JJF1059.1-2012规程测量不确定度评定与表示

JJF中华人民共和国国家计量技术规范JJF1059.1-2012测量不确定度评定与示EvaluationandExpressionofUncertaintyinMeasurement2012-12-03发布2013-06-03实施国家质量监督检验检疫总局发布测量不确定度评定与表示EvaluationandExpressionOfUncertaintyinMeasurement归口单位：全国法制计量管理计量技术委员会起草单位：江苏省计量科学研究院中国计量科学研究院北京理工大学国家质检总局计量司本规范委托全国法制计量管理计量技术委员会解释本规范起草人：叶德培赵峰(江苏省计量科学研究院)施昌彦原遵东(中国计量科学研究院)沙定国(北京理工大学)周桃庚(北京理工大学)陈红(国家质检总局计量司)目录引言1范围2引用文献3术语和定义4测量不确定度的评定4.1测量不确定度来源分析4.2测量模型的建立4.3不确定度的评定4.4合成标准不确定度的计算4.5扩展不确定度的确定5测量不确定度的报告与表示6.测量不确定度的应用附录A测量不确定度评定举例(参考件)附录B分布在不同概率p与自由度的值(值)(补充件)附录C有关量的符号汇总(补充件)附录D术语的英汉对照(参考件)1引言本规范是对JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》的修订。本次修订的依据是十多年来我国贯彻JJF1059-1999的经验以及最新的国际标准ISO/IECGuide98-3-2008《测量不确定度第3部分：测量不确定度表示指南》(Uncertaintyofmeasurement-Part3：GuidetotheExpressionofUncertaintyinMeasurement以下简称GUM)，与JJF1059-1999相比，主要修订内容有：--编写格式改为符合JJF1071-2010《国家计量校准规范编写规则》的要求。--所用术语采用JJF1001-2011《通用计量术语及定义》中的术语和定义，例如更新了“测量结果”和“测量不确定度”的定义，增加了“测得值”，“测量模型”，“测量模型的输入量”和“输出量”，并以“包含概率”代替了“置信概率”等。本规范还增加了一些与不确定度有关的术语，如“定义不确定度”，“仪器的测量不确定度”，“零的测量不确定度”，“目标不确定度”等。--对适用范围作了补充，明确指出：本规范主要涉及有明确定义的、并可用唯一值表征的被测量估计值的不确定度，也适用于实验、测量方法、测量装置和系统的设计和理论分析中有关不确定度的评定与表示。本规范的方法主要适用于输入量的概率分布为对称分布、输出量的概率分布近似正态分布或t分布，并且测量模型为线性模型或可用线性模型近似表示的情况。当上述适用条件不能完全满足时，可采用一些近似或假设的方法处理，或考虑采用蒙特卡洛法（简称MCM）评定测量不确定度.本规范的方法（GUM法）的评定结果可以用蒙特卡洛法验证，验证评定结果一致时仍然可以使用GUM法进行不确定度评定。因此本规范仍然是最常用和最基本的方法。--在A类评定方法中，根据计量的实际需要，增加了常规计量中可以预先评估重复性的条款。--合成标准不确定度评定中增加了各输入量间相关时协方差和相关系数的估计方法，以便处理相关的问题。--弱化了给出自由度的要求，只有当需要评定Up或用户为了解所评定的不确定度的可靠程度而提出要求时才需要计算和给出合成不确定度的有效自由度υeff。--本规范从实际出发规定：一般情况下，在给出测量结果时报告扩展不确定度U。在给出扩展不确定度U时，一般应注明所取的k值。若未注明k值，则指k=2。--增加了第6章：测量不确定度的应用，包括：校准证书中报告测量不确定度的要求、实验室的校准和测量能力表示方法等。--取消了原规范中关于概率分布的附录，将其内容放到B类评定的条款中。--增加了附录A：测量不确定度评定方法举例。附录A.1是标准不确定度的B类评定方法举例.附录A.2是关于合成不确定度评定方法的举例.附录A.3是不同类型测量时测量不确定度评定方法举例.包括量块的校准、温度计的校准、硬度计量、样品中所含氢氧化钾的质量分数测定和工作用玻璃液体温度计的校准五个例子。前三个例子来自GUM。目的是使本规范的使用者开阔视野，更深入理解不同情况下的测量不确定度评定方法。例子与数据都是被选用来说明本规范的原理的，因此不必当作实际测量的叙述，更不能用来代替某项具体校准中不确定度的评定。本规范的目的是：——促进以充分完整的信息表示带有测量不确定度的测量结果；——为测量结果的比较提供国际上公认一致的依据。本规范规定的评定与表示测量不确定度的方法满足以下要求：----适用于各种测量领域和各种准确度等级的测量；----测量不确定度能从对测量结果有影响的不确定度分量导出，且与这些分量怎样分组无关，也与这些分量如何进一步分解为下一级分量无关；----当一个测量结果用于下一个测量时，其不确定度可作为下一个测量结果不确定度的分量。----在诸如工业、商业及与健康或安全有关的某些领域中，往往要求提供较高概率的区间，本方法能方便地给出这样的区间及相应的包含概率。本规范仅给出了在最常见情况下评定与表示测量不确定度的原则、方法和简要步骤，其中的注和举例，旨在对原则和方法作详细说明，以便于进一步理解和有助于实际应用。在一些特殊情况下，本规范的方法可能不适用或规范不够具体，例如测量如何模型化、非对称分布或非线性测量模型时的不确定度评定等。此外，对于在特殊专业领域中的应用，鼓励各专业技术委员会依据本规范制定专门的技术规范或指导书。本规范包含四个附录，附录A“测量不确定度评定举例”它是资料性附录，仅作参考；附录B“t分布在不同概率p与自由度的tp()值（t值）表”和附录C“有关量的符号汇总”是规范性附录，所用的基本符号，取自GUM及有关的ISO、IEC标准；附录D“术语的英汉对照”供参考。