振聋发聩的质疑-拙议《钱文》(1)

  史锦顺 ·  2012-05-29 07:34  ·  57188 次点击
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**振聋发聩的质疑-****拙议《钱文》(1)**
史锦顺
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网上《术语“不确定度”定义的剖析》一文,署名是中国计量科学研究院王春艳、陆梅、高蔚、钱钟泰四人。钱钟泰署名最后,依据高校与一些研究院的习惯,那是导师的位置,以下简称此文为《钱文》。
**(一)对不确定度定义的质疑**
《钱文》说:
**“GUM95定义的用词过于晦涩,使人难以理解。例如什么是“被测量之值的分散性”?什么是“被测量之值的最佳估计”?“被测量之值的分散性”作为一种客观存在,如何才能“赋予”?怎么样才是“合理地”?……。因此,对术语“测量不确定度”的含义即使在GUM95或JJF1059-1999规范编者间也是各有各的理解”。**
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测量不确定度论,诞生40年、推广20年了,到底什么是测量不确定度,许多人长期游移徘徊百思而不得其解。
许多网友抱怨不确定度论难懂。
到底问题出在哪里呢?人们不禁要问。《钱文》作了回答。原来是**“GUM95定义的用词过于晦涩,使人难以理解。”**
计量院的几位专家,包括钱钟泰这样的名家,如此抨击八大国际组织推荐的、国家计量部门大力推行的不确定度论,是掷地有声、难能可贵的。
我赞《钱文》:勇气大,见识高,振聋发聩!
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本人1993年接触不确定度论,怀疑、思考十年,2004年才写出《测量不确定度理论置疑》一文,在网上发表。从多家网站的转载和几位网友的支持回帖情况看,还是得到一些人的共鸣的。不过,多数网友还是取观望的态度,说实在的,对大多数人来说,了解一下情况就可以了,不能勉为其难地要求人人表态。从世界科学发展的角度看问题,学术问题的是非判别,责任在本学科的专家。
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我的观点,首先是受到社会习俗的藐视。有个网友直接问:“史锦顺何许人也?”意思是:你有什么资格敢谈国际标准的是非问题?
一位大概是吃“官粮”的,干脆称我是“民科”。还算留情,没说是“山寨版”。
为了推行自己的观点,老史不时透露些“资格”,如北大毕业;提出过八项新概念、研制过三种新仪器、参加研制过一项国家基准;当过计量学会的时频专业委员和宇航学会的计量专业委员,等等。但自己总觉得身微言轻,说话不占地方。
如今总算找到一篇“身重言重”的文章,纵情称赞几句;让那些尚迷信不确定度的人,清醒一下:老史所指出的不确定度论的弊病,是确实存在的——名家也有类似的看法。
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评“不确定度论”,《钱文》抓住不确定度的定义进行剖析,是一语中的,抓住了要害。几个质疑的问题,问得好。本来,定义是明确概念的方式;明确概念就是明确概念的内涵和概念的外延。概念的内涵是概念所指事物的特有属性;概念的外延是概念所指的具有特定属性的事物。而测量不确定度的定义,既说不清不确定度概念的内涵,也没说清不确定度概念的外延。语义不清、模模糊糊、似是而非。
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我从已发表的的规范、文章、书籍资料,看出对“不确定度是什么”这个问题的理解,就多达9种:1不确定度是可信性;2不确定度是不确定程度;3不确定度是分散性;4不确定度与误差范围不同说;5不确定度与误差范围相同说;6不确定度与误差并行说;7不确定度是西格玛除以根号N;8不确定度是测量误差的误差;9不确定度是量值变化与测量误差的综合。请看乱不乱。(详见《形形色色的不确定度》一文。)
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对不确定度有那么多种理解,怪读者吗?
《钱文》有个重要披露**:“对术语‘测量不确定度’的含义,即使在GUM95或JJF1059-1999规范编者间也是各有各的理解。”**由于钱钟泰先生有机会接触那些国内国际的“编者们”,我们有理由确信这句话。啊,既然“编者间也各有各的理解”,那读者各有各的理解,也就是很自然的事了。大家都各有各的理解,不乱才怪。
原来,不确定度概念理解混乱的根源,是不确定度论本身!
