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不确定度体系的弊病与错误(6)
混淆手段与对象
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史锦顺
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9 手段与对象的区分
一个巴掌拍不响,测量计量必然有手段与对象两个方面。
测量的目的是求得被测量的量值。被测量是认识的对象。测量的工具是测量仪器。测量方法、测量仪器是测量的手段。计量的工具是计量标准(包括附属设备,下同),计量的对象是被检仪器。
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区分两类测量,区分对象与手段,在测量计量中十分重要。
物理量的变化远小于测量仪器误差时,是基础测量(常量测量),测量误差范围由测量仪器误差决定;测量仪器误差远小于物理量的变化时,是统计测量,偏差范围由物理量的变化决定。随着测量仪器精度的提高,统计测量越来越多。
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还有一种情况,介于二者之间,物理量的变化与测量仪器的误差相差不多,不能忽略其中的一个。用差分法表达如下。
设物理量为L,物理量的变化为ΔL变;测量仪器的绝对误差为Δ测,测得值为L测,测得值总偏差为ΔL总。
L测 =L+Δ测
L= L变+ΔL变
Lo+ΔL总=Lo+ΔL变+Δ测
ΔL总=ΔL变+Δ测
注意到误差与变化量都是可正可负的,这样,其范围是
+|ΔL总| =+(|ΔL变|+|Δ测|)
-|ΔL总| =-(|ΔL变|+|Δ测|)
简写为
ΔL总=±(|ΔL变|+|Δ测|)
表为相对误差形式,并将相对误差表为绝对值,有
δL总=δL变+δ测 (6.1)
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根据(6.1)式,可划分出两类正常测量,以及一类特种测量,称混合测量。
第一类:基础测量。物理量变化δL变可略,总偏差范围δL总等于测量误差范围δ测;
第二类:统计测量。测量误差范围δ测可略,总偏差范围δL总等于统计偏差范围δL变;
以上两类测量是正常测量。而基础测量与统计测量交叉的情况,称混合测量。混合测量的总偏差范围由测量误差范围与量值变化范围合成,简易而保险的方法是取绝对值之和。
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有些测量,例如物理常数的测量,不必有时也不可能区分是测量误差还是物理量的变化,这可称为“不确定度”。(1971国际物理常数。注意,这里的用法与GUM不同。)
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现实的测量,有特定的对象与目的。
第一种测量,被测量是常量,要求准确知道被测量的量值,测量仪器的误差决定了测量的误差。测量误差满足要求,就是有效的测量。
第二种测量是认知被测量的量值及其变化情况,此时所用仪器的误差应该可略,如果仪器误差与被测量的变化数值上差不多,就达不到认识“量值变化量”的目的,就是无效的测量。
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除物理常数测量等特殊测量以外,有效的测量,不能是混合测量。而不确定度意义下的测量,不区分两类测量,都是混合测量。这种测量混淆对象与手段,其表达结果都错了。
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10 不确定度体系关于对象与手段的混淆
10.1 关于A类评定的除以根号N
不确定度概念,是描述误差的概念,还是描述量值变化的概念?似乎二者都包括。GUM符号表中的Y,既可以是被测量量值(客观值,即真值),也可以是随机变量。σ除以根号N,仅对随机误差可以,而对随机变量是不行的,随机变量的表征量是单值的σ。
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10.2 A类评定的作法
用测量仪器重复测量被测量,得系列测量值Mi,按贝塞尔公式计算σ。这种重复测量,即可能是基础测量,如用卡尺测量检验加工机械加工件的尺寸;也可能是统计测量,如用标准电池检定电压表。什么是对象,什么是手段,在不确定度体系下,是混沌的。表达也就出错。
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10.3 测量不确定度评定中的所谓“人、机、料、法、环”
直接测量的误差,取决于测量仪器的误差。方法误差、环境因素的误差都包含在仪器的正常使用方法、正常使用条件的规范之内。正常人的视差也包括了。值得议论的是“机、料”两条。测量中,机就是测量所用的仪器,由仪器决定测量误差是当然的。而“料”是什么?测量中,只能理解为“被测量”。把被测量的变化、算成测量误差,就是混淆了两类测量,混淆了对象和手段。
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10.4 计量的不确定度
在检定、校准的合格性判别(或称符合性声明)中,都有决定待定区半宽的不确定度U95。该U95本是手段的问题,却都包含了对象的因素。都错了。
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10.5 计量装置的能力
评定计量标准的能力(CMC)要计入被检对象的性能,是错误的。
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10.6 在哪里可用?
不确定度体系的关于对象与手段的统一处理的办法,仅仅适用于物理常数测量等极其特殊的场合。确有适用的地方,那是在测量计量金字塔的顶尖上。把不确定度的一套送回到它该呆的地方;不准它在测量计量的广大的通用的领域中扰民!
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