测量不确定度评定与表示1范围a）本规范所规定的评定与表示测量不确定度的通用方法，适用于各种准确度等级的测量领域，例如：1)国家计量基准、计量标准的建立及量值的比对；2)标准物质的定值、标准参考数据的发布；3)测量方法、检定规程、检定系统表、校准规范等技术文件的编制；4)计量资质认定、计量确认、质量认证以及实验室认可中对测量结果及测量能力的表述；5)测量仪器的校准、检定以及其他计量服务；6)科学研究、工程领域、贸易结算、医疗卫生、安全防护、环境监测、资源保护等领域的测量。b）本规范主要涉及有明确定义的，并可用唯一值表征的被测量估计值的测量不确定度。至于被测量呈现为一系列值的分布或取决于一个或多个参量(例如，以时间为参变量)，则对被测量的描述是一组量，应给出其分布情况及其相互关系。c）本规范也适用于实验、测量方法、测量装置、复杂部件和系统的设计和理论分析中有关不确定度的评估与表示。d）本规范主要适用于以下条件：1）可以假设输入量的概率分布呈对称分布；2）可以假设输出量的概率分布近似为正态分布或t分布；3）测量模型为线性模型，可以转化为线性模型或可用线性模型近似的模型。当上述适用条件不能完全满足时，可采用一些近似或假设的方法处理，或考虑采用蒙特卡洛法（简称MCM）评定测量不确定度，…即采用概率分布传播的方法。MCM的使用详见JJF1059.2：2012《用蒙特卡洛法评定测量不确定度》。当用本规范的方法(简称GUM法)评定的结果得到蒙特卡洛法验证时，则依然可以用本规范的方法评定测量不确定度。2引用文件本规范引用了下列文件：JJF1001-2011通用计量术语及定义GB/T8170-2008数值修约规则与极限数值的表示和判定GB3101-1993有关量、单位和符号的一般原则GB4883-2008数据的统计处理和解释正态样本离群值的判断和处理ISO/IECGuide98-3-2008测量不确定度-第三部分：测量不确定度表示指南（Uncertaintyofmeasurement—Part3:Guidetotheexpressionofuncertaintyinmeasurement）ISO3534-1：2006统计学术语和符号第1部分：一般统计术语和概率术语（StatisticsVocabularyandSymbolsPart1：Generalstatisticaltermsandtermsusedinprobability）。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。3术语和定义本规范中的计量学术语采用JJF1001-201X《通用计量术语及定义》及国际标准ISO/IECGuide99：2007（即VIM第三版）。本规范中所用的概率和统计学术语基本采用国际标准ISO3534-1-1993的术语和定义。3.1被测量measurand(新定)拟测量的量。JJF1001:20111059-1999GUMVIM第二版IEC60050作为测量对象的特定量受测量的特定量受到测量的量受到测量的量注：1.对被测量的说明要求了解量的种类，以及含有该量的现象、物体或物质状态的描述，包括有关成分及化学实体。2.在VIM第二版和IEC60050-300:2001中,被测量定义为受到测量的量.3.测量包括测量系统和测量条件，它可能会改变研究中的现象、物体或物质，使受到测量的量可能不同于定义的被测量。在这种情况下，适当的修正是必要的。例：1)用内阻不够大的电压表测量电压时,电池两端之间的电位差会降低，开路电位差可从电池和电压表的内阻计算得到。2)钢棒在与环境温度23℃平衡时长度不同与拟测量在规定温度20℃时长度，这种情况下必须加以修正。3)在化学中,“分析物”或者物质或化合物的名称有时被称为“被测量”。这种用法是错误的，因为这些术语并不涉及测量。3.2测量结果measurementresult，resultofmeasurement[新定]与其它有用的相关信息一起赋予被测量的一组量值。(JJF1001:2011)由测量所得的赋予被测量的值(JJF1001-1998,JJF1059:1999,GUM.)注1测量结果通常包含这组量值的“相关信息”,诸如某些可以比其他方式更能代表被测量的信息。它可以概率密度函数（PDF）的方式表示。注2：测量结果通常表示为单个测得的量值和一个测量不确定度。对某些用途，如认为测量不确定度可忽略不计，则测量结果可表示为单个测得的量值。在许多领域中这是表示测量结果的常用方式。注3:在传统文献和上版VIM中，测量结果定义为赋予被测量的值，并按情况解释为平均示值、未修正的结果或已修正的结果。3.3测得的量值(新定)又称量的测得值,简称测得值,代表测量结果的量值.注:1.对重复示值的测量,每个示值可提供相应的测得值.用这一组独立的测得值可计算出作为结果的测得值.如平均值或中位值.通常它附有一个已减少了的相关联的测量不确定度.2.当认为代表被测量的真值范围与测量不确定度相比小得多时,量的测得值可认为是实际唯一真值的估计值.通常是通过重复测量获得的各独立测得值的平均值或中位值.3.当认为代表被测量的真值范围与测量不确定度相比不太小时,被测量的测得值通常是一组真值的平均值或中位值的估计值.4.在测量不确定度(GUM)中,对测得的量值使用术语有“测量结果”，“被测量的值的估计”或“被测量的估计值”。3.4测量精密度measurementprecision简称精密度(precision)在规定条件下，对同一或类似被测对象重复测量所得示值或测得值间的一致程度。注:1.测量精密度通常用不精密度以数字形式表示.如在规定测量条件下的标准差,方差或变异系数.2.规定条件可以是重复性测量条件,期间精密度测量条件或复现性测量条件.3.测量精密度用于定义测量重复性,期间性测量精密度或测量复现性.4.术语测量精密度有时用于指测量准确度,这是错误的.3.5测量重复性measurementrepeatability简称重复性（repeatability）在一组重复性测量条件下的测量精密度。