大学物理实验教程：测量不确定度来源

测量过程中影响不确定度的因素比较多,主要可以归纳为以下几方面:

①被测量的定义不完善及取样代表性不够所引起的测量不确定度。被测量在不同条件下的值是不一样的,在定义它时,必须考虑到具体的环境条件,否则会引起由于定义不完整带来的不确定度。例如,定义被测量是一根标称值为1 m的钢棒的长度,就属于被测量的定义不完整。因为被测钢棒的长度在测量精度要求比较高时,受温度和压力的影响比较明显,而这些条件没有在定义中说明。完整的定义应为:标称值为1 m的钢棒在20.0℃和为97.453 kPa时的长度。另外,由于测量方法和仪器设备的限制,往往只能取待测材料的一部分作为样品进行测量,如果待测材料的均匀性不好,则所取样品的代表性可能不够,由此会引起测量不确定度。例如,测量一批铜棒的线电阻率时,铜棒的粗细不均匀,或材料的成分不均匀,因此,所取出的一段样品代表性可能不够。

②实现被测量定义的方法不理想。按照被测量定义的要求,实际测量中某些条件达不到,只能采用近似或假定,这时必然会引起不确定度。例如,上述长度测量中,由于温度和压力达不到定义中的要求,就会引起不确定度。再如,被测量表达式的近似程度,电测量中由于测量系统不完善引起的绝缘漏电、引线电阻上的压降等,均会引起不确定度。

③测量仪器计量性能的局限性。测量中使用的仪器,由于其灵敏度、鉴别力、分辨力及稳定性等方面的局限性,测量过程中都会引起不确定度。

④作为计量标准的值不准确或引用的数据和参量不准确。通常测量是将被测量与测量标准的给定值相比较来实现的。因此,作为测量标准的不确定度必然引入测量结果。另外,测量中还常常要引用一些数据或参量,这些数据或参量的不确定度也会影响结果。例如,用天平称质量,测量结果的不确定度包含有标准砝码的不确定度;再如,确定某一温度下热敏电阻的阻值,可以应用已知的温度系数αt,该引用值的不确定度会对结果产生影响。(www.xing528.com)

⑤被测量在表面上完全相同的条件下重复测量中的变化。实际工作中有时会发现,无论如何控制环境条件或其他可能的影响因素,测量结果总有一定的分散性,这种现象是客观存在的,是由一些随机效应引起的。

⑥环境条件对不确定度的影响。测量过程中,由于对环境影响的认识不全面,或对环境条件的测量与控制不好,会引入一定的不确定度。例如,钢棒长度测量中,不仅温度和压力会影响长度,还有一些其他因素被忽略,如湿度、支撑方式等都有明显影响。如果认识不足,测量中没有采取措施,就会引起不确定度。

⑦测量人员的人为因素。对非数字显示的仪器,由于观测者观测位置、个人习惯的不同及生理因素差别等原因,可能同一状态下的数值会得到不同的读数,这些差异也将产生不确定度。