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**(二)不确定度概念含混的根源**
不确定度度定义之所以含混不清,《钱文》揭示出以下两点。
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1**“否定“科学研究的对象是‘客观量值’间的关系”这样的根本事实。”**
《钱文》明确指出**:“忘记这一根本事实将使科学发展失去目标,并在研究中引入一系列概念混乱。”**以下引一段原文,值得细读。其中的“客观量值”一词,就是习惯上说的“真值”。
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**“任何客观存在的“量值”完全独立于人类对它的认识之外,人们可以用各种方法评估它们,得出它们的各种评估值。所有评估值都不会完全准确地等于客观存在的“量值”,但所有评估值都将努力趋近于客观存在的“量值”。因此,在实践中所有客观存在的“量值”都是不能完全准确地确定的,但它同时又是所有评估值趋近的目标,在实践中能以需要的准确度逼近它。科学研究的对象是“客观量值”间的关系,这样的关系当然也是无法完全准确地确定的;科学定理是上述规律的有限地近似描述。在应用科学定理时,代入其数学表示式的所有量值和得出的结果都将是“客观量值”的人为估计值;但上述事实并不能否定“科学研究的对象是‘客观量值’间的关系”这样的根本事实。忘记这一根本事实将使科学发展失去目标,并在研究中引入一系列概念混乱。上述情况已由科学发展所证实,同样适用于“测量”。**
在很多情况下,没有必要明确区分客观存在的“量值”和其人为的评估值。当研究“量值”间的关系时,自然是针对客观“量值”进行的;在进行实际数值运算时,采用的必然是这些量值大小的评估值。客观“量值”与其人为的评估值各有其适用范围,是相互补充的。”
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**2否定真值,否定误差**
真值概念、误差概念是测量学的基本点。《钱文》指出**:“而GUM95或UA学说则有着强烈的排斥‘被测量真值’和‘测量误差’的倾向,只提‘测量不确定度’所属‘测量结果’。”**
测量就是认识真值,就是要得到准确度够格的测得值。测得值与真值的差距用误差来衡量。不确定度论强烈排斥“被测量真值”的概念和“测量误差”的概念,其本质是否定被测量真值的可认识性,否定测量误差的可认识性。
不确定度论的基本立足点错了,它的概念不混乱才怪。
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9 条回复

昨日之星  2012-06-01 01:39
5.对权威说法的看法:
刘志敏先生关于“测量结果的质量如何,要用不确定度来说明。不确定度愈小,测量结果对真值愈靠近,其适用价值愈高;不确定度愈大,测量结果对真值愈远离,其质量愈低,其质量愈低。”是讲的一般情况,在一般情况下这是对的。简单地说,对于测量结果而言就是准确性越好,可信性越好,可信性越好,准确性也会越好。这就像物质的含量多少有重量和体积两个评价参数,重量越重,体积越大,体积越大,重量越重。
但是也不尽然,特殊情况下重量重的东西未见得比重量轻的东西体积大,反之亦然。同样,特殊情况下,准确性好的测量结果未见得比准确性差的测量结果可信性好,反之亦然。千万不能把刘先生的这句话理解为准确性与可信性画等号,理解为测量结果的不确定度与测量结果的误差画等号。
美国著名教科书说的“通常可以估计一个误差的可能界限,该界限称为不确定度。”这句话如果翻译没有出错,那么这句话本身就应该是错误的。这句话非常明显把误差范围与不确定度画了等号,混淆了误差范围与不确定度两个术语的含义。
中国计量科学研究院2007年2月27日发布的消息称,我国最新一代时间频率基准“频率准确度达到5×10^-15,……”这条信息的表达方法明显是错误的。如果真的知道该基准的准确度达到5×10^-15,就意味着用另一种方法获得了该基准的测量结果的约定真值,该基准的测量结果与约定真值的差在5×10^-15之内。这样的话,该基准也就不是基准了,应该用比它更为准确的另一种设备或者方法作为时间频率的基准,同样该项目也就没有获奖的理由了。所以,第一条消息 中国“研制成功NIM4铯喷泉原子钟。频率不确定度5E-15。”的表述是正确的。
一条正确表达的消息和一条错误表达的消息,不能相提并论,不能用来说明不确定度就是准确度。美国的NIST的两条消息也与此相同。不能用来证明“不确定度就是不准确度(准确度的反说法)”。两国都讲了多少年才差一秒。而这“多少年差一秒”,不是频率准确度,而是频率测量结果的可信性,或者可靠性,可疑度。
我说“不确定度概念,即不确定度术语的定义本身是清晰的”,但是并不等于所有的人的理解是清晰的。之所以两国计量科学高层研究机构作出了相互矛盾的两个信息发布,我们只能感到遗憾,说明高层研究机构的老师们当时对测量结果的不确定度与测量结果的准确度还是混淆的,认识还是不够深入。基于当时的历史环境条件下,出现这种错误,我们也应该表示谅解,就像谅解科学家当时把电流方向错误地确定为从正极流向负极一样。
昨日之星  2012-06-01 01:39
4.我说不确定度与误差是两回事,那么为什么不确定度评定时还要把测量仪器的允许误差往里加?
