汽车和摩托车检测领域典型参数的测量不确定度评估指南及实例(2)

2019-01-26 21:51

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量条件。

注2:关于统计分析的资料见ISO/IEC Guide 98-3。

注3:也见ISO/IEC Guide 98-3 2008 2.3.2,ISO 5725,ISO/TS 21748,ISO 21749。

3.13 测量不确定度的B类评估 (Type B evaluation of measurement uncertainty)

简称B类评估 (Type B evaluation)

用不同于测量不确定度A类评估的方法对测量不确定度分量进行的评估。 注:也见ISO/IEC Guide 98-3: 2008 2.3.3。 3.14 包含区间 (coverage interval)

基于有用信息,给出了概率的一组被测量真值所包含的区间。

注1:包含区间不必以所选的测得值为中心。(见ISO/IEC Guide 98-3 2008的补充材料1)。

注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(见ISO/IEC Guide 98-3 2008 6.2.2)。

注3: 包含区间可以由扩展测量不确定度导出(见ISO/IEC Guide 98-3 2008 2.3.5)。

3.15 包含概率 (coverage probability)

在规定的包含区间内包含被测量的一组真值的概率。 注1:此定义符合GUM中表述的不确定度方法。

注2:在GUM中包含概率又称为“置信的水平(level of confidence)”。 3.16 包含因子 (coverage factor)

为求得扩展不确定度而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。(见ISO/IEC Guide 98-3 2008 2.3.6)。

4 测量不确定度评估的基本程序

4.1 不确定度的来源

不确定度评估时,应找出不确定度的所有来源,评估出各分量的不确定度,从而算出合成标准不确定度和扩展不确定度。测量中,可能导致测量不确定度的因素很多,大体上来源于以下几个方面: (1) 被测量的定义不完整;

(2) 复现被测量的测量方法不理想(测量方法与程序的规定不够严密,执行方法和程序上的差异);

(3) 取样的代表性不够,即被测样本不能完全代表所定义的被测量; (4) 对测量过程受环境影响的认识不到位或对环境参数的测量与控制不完善

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(环境条件包括道路条件的不可控、不一致。例如道路坡度、摩擦系数等,及风速,温度,大气压力等);

(5) 对模拟式仪表的读数存在人为的偏移; (6) 测量仪器的计量特性;

(7) 测量标准或标准物质的不确定度; (8) 引用的数据或其他参数的不确定度; (9) 测量方法和测量程序的近似和假设; (10)

在相同条件下被测量在重复观测中的变化(包括被测对象的短期不稳

定,如发动机的不稳定直接影响到车速、油耗、排放等)。

根据ISO/IEC17025,检测中不确定度评估的严格程度应考虑: (1) 检测方法的要求; (2) 客户的要求;

(3) 据以作出满足某规范决定的窄限。 4.2 数学模型的建立

建立满足测量不确定度评估要求的数学模型,即被测量Y和所有各影响量

Xi(i?1,2,...,Xn)间的具体函数关系,一般形式可写成Y?f(X1,X2,...,Xn)。式中,

Y称为被测量或输出量,Xi称为影响量或输入量。若被测量Y的估计值为y,输入量Xi的估计值为xi,则有y?f(x1,x2,...,xn)。

建立数学模型时,对测量结果有影响的输入量都应列入到计算公式中。有些输入量虽然对测量结果有影响,但是,由于信息量不足,不能定量地计算出它们对测量结果影响的大小,这些输入量将不会出现在测量结果的计算公式中。最典型的例子就是测量结果重复性引入的不确定度。有些输入量由于对测量结果的影响很小而被忽略,所以不会出现在测量结果的计算公式中,但是必须考虑它们对测量结果不确定度的影响。 4.3 测量的基本概率分布

根据JJF1059附录B概率分布情况的估计,汽车、摩托车领域不确定度评估中主要考虑以下几种概率密度分布类型: (1) 正态分布(高斯分布);

(2) 矩形(均匀)分布:测量仪器最大允差导致的B类不确定度、数字修约等; (3) 三角分布:量杯允差导致的B类不确定度等。 4.4 不确定度评估 评估类别 定义 计算方法 来源 20XX年XX月XX日发布 20XX年XX月XX日实施

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A类 用对在规定的测量条件下按贝塞尔公式计算测量所得量值的统计分析标准偏差 的方法来对测量不确定度按极差法计算标准分量的评估 B类 用不同于测量不确定度A确定度分量的评估 偏差 按不同分布类型计用于测量次数较多的检测 用于测量次数较少的检测 仪器设备的制造说明书、计量特性(检定或校准证书提供)、技术手册提供的参考数据等 类评估的方法确定测量不算标准偏差 4.4.1 不确定度的A类评估 4.4.1.1 贝塞尔法

