量值范围的表达-与网友讨论(12)

  史锦顺 ·  2012-06-11 06:59  ·  56218 次点击
**量值范围的表达-****与网友讨论(12)**
史锦顺
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前文提出“真值范围说”,认为测量结果是真值范围。测量的目的就是得到真值范围。在基础测量领域,计量认定测量仪器误差范围,在测量中,测量仪器给出测得值,并由测得值与误差范围给出真值范围。
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**(一)数学表达**
**1测得值范围**
设真值为Z,测得值为M,误差元为r,误差元绝对值的最大值为R。计量时,真值唯一,而测得值是个变量。
R=│r│max=│M-Z│max(1)
解绝对值方程(1)
当M>Z,有
R=(M–Z)(大)=M(大)-Z
M(大)=Z+R(2)
当M<Z,有
R=(Z-M)(大)=Z-M(小)
M(小)=Z-R(3)
由(2)(3)式,得到测得值M的范围是
(4)
测得值范围又可表示为
Z±R(5)
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**2真值范围**
测量时,得到确定的测得值,是唯一值。而真值有多种可能,从可能值Z(小)到可能值Z(大)。
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解绝对值方程(1)
当Z>M,有
R=(Z-M)(大)=Z(大)-M
Z(大)=M+R(6)
当Z<M,有
R=(M-Z)(大)=M-Z(小)
Z(小)=M-R(7)
由(6)(7)式,得到真值的范围是
(8)
真值范围又可表示为
M±R(9)
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(9)式很重要。测量给出的测量结果,就这样表达。这是真值范围。
以上表达中,把“测得值”和“测量结果”两个术语明确区分开。测量得到的、赋予被测量的值称测得值;测得值加减误差范围是测量结果。这就提示人们:给出测得值,还要给出误差范围,才是测量结果。
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**(二)测量时,真值是变量**
把真值当变量,有人可能理解起来有障碍。说明如下。
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计量时,用一台被检仪器去测量一台计量标准,测得值(平均值,或随机变化很小时取单个值)与真值都各有一值。把测得值看做变量,是设想有N台被检仪器都去测量一个标准,真值只有一个,而各台仪器的测得值,每台一值而各不相同。因而,测得值可看做变量。
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测量时,设想一台电子案秤,去测单个苹果的重量。在一堆苹果中,选出100个苹果,每个重量测得值都是400g。但这只是测得值,而每个苹果重量的真值是不同的。电子秤的误差范围是10克,单个苹果重量的真值,是390克到410克范围内的某个值。这样去想,就可以想通真值为什么是变量了。
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**(三)牵狗图**
真值、误差范围、测得值的关系,好比是人、绳、狗的关系。10条8米长的绳,绳的一端,人牵着;绳的另一端各系一只狗。
人好比真值,狗与人的距离好比误差元;绳长好比误差元绝对值的最大值。人狗之间的距离,时大时小,但不超过8米。
知道人的位置,可以知道狗所在位置的范围。反之,知道一只狗的位置,可以知道人的位置的范围。
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测量得知了测得值,于是以测得值为圆心,以误差限(误差元绝对值的最大值,又称误差范围)为半径画一个圆,这就以一定的概率包含了真值。
测量得到真值范围,只要误差范围足够小,满足要求,就达到了测量的目的。
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3 条回复

昨日之星  2012-06-12 17:00
史老师在帖子的(一)中所推导的公式(5)是完全正确的,说明了测量结果M介于被测量真值Z加减“误差元绝对值的最大值R”之间。
但公式(9)的推导出了问题,问题就出在推导公式(9)的起始点用到了公式(1)R=│r│max=│M-Z∣max 。公式(1)的条件是“计量时,真值唯一,而测得值是个变量”。推导公式(9)时变成了“测量时,得到确定的测得值,是唯一值。而真值有多种可能”,相互发生矛盾。
前面我已经说过,计量和测量在本帖子中无非是用计量标准检验测量设备和用测量设备检验产品之分,所谓“计量”的计量标准实际上就是测量设备,测量设备实际上就是作为被测对象的产品,“计量”与“测量”在这里除了准确性高低之分外并无本质区别。因此被测量的“真值”定义未变,真值就只能还是先前那一个,真值是唯一的。
如果允许公式(9)的存在,即“真值范围又可表示为M±R”,那就一定会出现我在2楼帖子中说的,人已经在狗的右边极限了,还说人可能在狗的左边8米内。狗明明只可以在测量结果M的基础上向右16m的范围内移动,却得出还可以向左移动8m的错误判断。我们一定要掌握一个基本道理,即测量者只能给出自认为最接近真值的测量结果,自身无论如何也无法知道真值,否则他一定会把真值作为测量结果给出。正因为测量者只知道测量结果而不知道真值,所以无论如何也不能确定“真值范围又可表示为M±R”之内。真值在哪里只能通过另一个更高准确度的测量过程给出。真值是不能估计的,真值处于的可能区域则可以用信息评估。正如帖子案例中,知道狗在哪里,并不知道人在哪里,但是凭信息可以估计出人一定处在半径8m的区域内,至于这个区域在哪里,测量者还是不知道的,必须另一个跳出这个圈子的人告诉他。
昨日之星  2012-06-12 16:04
另外,测量时被测量的测量结果受测量过程诸要素的影响可认为是一个变量,但是真值对于一个特定的被测量而言是客观存在的,不能是变量,真值只能是唯一的,是符合该被测量定义的量。真值的变化除非被测量的定义发生变化,例如长度单位1m和时间频率单位1s 随着计量科技水平的发展,定义发生变化,真值随之发生变化。定义不变,真值就不变。
史老师的例子“100个苹果,每个重量测得值都是400g。但这只是测得值,而每个苹果重量的真值是不同的。电子秤的误差范围是10克,单个苹果重量的真值,是390克到410克范围内的某个值。”值得注意的是,例子讲的是100个苹果而不是一个苹果,这就是100个特定的被测量了,当然应该有100个各自的真值。100个不同的被测量的真值可能处于390g到410g之间,但是具体的某一个被测量,某一个苹果的重量真值只能是具体的一个值,或者是391.15678……克,或者是409.98976……克,到底是多少克,需要更高准确度的测量方案来测量,这个例子我认为不能说明“真值为什么是变量”。
昨日之星  2012-06-12 15:58
“人、绳、狗”的关系比喻真值、误差、测量结果的关系非常形象。人是真值,狗是测量结果,狗偏离人的距离就是误差。
日常测量中,我们只能得知“狗”的位置,却无法知道“人”的确切位置,因此也不知道狗偏离了人有多远。可是我们却可以凭我们掌握的信息评估出人的位置在半径8m的区域内,这个区域半宽8m就好比是“狗”的不确定度。
经常看到把测量者给出的测量结果100±8m理解成测量结果处于100m为中心左右各8m的区域内,即处在92m到108m之间的说法。
上面的测量结果表述只能表示测量者给出了狗的位置100m,狗的不确定度是8m,绝对不能说狗可能在以现有位置100m为中心还可以左右移动8m。因为测量者只知道狗的确切位置,和绳子的长度(不确定度),并不知道人的位置,人可能在狗的左边1m,也可能在狗的右边8m。当人在狗的左边1m时,狗可以在其现有位置向右边继续移动7m,向左则可以移动9m的区域内活动。当人在狗的右边8m时,狗还只能在现有位置向右移动16m,而不能向左移动。因此,说狗在以现有位置为中心还可以左右给移动8m的区域显然大错特错了。说±8m这个不确定度是测量结果以测得值为中心可能处于的区间也就大错特错了。

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