这不是把测量设备的允许误差往不确定度里加,性质不同的两种东西是不能相加的。测量设备是“生产”测量结果的设备,测量设备的计量特性对测量结果的可靠性也就起到了非常重要的作用,评估测量结果的可靠性怎么能够不考虑测量设备的计量特性?
评估者是评定测量设备的计量特性给测量结果引入的标准不确定度分量。示值误差是测量设备最重要的计量特性之一。测量者都是在测量设备处于合格状态下使用测量设备,不同检定周期检定给出的测量设备示值误差是不同的,为了可靠性评估结果的安全性,评估者自然而然应该考虑检定规程对其示值误差允许值的规定。
就不确定度的B类评定方法而言,评定标准不确定度分量时要除以包含因子k,这个分量还应该乘以其灵敏系数C,各分量合成时要按“方和根”公式求出,这已经完全不是简简单单地“把测量仪器的允许误差往里加”了。
昨日之星  2012-06-01 01:38
3.科技日报 2010年12月08日报道我国NIM5铯原子喷泉时间频率基准的频率不确定度2×10^-15,李天初院士把几年前授奖时所称的“准确度”改成为“不确定度”是完全正确的。
当前NIM5是我国准确度最高的时间频率测量设备,还找不到另一个测量设备比它准确度更高,因此找不到比NIM5的测量结果更为准确的测量结果来充当“约定真值”,NIM5的测量误差也就无从谈起,NIM5的测量误差不知,其准确度的量化更是无从谈起。
虽然NIM5的准确度无法量化,可是项目组可以凭借所掌握的各种信息,包括测量原理、测量环境、测量设备(组成NIM5的元器件和物质)的计量特性以及通过重复性试验来评估用NIM5测量时间频率的测量结果的可信性,从而得到不确定度为2×10^-15,相当于把我国时间频率基准的“可信度”或者称为“可靠度”提高到1500万年不差一秒,而不是把“准确度”提高到1500万年不差一秒。准确度差多少,要等到若干年后有更为准确的时间频率测量设备得到更为准确的测量结果,作为NIM5的测量结果的约定真值才能够知道。
昨日之星  2012-06-01 01:37
2.不确定度是一个区域的半宽,因此不确定度表述的测量结果可疑度是有计量单位的。不确定度的计量单位与被测量测量结果的计量单位完全一样。
所谓“可信性就是95.54%”说法是错误的。95.54%不是不确定度,因此不是测量结果的可信性,而是为了确定包含因子k而设定的置信概率。
包含因子好比是建筑工程的安全系数。安全系数大小决定了建筑工程是豆腐渣工程还是百年大计工程。建筑工程的安全系数等于1仅仅是理论上和设计上的需要,还不能用于建筑工程的建设,安全系数必须大于1。标准不确定度是包含因子k=1时测量结果的不确定度,一般也不能用于测量工程。k>1时的扩展不确定度是测量工程中实用的不确定度,是测量结果具有“安全系数”的不确定度。因此包含因子k好比是不确定度的安全系数,其大小决定了测量结果扩展不确定度大小,追根溯源置信概率也就决定了测量结果可信性的安全性。
昨日之星  2012-06-01 01:36
1.赞同史老师说的“一个科学概念,如果有 严格意义上的两种含义(不相容的)就是不行的,非改不可。要么去掉其中的一种含义,要么取消这个概念。”
史老师“指出”的不确定度的“9样理解”,其中5、8、9三样是用“误差”的概念去理解“不确定度”,的确是风马牛不相及了,应该给予“取消”。剩下的6样理解就像瞎子摸象,虽然片面,但都是在某一个方面去理解不确定度,在某个方面来说并无错误。
如果让我“必须说明不确定度的定义只有一个含义”,我对不确定度的“唯一性”理解是:
不确定度是人们对给出的被测量测量结果的可疑度。可疑度大小用被测量真值可能处于的区域半宽来定量表述。
注:1.可疑度的反义词是可信性、可靠性,因此可疑度有时被称为可信性和可靠性。
2.被测量真值可能处于的区域又称为被测量真值的分散性。
史锦顺  2012-05-31 15:53
昨日之星 发表于 2012-5-30 14:30
关于对不确定度概念含混根源(史老师帖子第二部分)的看法
不确定度概念,即不确定度术语的定义本身是 .



