论文部分内容阅读
[摘 要]计量标准考核既是计量监督的一项基本内容，也是实施《中华人民共和国计量法》的重要技术基础。计量标准考核是确认计量标准是否具有开展量值传递能力确保量值准确可靠的重要保障之一，计量标准测量结果不确定度的评定结果直接影响到验证结论，可见测量不确定度的评定对计量标准考核的准确、稳定起到了至关重要的作用。
[关键词]A类评定 B类评定 标准不确定度 扩展不确定度
中图分类号：TB9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）01-0000-02
早在七十年代初，国际上已有越来越多的计量学者认识到使用“不确定度”代替“误差”更为科学，从此，不确定度这个术语逐渐在测量领域内被广泛应用。1978年国际计量局提出了实验不确定度表示建议书INC-1。1993年制定的《测量不确定度表示指南》得到了BIPM、OIML、ISO、IEC、IUPAC、IUPAP、IFCC七个国际组织的批准，由ISO出版，是国际组织的重要权威文献。中国也已于1999年颁布了与之兼容的测量不确定度评定与表示计量技术规范。至此，测量不确定度评定成为检测和校准实验室必不可少的工作之一。
1、测量不确定度定义
测量不确定度是指“表征合理地赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数”。测量不确定度从词义上理解，意味着对测量结果可信性、有效性的怀疑程度或不肯定程度，是定量说明测量结果的质量的一个参数。实际上由于测量不完善和人们的认识不足，所得的被测量值具有分散性，即每次测得的结果不是同一值，而是以一定的概率分散在某个区域內的许多个值。虽然客观存在的系统误差是一个不变值，但由于我们不能完全认知或掌握，只能认为它是以某种概率分布存在于某个区域内，而这种概率分布本身也具有分散性。测量不确定度就是说明被测量之值分散性的参数，它不说明测量结果是否接近真值。
为了表征这种分散性，测量不确定度用标准〔偏〕差表示。在实际使用中，往往希望知道测量结果的置信区间，因此，在本定义注1中规定：测量不确定度也可用标准〔偏〕差的倍数或说明了置信水准的区间的半宽度表示。为了区分这两种不同的表示方法，分别称它们为标准不确定度和扩展不确定度。
2、不确定度的来源
在实践中，测量不确定度可能来源于以下10个方面：
⑴对被测量的定义不完整或不完善；
⑵实现被测量的定义的方法不理想；
⑶取样的代表性不够，即被测量的样本不能代表所定义的被测量；
⑷对测量过程受环境影响的认识不周全，或对环境条件的测量与控制不完善；
⑸对模拟仪器的读数存在人为偏移；
⑹测量仪器的计量性能的局限性。测量仪器的不准或测量仪器的分辨力、鉴别力不够；
⑺赋与计量标准的值和参考物质（标准物质）的值不准；
⑻引用于数据计算的常量和其它参量不准；
⑼测量方法和测量程序的近似性和假定性；
⑽在表面上看来完全相同的条件下，被测量重复观测值的变化。
3、不确定度的评定方法
不确定度依据其评定方法可以分为A，B两类，它们与过去“随机误差”与“系统误差”的分类之间不存在简单的对应关系。“随机”与“系统”表示误差的两种不同的性质；“A”类与“B”类表示不确定度的两种不同的评定方法，将不确定度分为“A”类和“B”类，仅为讨论方便，并不意味着两类评定之间存在着本质上的区别，它们都基于概率分布，并都用方差和标准差表征。
4、测量不确定度评定在计量标准考核中的应用举例
一、概述
11.1 测量依据：JJG 596-2012《电子式电能表检定规程》
1.2 环境条件：温度（20±2）℃，相对湿度（60±15）%
1.3 测量标准：0.05级三相电能表标准装置
1.4 被测对象：0.5级DTSD719三相四线电子式多功能电能表
1.5 测量过程：装置输出一定功率给被检表，并对被检表进行采样积分，得到的电能值与装置输出的标准电能值进行比较，得到被检表在该功率时的相对误差。
1.6 评定结果的使用：符合上述条件的测量结果，一般可直接使用本不确定度的评定方法。
二、数学模型
γH=γW O
式中：γH——被检三相四线电子式多功能电能表的相对误差
γW O ——电能表标准检定装置上测得的相对误差
三、不确定度来源
输入量γ的标准不确定度u（γW O）的来源主要有两方面：
（1）测量重复性的不重复引入的不确定度u（γW O1）；采用A类方法评定
（2）标准装置引入的不确定度u（γW O2），采用B类方法评定；
3.1 标准不确定度分量u（γW O1）的评定
该不确定度分量主要是由于被检电能表的测量不重复性引起的，可以通过连续测量得到测量列，采用A类方法进行评定。
取1台0.5级的被检电能表，在100V5A COSΦ=1.0时，各连续测量10次，得到下测量列，如表1所示。
合并样本标准差SP=√∑Si2∕m=0.02632%
u（γWO1）=0.026%
自由度υ（γWO1）=m（n-1）=9
