准确度的旗帜仍在我国时频界飘扬,请看《JJF1180-2007》。此项标准的主起草人是马凤鸣。向顶着不确定度论的巨大压力、勇敢护卫准确度概念的马先生致敬!感谢批准该项标准的计量司领导!

2 条回复

sybcttc  2011-02-16 14:28
感谢楼主提供!分享啦!
d2018  2011-01-19 13:53
学习了,谢谢分享!

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