昨日之星说老史对 “不确定度是什么”这个问题提出了9种理解”。
这里的“提出”用词不当,该是“指出”。这9种理解是客观存在,都有出处,不是老史提出的。老史不过是归纳一下而已。
当然,9种的“种”并不是科学意义上或逻辑学上的分类,意思上有重叠,可表为“有9样理解”。
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一个科学概念,如果有 严格意义上的两种含义(不相容的)就是不行的,非改不可。要么去掉其中的一种含义,要么取消这个概念。
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例如物体重量的概念,过去有两种不同的含义;A 物体的质量(m);B 物体所受地心的引力(mg)。这两个含义是不相容的。
1984年国务院关于法定计量单位的命令中,注7:“人民生活和贸易中,质量习惯称为重量”。这就是说重量就是质量。因而,一切关于“重量是重力的量度”的解释,都是非法的、错误的。我手头的《新华字典》(老书)、《现代汉语词典》(1998重印本)关于重量的解释都是错误的。概念不许有歧义,尽管以上两本都是“典”,错也就是错,含糊不得。
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我国教育部已明令中小学教材不再用“重量”一词。凡以千克为单位的称质量,凡以牛顿为单位的称重力。
我认为明确重量是质量就可以了,不必取消重量这个词;事实上也取消不了,中小学课本上没有“重量”一词,人们日常生活中还是要说重量。有人说:“这袋大米我称过了,重量是五十公斤”。完全符合规范。他说的是这袋大米的数量,而不是指地球的引力。
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我的整体的意思是说:不确定度概念有歧义,没必要追究到底有几个歧义。先生反对我说不确定度有歧义,必须说明不确定度的定义只有一个含义,而这个含义是被大多数人所公认的,才行。
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先生自己认可的理解,有的就是不可双兼的。可信性与分散性怎能是一回事?先生迷信于GUM关于不确定度是可信性的说教,你没问一问,有谁会赞成这个说法?不确定度在许多场合都是10的-N次方,N为3以上;10的﹣8次方怎么称说可信性?不确定度论通常取2西格玛,可信性就是95.54%,哪会有万分之一(1E-4)的可信性,哪会有百万分之一(1E-6)的可信性?
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科技日报 2010年12月08日报道:中国计量科学研究院的NIM5铯原子喷泉时间频率基准通过专家鉴定,达到性能指标:频率不确定度2×10^-15,把我国时间频率基准的准确度提高到1500万年不差一秒。
以上消息所称“不确定度”,只能是准确程度,不可能是什么“可信性”。可信性要给出,只能是95.54%(取2西格玛)或者是99.73%(取3西格玛)。四十多年前我参加过NIM1的研究工作(频谱误差的分析与测量);如今,NIM5负责人李天初已当选为院士,我相信,他把几年前国务院授奖时所称的“准确度”改成为“不确定度”,只是换个名称而已(怕人误解,说了不确定度又故意说多少年不差一秒,是说明这里的“不确定度”就是“准确度”),绝不会说给出的不确定度是可信性。因为可信性最多是99.73%(取3西格玛)。如果说不确定度是可信性,那要说NIM5的可信性是:
99.9999999999998 %
太离谱了。说不确定度是可信性,相信这个说法的,全世界也不会有几个人。因为按人们的正常思维,一般是不会迷信于某种不切实际的讲法的。
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你说不确定度与误差是两回事,为什么那些不确定度评定,还要把测量仪器的允许误差往里加?性质不同,能相加吗?