3.6重复性测量条件measurementrepeatabilityconditionofmeasurement简称重复性条件（repeatabilitycondition）相同测量程序、相同操作者、相同测量系统、相同操作条件和相同地点，并在短时间内对同一或相类似被测对象重复测量的一组测量条件。注：在化学中，术语“序列内精密度测量条件”有时用于指“重复性测量条件”。3.7测量复现性简称复现性在复现性测量条件下的测量精密度.3.8复现性测量条件.简称复现性条件不同地点、不同操作者、不同测量系统、对同一或相类似被测对象重复测量的一组测量条件。注：1.不同的测量系统可采用不同的测量程序.2.在给出复现性时,应说明改变和未变的条件及实际改变到什么程序.3.9期间精密度测量条件简称期间精密度条件除了相同测量程序、相同地点、以及在一个较长时间内对对同一或相类似被测对象重复测量的一组测量条件外,还可包括涉及改变的其他条件。注:1.改变可包括新的校准,测量标准器,操作者和测量系统.2.对条件的说明应包括改变和未变的条件以及实际改变到什么程序.3.在化学中,术语“序列间精密度测量条件”有时用于“期间精密度测量条件”。3.10实验标准偏差experimentalstandarddeviation简称实验标准差对同一被测量作n次测量，表征测量结果分散性的量。用符号s表示.注:1.n次测量中某个测得值xk的实验标准差s(xk)可按贝塞尔公计算:式中：xi是第i次测量的测得值，n是测量次数，是n次测量所得一组测得值的算术平均值。2.n次测量的算术平均值的实验标准偏差为：3.11测量误差(新定)简称误差测得的量值减去参考量值.JJF1001:2011测量结果减去被测量的真值98,VIM-1993注:1.测量误差的概念在以下两种情况下均可使用:(1)当涉及存在单个参考量值,如用测得值的测量不确定度可忽略的测量标准进行校准.或约定量值给定时,测量误差是已知的.(2)假设被测量使用唯一的真值,或范围可忽略的一组真值表征时,测量误差是未知的.2.测量误差不应与出现的错误或过失混淆.3.12测量不确定度measurementuncertainty(新定)简称不确定度（uncertainty）JJF1001:2011根据所获信息，表征赋予被测量值分散性的非负参数。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.98注：1.测量不确定度包括由系统影响引起的分量，如与修正量和测量标准所赋量值有关的分量及定义的不确定度。有时对估计的系统影响未作修正，而是当作不确定度分量处理。2.此参数可以是诸如称为标准测量不确定度的标准偏差（或其特定倍数），或是说明了包含概率的区间半宽度。3.测量不确定度一般由若干分量组成。其中一些分量可根据一系列测量值的统计分布，按测量不确定度的A类评定进行评定，并用实验标准偏差表征。而另一些分量则可根据经验或其它信息假设的概率分布，按测量不确定度的B类评定进行评定，也用标准偏差表征。4．通常，对于一组给定的信息，测量不确定度是相应于所赋予被测量的量值的。该值的改变将导致相应的不确定度的改变。5.本定义是按2008版VIM给出,而在GUM中的定义是: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.3.13标准不确定度standarduncertainty全称标准测量不确定度（standardmeasurementuncertainty）以标准偏差表示的测量不确定度。3.14测量不确定度的A类评定TypeAevaluationofmeasurementuncertainty简称A类评定（TypeAevaluation）对在规定测量条件下测得的量值，用统计分析的方法进行的测量不确定度分量的评定。注：规定测量条件是指重复性测量条件、期间精密度测量条件或复现性测量条件。3.15测量不确定度的B类评定TypeBevaluationofmeasurementuncertainty简称B类评定（TypeBevaluation）用不同于测量不确定度A类评定的方法进行的测量不确定度分量的评定。例：评定基于以下信息：-权威机构发布的量值，-有证标准物质的量值，-校准证书，-仪器的漂移，-经检定的测量仪器准确度等级，-根据人员经验推断的极限值等。3.16合成标准不确定度combinedstandarduncertainty全称合成标准测量不确定度（combinedstandardmeasurementuncertainty）由在一个测量模型中各输入量的标准测量不确定度获得的输出量的标准测量不确定度。注：在测量模型中输入量相关的情况下，当计算合成标准不确定度时必须考虑协方差。3.17相对标准不确定度relativestandarduncertainty全称相对标准测量不确定度（relativestandardmeasurementuncertainty）标准不确定度除以测得值的绝对值。3.18扩展不确定度expandeduncertainty全称扩展测量不确定度expandedmeasurementuncertainty合成标准不确定度与一个大于1的数字因子的乘积。注：1.该因子取决于测量模型中输出量的概率分布类型及所选取的包含概率。2.本定义中术语“因子”是指包含因子。3.19包含区间coverageinterval(新增)基于可获信息确定的包含被测量一组值的区间，被测量值以一定概率落在该区间内。注：1.包含区间不必以所选的测得值为中心。2.不应把包含区间称为置信区间，以避免与统计学概念混淆。3.包含区间可由扩展测量不确定度导出.3.20包含概率coverageprobability(新增)在规定的包含区间内包含被测量的一组值的概率。注：1.为避免与统计学概念混淆,不应把包含概率称为置信水平。