電子衡器測量不確定度的相關(guān)問題
時間：2015-08-27 11:08:52 作者：qicheheng
衡器是利用力的杠桿平衡原理測定物體質(zhì)量的儀器，主要品種包括天平、臺秤、地中衡、郵政稱等等。自上世紀(jì)50年代中期，電子技術(shù)已經(jīng)開始滲透到衡器的發(fā)展中。電子衡器主要有稱重承載器、稱重傳感器、稱重儀表三個部分組成，配有電子稱量裝置。電子衡器的原理是，當(dāng)我們把物體放在電子稱臺上，作用在承載器上的力的大小，通過傳感器轉(zhuǎn)換成電子信號，最后會以模擬或數(shù)字的形式在稱重表上顯示出來。電子衡器的使用大大縮短了工作日寸間，提高了勞動效率，降低了勞動強度，也給企業(yè)的質(zhì)量檢查、管理提供了準(zhǔn)確、可靠的參考依據(jù)。測量不確定度是指表征合理地賦予被測量之值的分散性與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。
測量不確定度的不確定性體現(xiàn)在測量結(jié)果的誤差性、測量結(jié)果的可靠性以及不肯定程度，并以參數(shù)的形式來反映測量結(jié)果的質(zhì)量。由于獲取的測量值會受到各種因素的影響，導(dǎo)致其具有分散性特點，盡管每次得到的測量值都是不同的，但具有一定的規(guī)律，是按照一定概率分散在某個數(shù)值區(qū)間的，并且這種概率也具有一定的分散性特征。測量不確定度就反映出被測量值的分散性參數(shù)依據(jù)的就是這種分散性特征，利用這種特征還能夠確定測量結(jié)果的數(shù)據(jù)與真值的接近程度。如果利用標(biāo)準(zhǔn)差或標(biāo)準(zhǔn)偏差的數(shù)據(jù)值來表示測量不確定度，就可以把這種分散性特征表征化。在實際使用時，就可以利用測量不確定度來計算測量結(jié)果的置信區(qū)間，因此測量不確定度可以用標(biāo)準(zhǔn)偏差和置信區(qū)間的半寬度來表示。很多人認(rèn)為不確定度就是誤差，其實不確定度與誤差雖然有聯(lián)系，但還是存在很大區(qū)別的。所謂誤差，是在正確測量的前提下，所測得的數(shù)值和真實值之間的差異。雖然不確定度的研究手段和誤差相似，但是從本質(zhì)上講，兩者還是存在著很大的差異，測量不確定度是以誤差理論為基礎(chǔ)產(chǎn)生和發(fā)展起來的。兩者的差異主要體現(xiàn)在定義上，測量不確定度分析和評定的是整個測量過程的分散性數(shù)據(jù)，它是一個數(shù)值區(qū)間，而測量誤差反映出的是測量結(jié)果與真值之間的差度值。
在具體操作上，測量不確定度和測量誤差也具有一定的區(qū)別，雖然兩者都是估計值，不能夠代表真實值，不能用來對量值進行修正，但是測量不確定度的過程很容易受到人為因素的影響，而誤差幾乎不受測量人員的專業(yè)水平、認(rèn)識程度的影響，是一種更客觀存在的現(xiàn)象，根據(jù)測量的性質(zhì)不同它的分類也是干差萬別的，甚至有時它還可以對測量進行修正。從兩者的具體操作過程中不難發(fā)現(xiàn)，兩者在很多方面都存在不同之處，只有把這些不同之處都弄清楚，才能更好地將測量不確定度運用到計量檢測工作中，避免與誤差測量工作混為一談。要想保證不確定度評定最終結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須對測量結(jié)果的不確定來源進行合理的分析。
首先應(yīng)明確以下幾方面對該結(jié)果有著直接的影響：驗室對測量控制體系的控制和評定人員對測量原理、方法的理解。因此要想正確評定測量結(jié)果不確定度，必須對測量結(jié)果不確定來源進行準(zhǔn)確分析和識別。由于測量結(jié)果有很多不確定度來源，可以詳細(xì)分成以下幾種情況：第一、按不確定度的來源途徑分類。批量物質(zhì)物理特性的不確定度來源應(yīng)至少包括三個部分。首先，批量樣品的代表性導(dǎo)致的取樣不確定度分量。由于很多天然物質(zhì)的屬性都是非均勻的或稱具有分散性，或者有些測量是破壞性的等原因的限制，必須進行抽樣測量，客觀上導(dǎo)致了測量結(jié)果的不確定度。其次，樣品的均勻性導(dǎo)致的制樣不確定度分量。由于試樣樣品是從批樣中選出的，和批量樣品的代表性導(dǎo)致的取樣不確定度分量原理一致，樣品的均勻性也會導(dǎo)致的制樣不確定度分量。