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我已说明,不确定度与误差相同说的表达者有 如下四大权威:
1 刘志敏先生,国际不确定度工作组中国成员。“测量结果的质量如何,要用不确定度来说明。不确定度愈小,测量结果对真值愈靠近,其适用价值愈高;不确定度愈大,测量结果对真值愈远离,其质量愈低,其质量愈低。”(刘智敏著《不确定度原理》序言。)
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2美国著名教科书:“通常可以估计一个误差的可能界限,该界限称为不确定度。”(机械量测量 第五版 美Thomas G.Beckwith 等著)

3 中国计量科学研究院
第一条消息 中国继法、美、德之后于2003年自主研制成功NIM4铯喷泉原子钟。频率不确定度5E-15。
第二条消息 2007年2月27日,中共中央、国务院在北京隆重举行国家科学技术奖励大会。中国计量科学研究院“NIM4激光冷却-铯原子喷泉时间频率基准装置研究”荣获国家科技进步一等奖。我国最新一代时间频率基准“NIM4激光冷却一铯原子喷泉时间频率基准”频率准确度达到5×10^-15,相当于600万年不差一秒,达到世界先进水平。
以上两条消息讲的是同一个标准NIM4 , 先说不确定度是5E-15,后说准确度是5E-15 ,这明白说明不确定度就是准确度,怎么说不是一回事?
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4 美国的NIST
第三条消息 美国NIST-F1(1999-2001)的不确定度小于2 x 10^-15,这意味着2000万年不差1秒。
第四条消息 美国 2011年4月13日消息:NIST-F2铯喷泉原子钟将代替从1999年开始应用的NIST-F1铯喷泉原子钟。NIST-F1的相对不准确度为δf/f < 5× 10^−16,而NIST-F2的设计指标是δf/f < 1 × 10^−16。
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以上四条消息,我们比较一下。原来中国、美国的原子频率标准的性能指标,或者用准确度表示,或者用不确定度表示。我们明显地看出,在中国,不确定度就是准确度;而在美国,不确定度就是不准确度(准确度的反说法)。两国为了说明什么是不确定度,都讲了多少年才差一秒。而这“多少年差一秒”,正是频率准确度。
从中美两国公布的铯喷泉原子标准指标来看,不确定度与准确度是一回事。用不确定度,就不用准确度;用准确度就不用不确定度,因为二者是同一值。
你说过是中国的计量院用错了“准确度”概念;那么你也该说“美国的 NIST也用错了“不准确度”的概念”。我看,两家都没错,错的是你自己。
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既然如上的四大权威都理解为不确定度就是准确度,而先生却认定不确定度与准确度是两回事,这至少说明不确定度的含义是有歧义的。你的论断“不确定度概念,即不确定度术语的定义本身是清晰的”,是不成立的。
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昨日之星  2012-05-30 14:30
关于对不确定度概念含混根源(史老师帖子第二部分)的看法
不确定度概念,即不确定度术语的定义本身是清晰的,之所以对其概念含混是因为用误差的定义和内涵去解释不确定度,当然也就必然越解释越糊涂,根源是把不确定度的术语和误差的术语含混了,甚至是画等号了,两个本质不同的术语硬是要放到一起去综合,就如同将一棵树和一只鸡相综合,用一棵树的特性去解释一只鸡怎么会不越解释越糊涂。所以GUM95或UA学说强烈提醒我们,在解释不确定度时一定要避开“测量误差”,强调“测量不确定度”是属于“测量结果”的计量特性,误差是测量结果的另一个计量特性。不确定度不是误差,更不是误差范围,用误差概念解释不确定度只能越解释越糊涂。