2.在GUM中包含概率又称置信的水平.2．包含概率替代了曾经使用过的置信水准(levelofconfidence)3.21包含因子coveragefactor为获得扩展不确定度，对合成标准不确定度所乘的大于1的数。注：包含因子通常用符号k表示。3.22测量模型measurementmodel(新增)简称模型model测量中涉及的所有已知量间的数学关系。注：1.测量模型的通用形式是方程：h(Y，X1，…，Xn)=0，其中测量模型中的输出量Y是被测量，其量值由测量模型中输入量X1，…，Xn的有关信息推导得到。2.在有两个或多个输出量的较复杂情况下，测量模型包含一个以上的方程。3.23测量函数(新增)在测量模型中,由输入量的已知量值计算得到的值是输出量的测得值时,输入量与输出量之间的函数关系.注:1.如果测量模型h(Y,X1---XN)=0可明确写成Y=f(X1---XN),其中:Y是测量模型中的输出量,则函数f是测量函数.更通俗地说,f是一个算法符号,算出与输入量X1---XN相应的输出量y=(x1,---xN)2.测量函数也用于计算测得值Y的测量不确定度.3.24测量模型中的输入量inputquantityinameasurementmodel简称输入量（inputquantity）为计算被测量的测得值而必须测量的量，或其值可用其它方式获得的量。例：当被测量是在规定温度下某钢棒的长度时，则实际温度、在实际温度下的长度以及该棒的线热膨胀系数为测量模型中的输入量。注：1.测量模型中的输入量往往是某个测量系统的输出量。2.示值、修正值和影响量可以是测量模型中的输入量。3.25测量模型中的输出量outputquantityinameasurementmodel简称输出量（outputquantity）用测量模型中输入量的值计算得到的测得值的量。3.26定义的不确定度definitionaluncertainty(新增)由于被测量定义中细节量有限所引起的测量不确定度分量。注：1.定义的不确定度是在任何给定被测量的测量中实际可达到的最小测量不确定度。2.所描述细节中的任何改变导致另一个定义的不确定度。3.27仪器的测量不确定度instrumentalmeasurementuncertainty(新增)由所用测量仪器或测量系统引起的测量不确定度的分量。注：1.除原级测量标准采用其他方法外，仪器的不确定度是通过对测量仪器或测量系统的校准得到。2.仪器不确定度通常按B类测量不确定度评定。3.对仪器的测量不确定度的有关信息可在仪器说明书中给出。3.28零的测量不确定度nullmeasurementuncertainty(新增)测量值为零时的测量不确定度。注：1.零的测量不确定度与零位或接近零的示值有关，它包含被测量小到不知是否能检测的区间或仅由于噪声引起的测量仪器的示值区间。2.零的测量不确定度的概念也适用于当对样品与空白进行测量并获得差值时.3.29不确定度报告uncertaintybudget[2.33](新增)对测量不确定度的陈述，包括测量不确定度的分量及其计算和合成。注：不确定度报告应该包括测量模型、估计值、测量模型中与各个量相关联的测量不确定度、协方差、所用的概率密度函数的类型、自由度、测量不确定度的评定类型和包含因子。3.30目标不确定度targetuncertainty(新增)全称目标测量不确定度（targetmeasurementuncertainty）根据测量结果的预期用途,规定为上限的测量不确定度。3.31自由度degreesoffreedom在方差的计算中，和的项数减去对和的限制数。注：1在重复性条件下，用n次独立测量确定一个被测量时,所得的样本方差为，其中vi为残差:，，…。因此，和的项数即为残差的个数n，而(当n较大时)是一个约束条件，即限制数为1。由此可得自由度=n-1。2当用测量所得的组数据按最小二乘法拟合的校准曲线确定t个被测量时，自由度=n-t。如果另有r个约束条件，则自由度=n-(t+r)。3自由度反映了相应实验标准偏差的可靠程度。用贝塞尔公式估计实验标准偏差s时，s的相对标准差为：。若测量次数为10，则=9，表明估计的s的相对标准差约为0.24，可靠程度达76%。4合成标准不确定度uc(y)的自由度，称为有效自由度eff，用于在评定扩展不确定度Up时求得包含因子kp。3.32协方差(covariance)协方差是两个随机变量相互依赖性的度量，它是两个随机变量各自的误差之积的期望。用符号C0V(X,Y)或V(X,Y)表示V(X,Y)=E[(x-mx)(y-my)]注：定义的协方差是在无限多次测量条件下的理想概念。有限次测量时协方差的估计值用s(x，y)表示：式中有限次测量时两个随机变量算术平均值的协方差估计值用s(x,y)表示:S(x,y)=3.33相关系数correlationcoefficient相关系数是两个变量之间相互依赖性的度量，它等于两个变量间的协方差除以各自方差之积的正平方根，用符号(x,y)表示注：1，定义的相关系数是在无限多次测量条件下的理想概念。有限次测量时相关系数的估计值用r(x,y)表示，2，相关系数是一个[-1，+1]间的纯数，3，对于多变量概率分布，通常给出相关系数矩阵，该矩阵的对角线元素为1。测量不确定度与测量误差的主要区别序号测量误差测量不确定度1测量误差表明被测量估计值偏离参考量值的程度测量不确定度表明测得值的分散性2是一个有正号或负号的量值，其值为测得值减去被测量的参考量值，参考量值可以是真值或标准值、约定值是被测量估计值概率分布的一个参数，用标准偏差或标准偏差的倍数表示该参数的值，是一个非负的参数。测量不确定度与真值无关3参考量值为真值时，测量误差是未知的。