大学物理实验：不确定度的概念

不确定度是评价测量质量的一个新概念，是表达测量结果具有分散性的一个参数，它是被测量的真值在某个量值范围内的一个评定。不确定度反映了可能存在的误差分布范围，是误差的数字指标。不确定度越小，测量结果可信赖程度越高；不确定度越大，测量结果可信赖程度越低。在实验和测量工作中，不确定度是作为估计而言的，因为误差是未知的，不可能用指出误差的方法去说明可信赖程度，而只能用误差的某种可能的数值去说明可信赖程度，所以不确定度更能表示测量结果的性质和测量的质量。用不确定度评定实验结果的误差，其中包含了各种来源不同的误差对结果的影响，而它们的计算又反映了这些误差所服从的分布规律，这更准确地表述了测量结果的可靠程度，因而有必要采用不确定度的概念。

1889年第一届国际计量大会确定实物基准“米原器”为国际长度基准，所有国家的米基准必须溯源到国际米原器。但随着工业生产水平的提高，特别是大规模流水线生产方式的采用，米原器的精度已不能满足需要，而且实物基准的易损性和不易复制性也使得米原器一旦损毁就将造成尺度紊乱，必将对世界经济社会造成难以估量的影响。人们逐渐认识到，必须确定一个能够在宇宙生灭的时间跨度内不会变化的米定义。经过了1960年、1983年两次修订，国际单位制（SI）基本单位米的定义最终确定为：光在真空下1/299792458秒中走过的距离。米定义最初是用碘稳频激光波长复现的。但由于气体分子的热力学运动和多普勒效应的影响，其精度极限为10～12量级。中国计量院铯原子喷泉钟已经达到了10～15量级的相对不确定度，大大优于碘稳频激光波长的精度。(www.xing528.com)

目前，高度工业化国家已将全部劳动力的大约10%用于担任测量检测任务；高性能制造装备中的测量系统成本已达到装备总成本的30%～50%，而且越高水平的制造对测量的要求就越高。已是制造大国的中国要实现可持续发展，就必须成为制造强国。随着智能时代的到来，无论是新一代信息技术、高档数控机床和机器人、航天航空航海和轨道交通，还是与人类活动密切相关的地理空间位置属性等，都对计量提出了新的挑战。这些挑战包括尺度的扩展、参量的增加、更高的测量精度，设备状态动态测量与控制，多传感器原位在线校准、互联网+远程化校准技术，海量测量数据实时处理与智能生产控制、相关测量技术融合及数据溯源等。计量领域的不断创新发展，将为我国向制造强国迈进提供有力的技术保障。