最后，測量導(dǎo)致的測量結(jié)果的不確定度分量，其包括被測量定義不完整和測量、測量程序不理想兩部分導(dǎo)致測量、測量結(jié)果不確定度。被測量定義不完整將導(dǎo)致方法偏差，可通過標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測量進行評定。測量程序可能的不確定度來源則包括以下因素：①制備試樣；②標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)；③試劑的純度；④測量、測量設(shè)備；⑤環(huán)境；⑥測量(分析)數(shù)據(jù)的采集；⑦引用數(shù)據(jù)和其他參數(shù)的不確定度；⑧數(shù)據(jù)的處理；⑨測量結(jié)果按方法標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的精度進行修約導(dǎo)致的最終報告結(jié)果的不確定度。需要注意的是：不管是有組織的能力驗證還是單個實驗室的測量，都具有一定的局限性。一般來說，“測量不確定度”并不是指批量物質(zhì)物理特性的不確定度，而是指測量／測試程序?qū)е碌慕Y(jié)果不確定度。第二、按不確定度輸入量與輸出量的因果關(guān)系分類：①導(dǎo)致系統(tǒng)效應(yīng)不確定度的分量：標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的溯源，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和參考標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)必須溯源至國際單位或約定真值得完整結(jié)果：不明確的被測量定義；儀器校準(zhǔn)值偏差，儀器示值MPE；復(fù)現(xiàn)被測量的測量／測試方法不理想引用數(shù)據(jù)或其他參量。②導(dǎo)致隨機效應(yīng)不確定度的分量：取樣不確定度；環(huán)境影響：被測量特性的重復(fù)性。在計量檢定電子測量裝置的過程中，不僅僅是要獲得測量結(jié)果，更重要的是在這個過程中得到標(biāo)準(zhǔn)的不確定度和擴展不確定度。就拿家用中的電能表來說，由于家用的很多電器都與電能表有著很大的關(guān)系，它的作用不可或缺，所以很有必要對其不確定度進行測量。在測量檢定的過程中，首先需要充分的考慮各種可能影響不確定度的因素，再嚴(yán)格的按照相關(guān)的規(guī)范步驟計算出擴展不確定度。
其次，由于測量檢定電能表時使用到了標(biāo)準(zhǔn)裝置，和不確定度的測量的檢定方法幾乎一致，所以也必須考慮到在不確定度的測量檢定過程中可能出現(xiàn)的各種影Ⅱ向因素。為了保證相關(guān)報告證書的清晰、準(zhǔn)確，在編寫和出示該證書時應(yīng)該把各項數(shù)據(jù)都一一列出。此外在計量檢定出租車的計時計價器時，僅僅從計價器的不同收費時段這個角度進行分析是不夠的，還必須整合各階段分散化的數(shù)據(jù)值，把這些數(shù)據(jù)值合成標(biāo)；隹的不確定度，進而計算出擴展不確定度，并且合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴展不確定度都應(yīng)該包含在測量報告中，根據(jù)計時器的使用誤差值計算得出實測使用誤差，給出相應(yīng)的誤差表達(dá)式。綜上所述不難發(fā)現(xiàn)，運用不確定度測量，能夠?qū)ο到y(tǒng)裝置復(fù)雜的計量檢定提供多個參量，保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。雖然，我國的電子衡器產(chǎn)業(yè)進入了快速發(fā)展的通道，產(chǎn)品也開始有了質(zhì)的變化。無論是產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)還是制造水平，都有了跨越式的進展，已經(jīng)開始設(shè)計并制造運行快、計量準(zhǔn)確、精密度高的各類電子衡器。不過與發(fā)達(dá)國家相比較，無論是技術(shù)層面、規(guī)模、品種等諸多方面還是有著不小的差距，特別是在長期穩(wěn)定性、精確度、可靠性等方面有待提高。
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