帶您重新認識實驗室技術"測量不確定度"

一、測量不確定度的起源與發展

不確定度(uncertainty)一詞起源于1927年德國物理學家Heisenberg在量子力學中提出的不確定度關系,又稱測不準關系。

1962年，美國國家標準局(NBS)的Youden首先在計量校準系統中提出定量表示不確定度的建議。

1980年，國際計量局(BIPM)召集和成立了不確定度表示工作組并起草了INC-1(1980)。其后國際不確定度工作組經多年討論和醞釀于1993年制定了《測量不確定度表示指南》GUM93，GUM93于1995年修訂后二版。其后,Eurachem/CITAC頒布了基于GUM的化學量測領域不確定度評定指南。

我國于1999年制定了中華人民共和國計量技術規范JJF 1059-1999《測量不確定度評定與表示》，于2012年發布JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》和JJF 1059.2-2012《用蒙特卡洛法評定測量不確定度》。后又發布中華人民共和國國家標準GB/T 27418-2017《測量不確定度評定和表示》和GB/T 27419-2018《測量不確定度評定和表示補充文件1基于蒙特卡洛方法的分布傳播》。

二、測量不確定度的意義

測量不確定度是經典的誤差理論發展的產物，目的是為了澄清一些模糊的概念和便于實際使用。

由于測量的不完善，通過測量不可能得到真值（即被測量的定義值），由測量獲得的值僅是被測量的估計值，被測量的估計值是一個統計量，具有概率分布屬性，測量不確定度是該分布的表示分散性的參數。被測量的估計值與被測量的真值之差就是測量的系統誤差，由于真值無法準確知道，也就得不到測量誤差的準確的值，用參考量值代替真值時，可以獲得測量誤差的估計值，用它可以對測量結果進行修正。

過去很長一段時間內，在給出測量結果的誤差時，往往是根據誤差分析給出一個測得值不能確定的范圍，有時又把這個范圍稱為準確度，其實這是與定義不一致的。在以往的誤差分析時，要區分系統誤差和隨機誤差，并將這兩種不同性質的誤差進行合成，對于合成的方法一直存在分歧，缺乏嚴格、合理和公認的處理辦法。因此，經過歷史的演變，現在國際上一致公認：將描述測得值的分散性或不能確定的范圍稱為"測量不確定度"，各個不確定度分量的合成一律采用方差合成的方法。因此對測量結果的可信程度不再用測量誤差描述。

測量不確定度表示方法的統一是國際貿易和技術交流不可缺少的，它可使各國進行的測量和得到的結果進行相互比對，取得相互的承認或共識。

三、測量不確定度與測量誤差的區別

根據JJF 1001-2011《通用計量術語及定義技術規范》的規定，測量誤差和測量不確定度的定義如下：

測量誤差：測得的量值減去參考量值。

測量不確定度：根據所用到的信息，表征賦予被測量量值分散性的非負參數。

四、測量不確定度評定的適用范圍

隨著測量技術發展水平的不斷提高，測量不確定度經過多年的普及以得到廣泛應用，它適用于從商業到基礎研究等很多領域的各種準確度水平的測量，可適用于廣闊的測量領域：

a) 生產過程中的質量控制和質量保證；

b) 法律和法規的符合性判斷（基于風險水平考慮）；

c) 在科學和工程領域進行的基礎研究、應用研究和研發工作，應提出目標不確定度，并做出不確定度預先分析報告，論證目標不確定度的可行性；

d) 為溯源到國家測量標準，通過國家的測量系統對測量標準和儀器的校準需報告測量不確定度；

e) 研制、保存國際和國家物理測量標準（包括標準物質）；

f) 作為儀器設備準確度技術指標的表述方式；

g) 以及開展實驗室比對。