测量不确定度可以由人们根据测量数据、资料、经验等信息评定，从而可以定量评定测量不确定度的大小4误差是客观存在，不以人的认识程度而改变评定的测量不确定度与人们对被测量和影响量及测量过程的认识有关5测量误差按其性质可分为随机误差和系统误差，涉及真值时，随机误差和系统误差都是理想概念测量不确定度分量评定时一般不必区分其性质，若需要区分时应表述为：“由随机影响引入的测量不确定度分量”和“由系统影响引入的测量不确定度分量”6测量误差的大小说明赋予被测量的值的准确程度测量不确定度的大小说明赋予被测量的值的可信程度7当用标准值或约定值作为参考量值时，可以得到系统误差的估计值，已知系统误差的估计值时，可以对测得值进行修正，得到已修正的被测量估计值不能用测量不确定度对测得值进行修正，已修正的被测量估计值的测量不确定度中应考虑由修正不完善引入的测量不确定度4.测量不确定度的评定本规范对测量不确定度评定的方法简称GUM法,用GUM法评定测量不确定度的一般流程见图1.图1用GUM法评定不确定度的一般流程4.1测量不确定度来源分析4.1.1由测量所得的测得值只是被测量的估计值，测量过程中的随机影响及系统影响均会导致测量不确定度。对已认识的系统影响进行修正后的测量结果仍然只是被测量的估计值，还存在由随机影响导致的不确定和由于对系统影响修正不完善导致的不确定度。从不确定度评定方法上所作的A类评定、B类评定的分类与产生不确定度的原因无任何联系，不能称为随机不确定度和系统不确定度。4.1.2在实际测量中,有许多可能导致测量不确定度的来源.例如:a)被测量的定义不完整；b)复现被测量的测量方法不理想；c)取样的代表性不够，即被测样本不能代表所定义的被测量；d)对测量过程受环境影响的认识不恰如其分或对环境的测量与控制不完善；e)对模拟式仪器的读数存在人为偏移；f)测量仪器的计量性能(如最大允许误差、灵敏度、鉴别力、分辨力、死区及稳定性等)的局限性,即导致仪器的不确定度；g)测量标准或标准物质提供的标准值不准确；h)引用的数据或其他参量值的不准确；i)测量方法和测量程序中的近似和假设；j)在相同条件下,被测量重复观测值的变化。测量不确定度的来源必须根据实际测量情况进行具体分析。分析时,除了定义的不确定度外,可从测量仪器、测量环境、测量人员、测量方法等方面全面考虑，特别要注意对测量不确定度影响较大的不确定度来源，应尽量做到不遗漏，不重复。4.1.3修正仅仅是对系统误差的补偿，修正值是具有不确定度的。在评定已修正的被测量的估计值的测量不确定度时，要考虑修正引入的不确定度。只有当修正值的不确定度较小，且对合成标准不确定度的贡献可忽略不计的情况下，可不予考虑。(有时修正值小而不修正,以不确定度处理)4.1.4测量中的失误或突发因素不属于测量不确定度来源。在测量不确定度评定中，应剔除测得值中的离群值（异常值），离群值的剔除应通过对数据的适当检验后进行。注：离群值的判断和处理方法可见GB/T8443-2008《数据的统计处理和解释正态样本离群值的判断和处理》。4.2测量模型的建立4.2.1测量中，当被测量(即输出量)Y由N个其他量X1,X2,…,XN(即输入量)，通过函数f来确定时，则公式（1）称为测量模型：(1)式中大写字母表示量的符号，f为测量函数。设输入量Xi的估计值为xi，被测量Y的估计值为y，则测量模型可写成：(2)测量模型与测量方法有关。注：在一系列输入量中，第k个输入量用Xk表示。如果第k个输入量是电阻，其符号为R，则Xk可表示为R。例：一个随温度t变化的电阻器两端的电压为V，在温度为t0（20℃）时的电阻为R0，电阻器的温度系数为，则电阻器的损耗功率P(被测量)取决于V,R0,和t，即测量模型为：用其他方法测量损耗功率时，可能有不同的测量模型。4.2.2在简单的直接测量中测量模型可能简单到公式（3）的形式：（3）甚至简单到公式（4）的形式：(直接测量)（4）注：例如用压力表测量压力，被测量（压力）的估计值y就是仪器（压力表）的示值x。测量模型为y=x。4.2.3输出量Y的每个输入量X1，X2，…，XN，本身可看作为被测量，也可取决于其他量，甚至包括修正值或修正因子，从而可能导出一个十分复杂的函数关系，甚至测量函数f不能用显式表示出来。4.2.4物理量测量的测量模型一般根据物理原理确定。非物理量或在不能用物理原理确定的情况下，测量模型也可以用实验方法确定，或仅以数值方程给出，在可能情况下，尽可能采用按长期积累的数据建立的经验模型。用核查标准和控制图的方法表明测量过程始终处于统计控制状态时，有助于测量模型的建立。4.2.5如果数据表明测量函数没有能将测量过程模型化至测量所要求的准确度，则要在测量模型中增加附加输入量来反映对影响量的认识不足。（注：例如在5.2.1的例中，必要时，电阻器的损耗功率P的测量模型中还需要考虑将电阻上已知的温度分布不均匀、电阻温度系数的非线性以及电阻与大气压力的关系作为附加输入量。）4.2.6测量模型中输入量可以是：a)由当前直接测得的量。这些量值及其不确定度可以由单次观测、重复观测或根据经验估计得到，并可包含对测量仪器读数的修正值和对诸如环境温度、大气压力、湿度等影响量的修正值。b)由外部来源引入的量。如已校准的计量标准或有证标准物质的量，以及由手册查得的参考数据等。4.2.7在分析测量不确定度时，测量模型中的每个输入量的不确定度均是输出量的不确定度的来源。4.2.8本规范主要适用于测量模型为线性函数的情况。如果是非线性函数，可采用泰勒级数展开，忽略其高阶项后将被测量近似为输入量的线性函数，才能进行测量不确定度评定。当测量函数为明显非线性时，合成标准不确定度中需考虑泰勒级数展开中的主要高阶项。4.2.9被测量Y的最佳估计值y在通过输入量X1，X2，…，XN的估计值x1，x2，…，xN得出时，有公式（5）和公式（6）两种计算方法：a)计算方法一（5)式中，y是取Y的n次独立测得值yk的算术平均值，其每个测得值yk的不确定度相同，且每个yk都是根据同时获得的N个输入量Xi的一组完整的测得值求得的。b）计算方法二(6)式中，，它是第i个输入量的k次独立测量所得的测得值xi,k的算术平均值。这一方法的实质是先求Xi的最佳估计值，再通过函数关系式计算得出y。