3.2 标准不确定度u（γWO2）的评定，该不确定度分量主要是三相电能表标准装置的不确定度引起的，采用B类评定方法。装置不确定度为0.05%，在区间内属均匀分布包含因子最大允许误差的半宽为0.05%
该装置目前可靠性为90%，自由度υ（γWO2）=50 3.3 标准不确定度u（γWO）的计算
u（γWO）=[u2（γWO1）+u2（γWO2）]1/2=0.039%
标准不确定度u（γWO）的自由度
4.合成标准不确定度评定
4.1 灵敏系数
数学模型 γH=γW O
灵敏系数 c=1
4.2 合成不确定度汇总表（如表2）
4.3 合成标准不确定度u（γW O）的估算
uc2（γH）=c2u2（γW O）
uc（γH）=|c|u（γW O）=0.039%
4.4 合成标准不确定度的有效自由度
υeff=υ（γW O）=34.73取整为35
5.扩展不确定度的评定
取置信概率p=95%，有效自由度υeff=16查t分布表并將有效自由度近似取整为2.11，得到
kp=t95（35）=2.03
扩展不确定度U95=kp·uc（γH）=2.03×0.039=0.079%
6.不确定度报告
0. 5级三相四线电子式多功能电能表在100V 5A COSΦ=1.0时相对误差测量结果的扩展不确定度为
U=0.079% υeff=34.73 K95=2.03
四、检定或校准结果的验证
采用传递比较法对本计量标准的测量不确定度进行验证。若被考核计量标准和高一级计量标准的测量结果分别为y和y0，它们的扩展不确定度（k=2）分别为U和U0，则应满足：
|y―y0|≤√U2+U02
选一台0.5级型号：DTSD719三相四线电子式多功能电能，编号5043790表，经上级检定合格，在其57.7V 5A COSφ=1.0及57.7V 5A COSφ=0.5（L）负荷点上，对装置的测量不确定度进行验证。
经本标准装置和上级检定结果分别如下：（如表3）
根据本计量标准评定出的U=0.079%k=2.03
可得U=0.079%÷2.03×2=0.0778%
根据上级计量标准提供的U=0.020%k=3
可得U0=0.020%÷3×2=0.0133%
√U2+U02=0.079%
COSφ=1.0时|y―y0|=0.010%<0.079%
COSφ=0.5（L）时|y―y0|=0.020%<0.079%
本装置的实测结果均符合要求，合格。
结语：测量不确定度的评定随着时代的发展，在计量标准考核中的重要性越来越强，认识和掌握测量不确定度的评定方法，对以后的工作开展奠定了坚实的基础。
参考文献
[1] JJF1033-2008《计量标准考核规范》实施指南.
[2] JJF1059-2012《测量不确定度评定与表示》试行.
[3] JJG 596-2012《电子式电能表检定规程》.
[关键词]A类评定 B类评定 标准不确定度 扩展不确定度
中图分类号：TB9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）01-0000-02
早在七十年代初，国际上已有越来越多的计量学者认识到使用“不确定度”代替“误差”更为科学，从此，不确定度这个术语逐渐在测量领域内被广泛应用。1978年国际计量局提出了实验不确定度表示建议书INC-1。1993年制定的《测量不确定度表示指南》得到了BIPM、OIML、ISO、IEC、IUPAC、IUPAP、IFCC七个国际组织的批准，由ISO出版，是国际组织的重要权威文献。中国也已于1999年颁布了与之兼容的测量不确定度评定与表示计量技术规范。至此，测量不确定度评定成为检测和校准实验室必不可少的工作之一。
1、测量不确定度定义
测量不确定度是指“表征合理地赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数”。测量不确定度从词义上理解，意味着对测量结果可信性、有效性的怀疑程度或不肯定程度，是定量说明测量结果的质量的一个参数。实际上由于测量不完善和人们的认识不足，所得的被测量值具有分散性，即每次测得的结果不是同一值，而是以一定的概率分散在某个区域內的许多个值。虽然客观存在的系统误差是一个不变值，但由于我们不能完全认知或掌握，只能认为它是以某种概率分布存在于某个区域内，而这种概率分布本身也具有分散性。测量不确定度就是说明被测量之值分散性的参数，它不说明测量结果是否接近真值。
为了表征这种分散性，测量不确定度用标准〔偏〕差表示。在实际使用中，往往希望知道测量结果的置信区间，因此，在本定义注1中规定：测量不确定度也可用标准〔偏〕差的倍数或说明了置信水准的区间的半宽度表示。为了区分这两种不同的表示方法，分别称它们为标准不确定度和扩展不确定度。
2、不确定度的来源
在实践中，测量不确定度可能来源于以下10个方面：
⑴对被测量的定义不完整或不完善；
⑵实现被测量的定义的方法不理想；
⑶取样的代表性不够，即被测量的样本不能代表所定义的被测量；
⑷对测量过程受环境影响的认识不周全，或对环境条件的测量与控制不完善；
⑸对模拟仪器的读数存在人为偏移；
⑹测量仪器的计量性能的局限性。测量仪器的不准或测量仪器的分辨力、鉴别力不够；