“测量就是认识真值,就是要得到准确度够格的测得值不确定度并不是否定真值,测得值与真值的差距用误差来衡量。”这都是正确的,但是,不确定度论绝对不“排斥被测量真值的概念和测量误差的概念”,其本质并不“否定被测量真值的可认识性,否定测量误差的可认识性,否定误差”。只是再三提醒大家解释不确定度时万万不可死抱住误差不放,一定要摆脱误差这个已经在我们脑袋里根深蒂固的影响。不妨矫枉过正,“暂时放弃”误差概念,完全排除误差概念的所有影响。当只有放弃旧概念才能接受新概念的情况下,那就试着放弃误差去接受不确定度,当你理解了不确定度的含义,再去把误差概念捡回来,那就会豁然开朗,看到另一片灿烂的天空,那就会全面理解理解误差与不确定度都是测量结果的两个同等重要的计量特性这个论断,全面理解不确定度与误差相互补充、相互依存,缺一不可,谁也否定不了谁,谁也并不比谁更重要的道理。
昨日之星  2012-05-30 14:19
史老师对“不确定度是什么”这个问题提出了九种理解:1不确定度是可信性;2不确定度是不确定程度;3不确定度是分散性;4不确定度与误差范围不同说;5不确定度与误差范围相同说;6不确定度与误差并行说;7不确定度是西格玛除以根号N;8不确定度是测量误差的误差;9 不确定度是量值变化与测量误差的综合。
九种理解中,5、8、9三种明显是把“误差”与“不确定度”两个完全不同性质的术语混淆了,始终没有从“误差”的概念中摆脱出来,我不知道怎么会把一颗树和一只鸡搞成“相同说”、树怎么会“是”鸡、树和鸡怎么“综合”。剩下的6种理解并没有原则性错误,就像瞎子摸象,摸到哪里说到哪里,但都是大象的某个局部特性,都是不确定度的某一个方面特性的解释,因此并无错误。
1.“不确定度是可信性”。这是正确的,不确定度的作用就是描述测量结果的“可信性”。
2.“不确定度是不确定程度”。这也是对的,测量结果的可信性(即不确定度)就是用被测量真值的不确定程度来表述。
3.“不确定度是分散性”。没有说错,不确定度的定量大小的确就是被测量真值的分散性大小。
4.“不确定度与误差范围不同说”。完全正确,不确定度与误差范围本来就是完全不同的两个概念,不确定度定量表示测量结果的可疑度,误差范围是人们对测量设备预先设定的计量要求。
5.“不确定度与误差范围相同说”。显然说错了,不言而喻,根据“4.”,两个完全不同的东西怎么会“相同”说了呢?
6.“不确定度与误差并行说”。这话没有问题,这是指不确定度和误差都是测量结果的计量特性,不确定度不属于误差,误差也不属于不确定度,对于测量结果的这两个计量特性没有孰轻孰重、高低贵贱之分。
7.“不确定度是西格玛除以根号N”。是指在用A类评定方法评定测量结果的不确定度时,如果测量结果是N次独立测量结果的算术平均值,则该测量结果的标准不确定度是σ/√N,当测量一次就给出测量结果时,N=1,则单次测量测量结果的标准不确定度就是σ。请注意此处实际测量次数N与做重复性测量试验的次数n大多数情况下并不相等。
8.“不确定度是测量误差的误差”。这实际上也是将不确定度与误差画等号,当然这也是一个极其错误理解,这是一些人强加给不确定度的。定义已经清楚的告诉我们,“不确定度是测量结果的可疑度,用被测量真值可能处于的区间半宽来表示”,怎么一下子变成了“测量误差的误差”了呢?
9.“不确定度是量值变化与测量误差的综合”。也是完全错误的说法,是对不确定度尚不理解的人强加给不确定度的。前面已经说了,不确定度与误差的性质完全不同,性质不同的两个东西怎么去综合?若干棵树相加或相综合还是树,充其量可以称为树林,但是若干棵树相加和综合永远也不会变成为一只鸡。
Tess  2012-05-29 09:03
不确定度论知识越看越乱了。

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