以上两种方法，当f是输入量Xi的线性函数时，它们的结果相同。但当f是Xi的非线性函数时，应采用(5)式的计算方法。(总重复性代替各输入量重复性的合成.既简单又有利)4.3标准不确定度的评定4.3.1概述4.3.1.1测量不确定度一般由若干个分量组成，每个分量用其概率分布的标准偏差估计值表征，称标准不确定度分量，用标准不确定度表示的各分量用ui表示。根据对Xi的一系列测得值xi得到实验标准偏差的方法为A类评定，根据有关信息估计的先验概率分布得到标准偏差估计值的方法为B类评定。4.3.1.2在识别不确定度来源后，对不确定度各个分量作一个预估算是必要的，测量不确定度评定的重点应放在识别并评定那些重要的、占支配地位的分量上。4.3.2标准不确定度的A类评定5.3.2.1A类评定的方法对被测量进行独立重复测量，通过所得到的一系列测得值，用统计分析方法获得实验标准偏差s(xk),当用算术平均值作为被测量估计值时，A类评定的被测量估计值的标准不确定度按公式（7）计算：（7）标准不确定度的A类评定的一般流程见图2。图2标准不确定度A类评定4.3.2.2贝塞尔公式法在重复性条件或复现性条件下对同一被测量独立重复测量n次，得到n个测得值xi（i=1，2，…，n），被测量X的最佳估计值是n个独立测得值的算术平均值,按公式(8)计算：(8)(每个测得值xi与之差称为残差vi：)单个测得值xk的实验方差按公式(9)计算：(9)单个测得值xk的实验标准偏差s(xk)按公式(10)计算：（10）式（10）就是贝塞尔公式,自由度ν为n-1。实验标准偏差s(xk)表征了单个测得值的分散性，测量重复性用s(xk)表征。被测量估计值的A类评定的标准不确定度按公式(11)计算：（11）A类评定的标准不确定度的自由度为实验标准偏差s(xk)的自由度，即ν=n-1。(式中n为获得时的测量次数)。实验标准偏差s()表征了被测量估计值的分散性。4.3.2.3极差法一般在测量次数较少时,可采用极差法获得s(xk)。在重复性条件或复现性条件下，对Xi进行n次独立测量，测得值中的最大值与最小值之差称为极差，用符号R表示。在Xi可以估计接近正态分布的前提下，单次测得值xk的实验标准差s(xk)可按公式(12)近似地评定：(12)式中:R--极差，C--极差系数,极差系数C及自由度ν由表1得到：表1极差系数及自由度ν234567891.131.642.062.332.532.702.852.97ν0.91.82.73.64.55.36.06.8被测量估计值的标准不确定度按公式(13)计算：（13）例：对某被测件的长度进行4次测量的最大值与最小值之差为3cm，查表1得到极差系数C为2.06，则由A类评定得到的长度测量的标准不确定度为：，自由度ν=2.7。4.3.2.4测量过程合并样本标准偏差的评定对一个测量过程，采用核查标准和控制图的方法使测量过程处于统计控制状态，若每次核查时测量次数nj（自由度为νj），每次核查时的实验标准偏差为sj，共核查m次，则统计控制下的测量过程的标准不确定度可以用合并样本标准偏差sp表征。测量过程的实验标准偏差按公式(14)计算：(加权统计平均)(14)若每次核查的自由度相等（即每次核查时测量次数相同），则合并实验标准偏差按公式(15)计算：（15）式中:sp--合并标准偏差,是测量过程长期组内标准偏差的统计平均值；sj--第j次核查时的实验标准偏差；m--核查次数。在过程参数sp已知的情况下，由该测量过程对被测量X在同一条件下进行n次独立重复观测，以算术平均值为被测量的最佳估计值，其A类评定的标准不确定度按公式（16）计算：（16）在以后的测量中，只要测量过程受控，则由上式可以确定测量任意次时被测量估计值的A类评定的标准不确定度。若只测一次，即n=1，则=sp。4.3.2.5在规范化的常规检定、校准或检测中评定合并样本标准偏差例如使用同一个计量标准或测量仪器在相同条件下检定或测量示值基本相同的一组同类被测件的被测量时，可以用该一组被测件的测得值作测量不确定度的A类评定。若对每个被测件的被测量在相同条件下进行次独立测量，有，其平均值为，若有m个被测件，则有m组这样的测得值，可按公式（17）计算单个测得值的合并标准偏差：(17)式中，i=(1，2，…，m)为组数,j=(1，2，…，n)为每组测量的次数。公式（17）给出的，其自由度为m（n-1）。若对每个被测件已分别按n次重复测量算出了其实验标准偏差，则m组的合并标准偏差可按公式（18）计算：(18)当实验标准偏差的自由度为ν0时，公式（18）给出的的自由度为mν0.若对个被测量分别重复测量的次数不完全相同，设各为，而的标准偏差的自由度为，通过个与可得,可按公式(19)计算：(19)公式(19)给出的的自由度为。由上述方法对某个被测件进行次测量时,所得被测量最佳估计值的A类评定的标准不确定度为：用这种方法可以增大评定的标准不确定度的自由度,也就提高了可信程度。4.3.2.6预评估重复性在日常开展同一类被测件的常规检定、校准或检测工作中，如果测量系统稳定，测量重复性无明显变化，则可用该测量系统以与测量被测件相同的测量程序、操作者、操作条件和地点，预先对典型的被测件的典型被测量值，进行n次测量（一般n不小于10），由贝塞尔公式计算出单个测得值的实验标准偏差s(xk)，即测量重复性。在对某个被测件实际测量时可以只测量次（1≤＜n），并以次独立测量的算术平均值作为被测量的估计值，则该被测量估计值由于重复性导致的A类标准不确定度按公式(20)计算:（20）用这种方法评定的标准不确定度的自由度仍为=n-1。应注意，当怀疑测量重复性有变化时，应及时重新测量和计算实验标准偏差s(xk)。(例：在对压力计校准中，我们预先对与被校压力计同类的压力计的典型刻度上测量10次（n=10），用贝塞尔公式计算出测量系统的重复性s(xk)，然后在重复性条件下，对被校压力计的刻度进行5次测量（=5），取5次测量的平均值作为被测量的估计值，则由测量重复性引入的标准不确定度分量用A类评定为：，自由度=10-1=9。)