誤差與不確定度
發(fā)布日期：2019-07-14 12:51:52 來源：互聯(lián)網(wǎng)
誤差與不確定度是計量學(xué)中兩個相互關(guān)聯(lián)又相互區(qū)別的概念。
提出這兩個概念的目的都是為了尋求如何以實驗和測量所得結(jié)果來更恰當(dāng)、更準(zhǔn)確地體現(xiàn)被測量的真實情況。
誤差為測得值與被測量真值之差。即誤差=測得值-真值。
不確定度是被測量值可能出現(xiàn)的范圍。
二者聯(lián)系:
誤差與不確定度都是由相同因素造成的：隨機(jī)效應(yīng)和系統(tǒng)效應(yīng)。
隨機(jī)效應(yīng)是由于未預(yù)料到的變化或影響量的隨時間和空間變化所致。它引起了被測量重復(fù)觀測值的變化。這種效應(yīng)的影響不能借助修正進(jìn)行補(bǔ)償，但可通過增加觀測次數(shù)而減小，其期望值為零。
系統(tǒng)效應(yīng)是由固定不變的或按確定規(guī)律變化的因素造成的。但由于人類認(rèn)識的不足，也不能確切知道其數(shù)值，因此也無法完全清除，但通常可以減小。系統(tǒng)效應(yīng)產(chǎn)生的影響有些是可以識別的，有些是未知的，如果已知影響能定量給出，而且其大小對測量所要求的準(zhǔn)確度而言有意義的話，則可采用估計的修正值或修正因子對結(jié)果加以修正。
由于隨機(jī)效應(yīng)和系統(tǒng)效應(yīng)的存在，使得被測量的真值無法確知，每個測量結(jié)果也都具有一定的不可靠性，導(dǎo)致誤差和不確定度的產(chǎn)生。
二者區(qū)別:
a. 誤差是相對被測量真值而言的，它是測量結(jié)果與真值之差，由于真值的不可知性，實際上誤差也只能是個理想概念，不可能得到它的準(zhǔn)確值。
不確定度以測量結(jié)果本身為研究對象，其含義不是“與真值之差”或“誤差限”、“極限誤差”，而是表示由于隨機(jī)影響和系統(tǒng)影響的存在而對測量結(jié)果不能肯定的程度，表征被測量值可能出現(xiàn)的范圍。它是以測量結(jié)果為中心，以標(biāo)準(zhǔn)差或其倍數(shù)，或某置信區(qū)間半寬度確定的被測量的取值范圍。確保真值以一定概率落于其中。因而，它是測量結(jié)果的一個量化屬性。
b. 誤差和不確定度的分類方法截然不同。
誤差根據(jù)其性質(zhì)可分為兩類：隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差。
隨機(jī)誤差：測量結(jié)果與重復(fù)性條件下對同一量進(jìn)行無限多次測量所得結(jié)果的平均值之差。隨機(jī)誤差大抵是由于隨機(jī)影響造成的。注意，觀察列的平均值的實驗標(biāo)準(zhǔn)差并不是平均值的隨機(jī)誤差，而恰恰是隨機(jī)影響引起的平均值的不確定度，這些效應(yīng)產(chǎn)生的平均值的隨機(jī)誤差不可能準(zhǔn)確知道。
系統(tǒng)誤差：在重復(fù)性條件下，對同一被測量進(jìn)行無限多次測量所得結(jié)果的平均值與被測量真值之差。系統(tǒng)誤差是由已知系統(tǒng)影響和未知系統(tǒng)影響產(chǎn)生的，通過對已知系統(tǒng)影響的修正可以減小，但不可能為零。同時，修正值或修正因子的不完善，也會導(dǎo)致測量結(jié)果的不確定度，但不是由于系統(tǒng)影響補(bǔ)償不理想而產(chǎn)生的誤差。
不確定度按照分量的評定方法分為 A 類B 類，但并非“隨機(jī)”和“系統(tǒng)”的代用詞。
用A 類或B 類評定方法均可得到已知系統(tǒng)影響修正值的不確定度，隨機(jī)影響的不確定度計算也是如此。兩種評定方法均基于概率分布，得到的分量在本質(zhì)上不存在差異。實際應(yīng)用中，無須將它們與隨機(jī)或系統(tǒng)對應(yīng)起來。
c. 誤差取一個符號，非正即負(fù)。不確定度恒為正值。當(dāng)由方差得出時，取其正平方根。
d. 不確定度是由隨機(jī)影響和對系統(tǒng)影響結(jié)果的不完善修正產(chǎn)生的。在計算測量結(jié)果的不確定度時，不會考慮到未被認(rèn)識的系統(tǒng)影響，但這種影響會導(dǎo)致誤差的出現(xiàn)。因此，即使計算出來的不確定度很小，仍不能保證測量結(jié)果的誤差很小。或者說，測量結(jié)果的不確定度未必是測量結(jié)果接近被測量值的指示值，它僅為與目前可用的知識相符的最佳值接近程度的近似性估計。不確定度不能用于測量結(jié)果和真值之間的差異顯示，但可用于測量結(jié)果之間的比較。不確定度越小，則測量結(jié)果質(zhì)量越高。
在測量中若沒有忽略任何明顯的系統(tǒng)影響時，才能認(rèn)為測量結(jié)果即為被測值的可靠估計值，其合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度即為可能誤差的可靠量度。
被測量值、誤差及不確定度關(guān)系如圖所示：
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