032测量不确定度与数据表述.ppt

现代检测技术 测量不确定度数据表述 精勤求学 敦笃励志 果毅力行 忠恕任事 几个基本概念 数据表述 表格法 根据测试的目的和要求，把一系列测量数据列成表格，然后再进行其它的处理。 表格法的优点是简单、方便、数据易于参考比较，缺点是不直观，不易看出数据的变化趋势。 图示法 用图形或曲线表示数据之间的关系，能够形象的反映数据的变化趋势，如递增或递减、极值点、周期等，但是不能进行数学分析。 经验公式法 用与图形对应的数学公式描述数据之间的关系，对数据进行进一步分析和处理。该数学模型称为经验公式或回归方程。 数据表述 建立经验公式的步骤是： 以输入自变量为横坐标，输出被测量为纵坐标绘制输入输出曲线； 根据输入输出曲线形状确定公式的基本形式，可以选用直线拟合、已有数学曲线拟合（如双曲线、指数曲线、对数曲线等）、多项式拟合等； 根据测量数据确定拟合方程中的常数； 用其它的测量值检验所确定公式的准确性。 数据表述 理论拟合是以传感器理论特性线为拟合直线，与测量值无关。其优点是简单、方便，但非线性误差ΔLmax较大。 端点连线拟合是以传感器校准曲线两端点间的连线为拟合直线，这种方法简单、直观，但ΔLmax也较大。 最小二乘法的拟合精度较高，它是使实际测量数据与拟合直线上对应点估计值的残差的平方和为最小值。 数据表述 多元非线性回归也称多项式拟合，常用于数据插值处理，即用已知点测量值估计未知点的近似值。 数据表述 常见的插值方法有： 拉格朗日插值法 牛顿插值法 样条插值法：三次样条插值 作业 Xi’an Jitotong University Xi’an Jiaotong University 测量不确定度 不确定度表明测量结果可能的分散程度。可用标准偏差表示，也可用标准偏差的倍数或置信区间的半宽度表示。 测量不确定度 测量不确定度 不确定度分类 测量不确定度 测量不确定度 （又称置信因子） 测量不确定度 正态分布时概率与置信因子k的关系 3 2.576 2 1.960 1.645 1 0.676 置信因子k 99.73 99 95.45 95 90 68.27 50 概率p% 常见概率分布与置信因子k取值 均匀分布 置信因子k 概率分布 2～3 正态分布 1 两点分布 三角分布 测量不确定度 测量不确定度 测量误差与不确定度 测量不确定度 测量不确定度评定方法 A类标准不确定度 测量不确定度 B类标准不确定度 测量不确定度 合成标准不确定度 测量不确定度 扩展不确定度 测量结果的表达方法 测量不确定度 测量不确定度的评定步骤 测量不确定度评定实例 某恒温容器温度控制系统，用热电偶数字温度计测量容器内部的实际温度。系统设定温度为400℃，数字式温度计的分辩力为0.1℃，不确定度为0.6℃，热电偶的不确定度为2.0℃（置信水平99％），在400℃的修正值为0.5℃。当恒温器的指示器表明调控到400℃时，稳定半小时后从数字温度计上重复测得10个恒温器温度值，如表所示。 399.0 399.9 402.0 401.0 400.0 398.8 399.4 400.9 400.1 401.0 ti(℃) 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 i Σ ti=4002.22℃ 均值 =400.22℃ 测量不确定度 测量不确定度的评定分析如下： 建立测量过程数学模型 容器内部某处的温度T与数字温度计显示值t和热电偶修正值B之间的函数关系为：T = t + B 分析测量不确定度来源 由于各种随机因素影响引起的读数不一致； 数字温度计不确定度； 热电偶校准时引入的校准不确定度。 测量不确定度 评定标准不确定度 读数不一致引入的标准不确定度μ1，按A类方法评定： 样本标准偏差为 故μ1为 测量不确定度 b. 数字温度计不准确引入的标准不确定度μ2，按B类方法评定。 由于数字温度计的不确定度为±0.6℃，则最大允许误差的区间半宽度a2为0.6℃。设测量值在该区间内为均匀分布，取 ，则μ2为： c. 热电偶校准时引入的校准不确定度μ3，按B类方法评定。由于热电偶不确定度为2.0℃，置信水平为99％，假设符合正态分布，置信因子k3＝2.58，故μ3为： 测量不确定度 数据表述 (4) 计算合成标准不确定度 (5) 确定扩展不确定度（总不确定度） 取置信因子k = 2，故U为 测量不确定度 (6) 测量结果及其不确定度表示 （a）理论拟合 （b）端点连线拟合 （c）最小二乘拟合 数据表述 用最小二乘法拟合测量数据，求传感器线性度 设有