4.3.2.7当输入量Xi的估计值xi是由实验数据用最小二乘法拟合的曲线上得到时，曲线上任何一点和表征曲线拟合参数的标准不确定度，可用有关的统计程序评定。如果被测量估计值xi在多次观测中呈现与时间有关的随机变化，则应采用专门的统计分析方法，例如频率测量中，需采用阿伦标准偏差（阿伦方差）。4.3.2.8A类评定方法通常比用其他评定方法所得到的不确定度更为客观，并具有统计学的严格性，但要求有充分的重复次数。此外，这一测量程序中的重复测量所得的测得值，应相互独立。4.3.2.9A类评定时应尽可能考虑随机效应的来源，使其反映到测得值中去。注:例如：1若被测量是一批材料的某一特性，A类评定时应该在这批材料中抽取足够多的样品进行测量，以便把不同样品间可能存在的随机差异导致的不确定度分量反映出来；2若测量仪器的调零是测量程序的一部分，获得A类评定的数据时应注意每次测量要重新调零，以便计入每次调零的随机变化导致的不确定度分量；3通过直径的测量计算圆的面积时，在直径的重复测量中，应随机地选取不同的方向测量；4在一个气压表上重复多次读取示值时，每次把气压表扰动一下，然后让它恢复到平衡状态后再进行读数。4.3.3标准不确定度的B类评定5.3.3.1B类评定的方法是根据有关的信息或经验，判断被测量的可能值区间（-a，+a），假设被测量值的概率分布，根据概率分布和要求的概率p确定k，则B类评定的标准不确定度u(x)可由公式(21)得到：（21）式中：a为被测量可能值区间的半宽度。注：根据概率论获得的k称置信因子,当k为扩展不确定的倍乘因子时称包含因子.标准不确定度B类评定的一般流程见图3。图3标准不确定度B类评定流程图4.3.3.2区间半宽度a一般根据以下信息确定:a)以前测量的数据；b)对有关材料和测量仪器特性的了解和经验；c)生产厂提供的；d)校准证书、检定证书或其他文件提供的数据；e)手册或某些资料给出的参考数据及其不确定度；f)检定规程、校准规范或测试标准中给出的数据；e)其他有用的信息。注：例如：1生产厂提供的测量仪器的最大允许误差为±，并经计量部门检定合格，则评定仪器的不确定度时，可能值区间的半宽度为：a=2校准证书提供的校准值，给出了其扩展不确定度为U，则区间的半宽度为：a=U3由手册查出所用的参考数据，其误差限为±，则区间的半宽度为：a=4由有关资料查得某参数的最小可能值为a-和最大值为a+，最佳估计值为该区间的中点，则区间半宽度可以用下式估计：a=(a+-a-)/25当测量仪器或实物量具给出准确度等级时，可以按检定规程规定的该等级的最大允许误差(或测量不确定度)得到对应区间半宽度。6必要时，可根据经验推断某量值不会超出的范围，或用实验方法来估计可能的区间。4.3.3.3k值的确定方法a）已知扩展不确定度是合成标准不确定度的若干倍时，该倍数就是包含因子k值。b）假设为正态分布时，根据区间具有的概率查表2得到k值。表2正态分布情况下概率p与k值间的关系P0.500.680.900.950.95450.990.9973K0.6711.6451.96022.5763c)假设为非正态分布时，根据概率分布查表3得到k值。表3常用非正态分布时的k值及B类评定的标准不确定度u(x)分布类别u(x)三角100梯形1002矩形(均匀)100反正弦100两点1001注：表3中为梯形的上底与下底之比，对于梯形分布来说，，特别当等于1时，梯形分布变为矩形分布；当等于0时，变为三角分布。4.3.3.4概率分布按以下不同情况假设a)被测量受许多随机影响量的影响，当它们各自的效应同等量级时，不论各影响量的概率分布是什么形式，被测量的随机变化服从正态分布。b)如果有证书或报告给出的不确定度是具有包含概率为0.95、0.99的扩展不确定度（即给出U95、U99），此时，除非另有说明，可按正态分布来评定.c)当利用有关信息或经验，估计出被测量可能值区间的上限和下限，其值在区间外的可能几乎为零时，若被测量值落在该区间内的任意值处的可能性相同，则可假设为均匀分布（或称矩形分布、等概率分布）；若被测量值落在该区间中心的可能性最大，则假设为三角分布；若落在该区间中心的可能性最小，而落在该区间上限和下限的可能性最大，则可假设为反正弦分布。d)已知被测量的分布由两个不同大小的均匀分布合成时,则可假设为梯形分布.e)对被测量的可能值落在区间内的情况缺乏了解时，一般假设为均匀分布。f)实际工作中，可依据同行专家的研究结果和经验来假设概率分布。注：1由数据修约、测量仪器最大允许误差或分辨力、参考数据的误差限、度盘或齿轮的回差、平衡指示器调零不准、测量仪器的滞后或摩擦效应导致的不确定度，通常假设为均匀分布；2两相同均匀分布的合成、两个独立量之和值或差值服从三角分布；3度盘偏心引起的测角不确定度、正弦振动引起的位移不确定度、无线电测量中失配引起的不确定度、随时间正弦或余弦变化的温度不确定度，一般假设为反正弦分布(即U形分布)；4按级使用量块时(除00级以外)，中心长度偏差的概率分布可假设为两点分布；5当被测量受均匀分布的角度α的影响呈1-cosα的关系时.角度导致的不确定度、安装或调整测量仪器的水平或垂直状态导致的不确定度常假设为投影分布。例：若数字显示器的分辨力为x，由分辨力导致的标准不确定度u(x)采用B类评定，则区间半宽度为a=x/2，假设可能值在区间内为均匀分布，查表得,因此由分辨力导致的标准不确定度u(x)为：4.3.3.5B类标准不确定度的自由度可按公式（22）计算：(22)根据经验，按所依据的信息来源的可信程度来判断的相对标准不确定度。按式(22)计算出的自由度列于表4。表4与关系00.3060.10500.4030.20120.5020.258除用户要求或为获得UP而必须求得uc的有效自由度外，一般情况下，B类评定的标准不确定度分量可以不给出其自由度。4.3.3.6B类标准不确定度的评定方法举例参见附录A.1。