若在重复条件下对被测量X做n次独立重复测量,得到的测量结果为

xk(k?1,2,...,n),则X的最佳估计值可以用n次独立测量结果的平均值来表示:

x??xk?1nkn

单次测量结果的标准不确定度u(xk)可用贝塞尔公示表示为:

u(xk)?s(xk)?xk?x称为残差

?(xk?1nk?x)2n?1

在实际测量中,采用n次测量结果的平均值作为测量结果的最佳估计值。平均值u(x)的标准不确定度表示为:

u(x)?s(x)?s(xk)n??(xk?1nk?x)2n(n?1)

如测量仪器比较稳定,则n次重复测量得到的单次测量实验标准差s(xk)可以保持相当长的时间不变,并可在之后一段时间内的同类测量中直接采用该数据。此时,若所给测量结果是m(m

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s(x)?s(xk)m??(xk?1nk?x)2m(n?1)

4.4.1.2 极差法

在重复性条件或复现性条件下,对被测量X作n次独立观测,n个测量结果中的最大值和最小值之差R称为极差。在可以估计被测量X接近正态分布的前提下,单次测量结果xk的实验标准差s(xk)可按下式近似的评估:

R C式中极差系数C可由下表给出,其值与测量次数n有关。 u(xk)?s(xk)?n 2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 20 C 1.13 1.69 2.06 2.33 2.53 2.70 2.85 2.97 3.08 3.47 3.73 当测量次数较小时时,极差法将优于贝塞尔法。当测量次数较大时,极差法得到的标准偏差不如贝塞尔法准确,这是由于极差法所采用的信息量较少的原因(仅采用了一个极大值和一个极小值)。 4.4.2 不确定度的B类评估

B类不确定度的来源:有关仪器和材料的一般知识;制造说明书;校准或其他报告提供的数据;取自手册提供的参考数据的不确定度。 4.4.2.1 信息来源于检定证书或校准证书

4.4.2.1.1 给出被测量x的扩展不确定度U(x)和包含因子k

根据扩展不确定度和标准不确定度的关系,被测量x的标准不确定度为:

U(x) u(x)?k4.4.2.1.2 给出被测量x的扩展不确定度Up(x)及其对应的包含概率p

如证书上已指明被测量的分布,应按该分布对应的kp值计算。如证书未指出被测量的分布,一般可按正态分布考虑。正态分布时,包含概率p和包含因子

kp之间的关系:

p(%) kp 50 0.67 68.27 1 90 1.645 95 1.960 95.45 2 99 2.576 99.73 3 4.4.2.2 信息来源于其他资料或手册

通常得到的信息是被测量分布的极限范围,可以知道输入量x分布区间的半

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宽a,即允许误差限的绝对值。由于a可视为对应包含概率p=100%的包含区间的半宽度,故a为输入量的扩展不确定度。输入量x的标准不确定度为:

au(x)?

k对应常见的几种分布,包含因子k的取值如下表所示:

分布类型 矩形分布 三角分布 正态分布 4.4.3 合成标准不确定度

4.4.3.1 线性数学模型的合成标准不确定度 4.4.3.1.1 标准形式线性模型

汽车、摩托车领域不确定度评估的数学模型一般为线性数学模型,函数的一般形式为:y?f(x1,x2,...,xn)?y0?c1x1?c2x2?...?cnxn,数学模型中仅包含各输入量的一阶项。根据方差合成定理,各输入量相互独立或个输入量之间的相关性可以忽略的情况下,被测量Y的合成方差uc2(y)可表示为:

n?f?f?fu(y)???u(xi,xj)??()u2(xi)

i?1j?1?xi?xji?1?xi2cnn2k 3 6 2或3 用灵敏系数的符号表示为:

u(y)??cu(xi)??ui2(y)

2c2i2i?1i?1nn4.4.3.1.2 非线性模型的线性化处理

当数学模型为:y?f(x1,x2,...,xn)?cx1p1x2p2...xnpn,其中c为比例常数,指数pi为正数或复数。令z?Iny和wi?Inxi,对该模型进行对数变换后得到函数:

z?Inc?p1w1?p2w2?...?pnwn

若pi的不确定度u(pi)可以忽略不计,且各输入量xi之间相互独立或不相关,则在y?0和xi?0的条件下可得到y的合成方差为:

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