学问与摆设

  史锦顺 ·  2013-03-25 09:44  ·  57487 次点击
**学问与摆设**
史锦顺
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何必先生在网上说:“现在好多资料介绍不确定度评定时,其数学模型基本是个摆设,下面评定的分量与数学模型对应不上。”
何必先生这段话,反映了计量界的一个现实情况。值得人们认真思考。
我认为何先生事实求是,不迷信权威,有置疑精神。在学术问题上,见解出自实践,创新始于置疑;迷信阻碍进步,探索必有成绩。
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不确定度评定的问题,少数产生自当表率的评定者,但其基本根源是不确定度评定本身。不确定度评定走过场、摆样子,当摆设,这是不确定度论的一般表现,算是最好的去处;而有时错误的评定或碍事(例如一位网友说,他们单位进口的、经计量院检定合格的2%的功率计,评审组给评定的不确定度是8%,以至于人们不敢再用),或造成隐患(例如规定的除以根号N,测频常取N=100,则夸张性能指标10倍)。所谓A类评定在最主要的情况下都是错误的(变量测量时除以根号N,错误;常数测量时与B类评定重复,不应该)。至于B类测量,名目繁多,说到底只有“看说明书指标,查合格证”一条有效。而这是上级计量部门已经认定的,没必要重新评定。算个半天,不过是算小一点,因取2σ,包含概率从99%降到95%,真没意思。
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关于不确定度分析模型的问题,GUM要求的是建立测得值函数,对此函数作微分。也就是将测得值函数作泰勒展开,取一阶近似。可惜,GUM没有给出一个建立测得值函数的例子。就是说,不确定度论没有关于如何建立测量模型的方法。欧洲版的不确定度评定(本网本栏目有)是函数展开形式的主观估计式,也没有一个堪称测量模型的测量方程。
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我国的许多评定样板及已发表的文章,写成差分形式,再对差值作微分。仔细一想,这是不对的。不确定度也好,误差分析也好,数学上都是一阶问题;对差值作微分,已是二阶问题,这样处理,没法达到理论与实践的一致。这种对差分的微分,物理意义上也说不通。
由于这种对差值再微分的办法,在国外文件中查不到,我在驳斥不确定度论的系类评论(参见《驳不确定度度一百六十篇集》)中,没有重点讲过。这里多说几句。
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现概要讲一下关于建立测量模型的学问
在误差理论当家的年代,测量模型的建立是分领域、区别对象进行的。
1间接测量:量值间的关系式,就是测量模型。取量值的微分,名正言顺。
2直接测量,仪器示值就是测得值,测量仪器示值的误差范围就是测得值的误差范围;直接相等,不需要评定。也就不建模。
3测量仪器的研制中的误差分析
研制测量仪器必须建立测量方程,给出测得值函数。这才是有实际意义的建模。
误差分析是对测得值函数作微分,得出各项误差因素引入的误差元,并对误差元进行控制,以保证仪器整体的误差范围指标。
由上,建立模型、进行误差分析,是测量仪器研制者的事,这是很高水平的工作,历史上,一种类型的测量仪器或计量标准,都是世界上那些本行业顶尖的学者干的。不是说普通人不能干,而是说任何人能建立一种新模型,就是提出一种新原理或发明了一种新技术,即使他刚出校门,他也就成了世界级的学者。
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因而,在历史上,测量者、计量者,对待直接测量,从来不考虑建立模型的事。说实在的,一台测量仪器,特别是新型测量仪器,计量者、使用者,着眼点是其整体指标,没必要也不可能去建立什么模型。计量的职责是鉴别其指标是否合格,而测量者正确使用就是了。要什么评定。
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不确定度论,混淆不同行业、不同工作的职责区别,把“建模”这种测量仪器或计量标准的研制者、发明人的事,让普通计量人员去干,实在是荒唐。你逼着每个测量计量者都成为专家,这可能吗?况且,就是专家也不行。计量院的总工程师该是专家了吧,作的温度计量评定,说结果是可信性;连评定结果是温度计的还是温箱的都说不清,还哪有可信性。那位计量院的总工,我和他同楼工作10年,还是有所了解的,学识为人们所公认,水平很高(不然当不上堂堂计量院的总工),只是上了不确定度论这条贼船,也就必然会出错。事实证明:谁信不确定度论谁上当。
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从学术理论本身来说,有单元才能有整体。误差理论先定义误差元(测得值减真值),由此才能推出误差范围(误差元的绝对值的一定概率意义下的最大可能值),才能进行误差分析,误差理论是完备的。测量不确定度理论,出世时没定义什么是不确定度的“单元”,因此就无从进行不确定度分析。现在的所谓分析,乃是对误差理论的模仿。而又没模仿对。
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说得不好听一点,对差值进行微分的作法,是数学与物理意义的笑话。求导必须认准哪个是函数,哪些是自变量,而将函数对自变量求导。此处对差值的求导,竟把测得值函数当做自变量,也就是相当对测得值函数没做任何处理,因此起不到测量模型的作用。所以才有何先生说的分析与模型无关的现象。
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下边进行点有条理的分析。测量与计量都不必知道测得值函数。测量与计量的测量模型其实很简单,而且普适,也极其易懂。
直接测量的模型就是测得值等于仪器示值:
M(测)=M(示)(1)
由(1)可以推出:
M(测)–Z=M(示)–Z
ΔM(测)=ΔM(示)(2)
对直接测量,由(2)式知道测量的误差范围就是仪器的示值误差范围。测量者一般不知道M(示)的构成函数,求不出误差ΔM(测)的构成关系,也没不要求。
测量者通过测量得到测得值,又同时知道测得值的误差(就等于测量仪器的示值误差)这就达到了测量的目的。
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在计量的情况下,用被检仪器测量计量标准,有仪器的示值M(测)和标准的标称值B。
ΔM(测)=M(测)–B
ΔM(测)=M(测)–Z–(B-Z)
ΔM(测)=ΔM(测真)–ΔB(真)
ΔM(测真)=ΔM(测)+ΔB(真)(3)
ΔM(测)是测得值的测量得到的误差(以标准的标称值为标准);ΔM(测真)是仪器测得值的真误差(以真值为标准的误差);ΔB(真)是标准的真误差。(3)式体现计量标准在计量中形成的计量误差。
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测量仪器的研制者必须得出测得值函数,这才是必备的测量模型。由此分析误差,给出测量仪器的性能指标。计量时,检查、公证测量仪器指标,测量时引用、依据测量仪器指标,计量与测量都不必考究测量仪器的测量模型。测量者知道上述公式(1)即可,计量者知道公式(2)即可。不要什么“建模”!
不确定度论的建模,把直接测量当间接测量,建立的也说不上是模型。比如最常见的分辨力项、温度影响项,都是测量仪器误差范围指标中本已包含的,是不该重计的。
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测量仪器与计量标准的研制者必须知道测得值函数关系,即必须建立测量模型,才能进行误差分析,才能给出总性能指标。想了解误差模型的建立与分析,可读拙作《新概念测量计量学(上卷通用原理)》,本网已载。
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结论:误差理论的测量方程是学问;不确定度论的评定模型是摆设。
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