4.4合成标准不确定度的计算4.4.1不确定度传播律当被测量Y由N个其它量X1，X2，…，XN通过测量函数f确定时，被测量的估计值y为：被测量的估计值y的合成标准不确定度uc(y)按下式计算：（23）式中：y—被测量Y的估计值，又称输出量的估计值。xi--个输入量的估计值，--被测量Y与有关的输入量Xi之间函数对于输入量Xi的偏导数，称灵敏系数。注：灵敏系数通常是对测量函数f在Xi=xi处取偏导数得到，也可用ci表示。灵敏系数是一个有符号有单位的量值，它表明了输入量xi的不确定度u(xi)影响被测量估计值的不确定度uc(y)的灵敏程度。有些情况下，灵敏系数难以通过函数f计算得到，可以用实验确定，即采用变化一个特定的Xi，测量出由此引起的Y的变化。u(xi)--输入量xi的标准不确定度，r(xi,xj)--输入量xi与xj的相关系数，r(xi,xj)u(xi)u(xj)=u(xi,xj)是输入量xi与xj的协方差。公式（23）被称为不确定度传播律。公式（23）是计算合成标准不确定度的通用公式，当输入量间相关时，需要考虑它们的协方差。当各输入量间均不相关时，相关系数为零。被测量的估计值y的合成标准不确定度uc(y)按公式（24）计算：（24）当测量函数为非线性，由泰勒级数展开成为近似线性的测量模型。若各输入量间均不相关，必要时，被测量的估计值y的合成标准不确定度uc(y)的表达式中必须包括泰勒级数展开式中的高阶项。当每个输入量Xi都是正态分布时，考虑高阶项后的uc(y)可按公式（25）计算：（25）常用的合成标准不确定度计算流程见图4。图4合成标准不确定度计算流程图4.4.2当输入量间不相关时，合成标准不确定度的计算对于每一个输入量的标准不确定度u(xi)，设为相应的输出量的标准不确定度分量，当输入量间不相关，即r(xi,xj)=0时，则公式（24）可变换为公式（26）：(26)4.4.2.1当简单直接测量，测量模型为y=x时，应该分析和评定测量时导致测量不确定度的各分量ui，若相互间不相关，则合成标准不确定度按公式(27)计算：(27)注：例如:用卡尺测量工作的长度,测得值y就是卡尺上的读数x.要分析用卡尺测量长度时影响测得值的各种不确定度来源,例如卡尺的不准,温度的影响等.这种情况下，应注意要将测量不确定度分量的计量单位折算到被测量的计量单位。例如温度对长度测量的影响导致长度测量结果的不确定度，应该通过被测件材料的温度系数将温度的变化折算到长度的变化。4.4.2.2当测量模型为Y=A1X1+A2X2+…+ANXN且各输入量间不相关时，合成标准不确定度可用公式(28)计算：(28)4.4.2.3当测量模型为且各输入量间不相关时，合成标准不确定度可用公式(29)计算：(29)当测量模型为且各个输入量间不相关时，(30)注：只有在测量函数是各输入量的乘积时，可由输入量的相对标准不确定度计算输出量的相对标准不确定度。4.4.3各输入量间正强相关，相关系数为1时，合成标准不确定度应按公式(31)计算：（31）若灵敏系数为1，则公式(31)变换为公式(32):（32）(注：当各输入量间正强相关，相关系数为1时，合成标准不确定度不是各标准不确定度分量的方和根而是各分量的代数和。)4.4.4各输入量间相关时合成标准不确定度的计算4.4.4.1协方差的估计方法a)两个输入量的估计值xi与xj的协方差在以下情况时可取为零或忽略不计：1）xi和xj中任意一个量可作为常数处理，2）在不同实验室用不同测量设备、不同时间测得的量值，3）独立测量的不同量的测量结果。b)用同时观测两个量的方法确定协方差估计值。1）设xik，xjk分别是Xi及Xj的测得值。下标k为测量次数（k=1，2，…，n）。分别为第i个和第j个输入量的测得值的算术平均值；两个重复同时观测的输入量xi，xj的协方差估计值可由公式(33)确定：（33）例如：一个振荡器的频率与环境温度可能有关，则可以把频率和环境温度作为两个输入量，同时观测每个温度下的频率值，得到一组tik，fjk数据，共观测n组。由式（33）可以计算它们的协方差。如果协方差为零，说明频率与温度无关，如果协方差不为零，就显露出它们间的相关性，由公式（23）计算合成标准不确定度。2）当两个量均因与同一个量有关而相关时，协方差的估计方法：设xi=F(q)，xj=G(q)式中，q为使xi与xj相关的变量Q的估计值，F，G分别表示两个量与q的测量函数。则xi与xj的协方差按公式(34)计算：（34）如果有多个变量使xi与xj相关，当：xi=F(q1,q2,…,qL),xj=G(q1,q2,…,qL)时协方差为：（35）(注：例如在得到两个输入量的估计值xi和xj时，是使用了同一个测量标准、测量仪器或参考数据或采用了相同的具有相当大不确定度的测量方法，则xi和xj两个量均因与同一个量有关而相关。)4.4.4.2相关系数的估计方法a)根据对x和y两个量同时测量的n组测量数据，相关系数的估计值按公式(36)计算：（36）式中，s(x)，s(y)---为X和Y的实验标准偏差。b)如果两个输入量的测得值xi和xj相关，xi变化i会使xj相应变化j，则xi和xj的相关系数可用以下经验公式(37)近似估计：（37）式中，u(xi)和u(xj)---xi和xj的标准不确定度。4.4.4.3采用适当方法去除相关性a）将引起相关的量作为独立的附加输入量进入测量模型。例如，若被测量估计值的测量模型为y=f(xi,xj),在确定被测量Y时，用某一温度计来确定输入量Xi估计值的温度修正值xi，并用同一温度计来确定另一个输入量Xj估计值的温度修正值xj，这两个温度修正值xi和xj就明显相关了。xi=F(T)，xj=G(T)，也就是说xi和xj都与温度有关，由于用同一个温度计测量，如果该温度计示值偏大，两者的修正值同时受影响，所以y=f(xi,xj)中两个输入量xi和xj是相关的。然而，只要在测量模型中把温度T作为独立的附加输入量，即y=f(xi,xj,,T)，该附加输入量具有与