⑺赋与计量标准的值和参考物质（标准物质）的值不准；
⑻引用于数据计算的常量和其它参量不准；
⑼测量方法和测量程序的近似性和假定性；
⑽在表面上看来完全相同的条件下，被测量重复观测值的变化。
3、不确定度的评定方法
不确定度依据其评定方法可以分为A，B两类，它们与过去“随机误差”与“系统误差”的分类之间不存在简单的对应关系。“随机”与“系统”表示误差的两种不同的性质；“A”类与“B”类表示不确定度的两种不同的评定方法，将不确定度分为“A”类和“B”类，仅为讨论方便，并不意味着两类评定之间存在着本质上的区别，它们都基于概率分布，并都用方差和标准差表征。
4、测量不确定度评定在计量标准考核中的应用举例
一、概述
11.1 测量依据：JJG 596-2012《电子式电能表检定规程》
1.2 环境条件：温度（20±2）℃，相对湿度（60±15）%
1.3 测量标准：0.05级三相电能表标准装置
1.4 被测对象：0.5级DTSD719三相四线电子式多功能电能表
1.5 测量过程：装置输出一定功率给被检表，并对被检表进行采样积分，得到的电能值与装置输出的标准电能值进行比较，得到被检表在该功率时的相对误差。
1.6 评定结果的使用：符合上述条件的测量结果，一般可直接使用本不确定度的评定方法。
二、数学模型
γH=γW O
式中：γH——被检三相四线电子式多功能电能表的相对误差
γW O ——电能表标准检定装置上测得的相对误差
三、不确定度来源
输入量γ的标准不确定度u（γW O）的来源主要有两方面：
（1）测量重复性的不重复引入的不确定度u（γW O1）；采用A类方法评定
（2）标准装置引入的不确定度u（γW O2），采用B类方法评定；
3.1 标准不确定度分量u（γW O1）的评定
该不确定度分量主要是由于被检电能表的测量不重复性引起的，可以通过连续测量得到测量列，采用A类方法进行评定。
取1台0.5级的被检电能表，在100V5A COSΦ=1.0时，各连续测量10次，得到下测量列，如表1所示。
合并样本标准差SP=√∑Si2∕m=0.02632%
u（γWO1）=0.026%
自由度υ（γWO1）=m（n-1）=9
3.2 标准不确定度u（γWO2）的评定，该不确定度分量主要是三相电能表标准装置的不确定度引起的，采用B类评定方法。装置不确定度为0.05%，在区间内属均匀分布包含因子最大允许误差的半宽为0.05%
该装置目前可靠性为90%，自由度υ（γWO2）=50 3.3 标准不确定度u（γWO）的计算
u（γWO）=[u2（γWO1）+u2（γWO2）]1/2=0.039%
标准不确定度u（γWO）的自由度
4.合成标准不确定度评定
4.1 灵敏系数
数学模型 γH=γW O
灵敏系数 c=1
4.2 合成不确定度汇总表（如表2）
4.3 合成标准不确定度u（γW O）的估算
uc2（γH）=c2u2（γW O）
uc（γH）=|c|u（γW O）=0.039%
4.4 合成标准不确定度的有效自由度
υeff=υ（γW O）=34.73取整为35
5.扩展不确定度的评定
取置信概率p=95%，有效自由度υeff=16查t分布表并將有效自由度近似取整为2.11，得到
kp=t95（35）=2.03
扩展不确定度U95=kp·uc（γH）=2.03×0.039=0.079%
6.不确定度报告
0. 5级三相四线电子式多功能电能表在100V 5A COSΦ=1.0时相对误差测量结果的扩展不确定度为
U=0.079% υeff=34.73 K95=2.03
四、检定或校准结果的验证
采用传递比较法对本计量标准的测量不确定度进行验证。若被考核计量标准和高一级计量标准的测量结果分别为y和y0，它们的扩展不确定度（k=2）分别为U和U0，则应满足：
|y―y0|≤√U2+U02
选一台0.5级型号：DTSD719三相四线电子式多功能电能，编号5043790表，经上级检定合格，在其57.7V 5A COSφ=1.0及57.7V 5A COSφ=0.5（L）负荷点上，对装置的测量不确定度进行验证。
经本标准装置和上级检定结果分别如下：（如表3）
根据本计量标准评定出的U=0.079%k=2.03
可得U=0.079%÷2.03×2=0.0778%
根据上级计量标准提供的U=0.020%k=3
可得U0=0.020%÷3×2=0.0133%
√U2+U02=0.079%
COSφ=1.0时|y―y0|=0.010%<0.079%
COSφ=0.5（L）时|y―y0|=0.020%<0.079%
本装置的实测结果均符合要求，合格。
结语：测量不确定度的评定随着时代的发展，在计量标准考核中的重要性越来越强，认识和掌握测量不确定度的评定方法，对以后的工作开展奠定了坚实的基础。
参考文献
[1] JJF1033-2008《计量标准考核规范》实施指南.
[2] JJF1059-2012《测量不确定度评定与表示》试行.
[3] JJG 596-2012《电子式电能表检定规程》.