本帖最后由 史锦顺 于 2017-4-8 19:04 编辑
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不确定度体系的弊病与错误（7）
测量模型与基本公式错误
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史锦顺
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11 史锦顺的两项新理论和测量计量工作两步走法则
11.1 测量方程与测得值函数
测量方程就是把物理公式与计值公式联立起来，组成一个整体。
建立测量方程的核心思想是区分量值的概念。物理公式中的量都是客观的量，准确的量，物理公式本身是超脱测量误差的，从物理公式本身难寻误差的踪迹。测量中用以计算的根据是物理公式，但所用的量，与物理公式中的量是有区别的，把这个区别标示出来，便是计值公式。常用的区分标志有两种，一种表示测量得出的值，可用m，r标示；另一种是认定的标准值或标称值，用o或n来表示。这样，量值分为三个档次。三个档次的量可以组成两对。第一对是物理公式的量和测量得到的量。物理公式的量是实际量，测量得到的量是认识量，实际量与认识量相比，实际量是基本的，这第一对量，实际量是常量，认识量是变量。第二对是物理公式中的量与计量中认定的标准值或标称值。第二对量中，标准值或标称值是常量，而物理公式中的量是变量。因为物理公式中的量是可变的，而标称值是不变的。
把物理公式和计值公式联立起来，就得出测量方程。
被测量Y由诸Xi决定，Y是Xi的函数，诸Xi是构成Y的来源量。
在测量方程中，各量成对。被测量的测得值Ym与被测量Y是一对。被测量Y是客观存在，是常量，而被测量的测得值Ym是变量。决定Y的各来源量Xi，各有一个Xm或Xo与其对应。如Xi与Xim对应，则Xi是常量，Xim是变量；若Xj与Xjo对应，则Xj是变量，而Xjo是常量。
设物理公式为：
Y = f(X1,X2,……XN) (11.1)
计值公式为：
Ym= f(X1m/o,X2m/o,……,XNm/o) （11.2）
式中斜杠“/”表示“或”。m表示测得值,o表示标称值。m/o表示或者是测得值m,或者是标称值o。例如X1m/o表示是X1m或者是X1o.
联立（11.1）（11.2），二者相减，得测量方程为：
Ym -Y = f(X1m/o,X2m/o,……,XNm/o)–f(X1,X2,……XN) (11.3)
通常，记测得值Ym 为M，记真值Y为Z，则测得值函数为
M = f(X1m/o,X2m/o,……,MNm/o)–f(X1,X2,……XN)+Z (11.4)
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11.2 两类测量的区分条件及其广义形式
量分常量和变量。对常量与慢变化量的测量称基础测量。基础测量又称常量测量，或称经典测量。对统计变量的测量称统计测量，或称现代测量。
基础测量处理的问题是这样的：客观物理量值不变，测量仪器有误差。相应的理论是误差理论。统计测量处理的问题是另一种情况：客观物理量的大小以一定的概率出现，而测量仪器无误差，相应的理论是统计理论。
所谓物理量值不变或仪器无误差，都是相对的，不是绝对的“不变”或“无误差”。
设物理量值的变化范围为|Δ物|，测量仪器的误差范围为|Δ测|，若
|Δ物| ＜＜ |Δ测| （11.5）
即物理量值的变化范围远小于测量仪器的误差范围，这种情况称基础测量（常量测量），适用理论是经典测量学。
如果考察对象是物理量的变化量，且有
|Δ测| ＜＜ |Δ物| （11.6）
即测量仪器的误差范围（包括系统误差与随机误差）远小于物理量的变化量，这类测量称统计测量。这种场合测量误差可忽略。测得值的变化，反映被测量值本身的变化。
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式（11.5）与式（11.6）表达的两类测量划分标准，适用范围是狭义测量（认知量值的测量）。两类测量的概念推广到广义测量，即推广到测量计量的全部领域，需要提出更概括的划分标准。广义测量既包括认知量值的狭义测量，也包括有关合格性判别的计量、生产时的检验以及进货时的验收。
广义测量的划分两类测量的标准如下。
（1）基础测量
若着眼点是手段的问题，表征量归属于手段，称为基础测量。基础测量的条件是：
|δ对象| ＜＜ |δ手段| （11.7）
（2）统计测量
若着眼点是对象的问题，表征量归属于对象，称为统计测量。统计测量的条件是：
|δ手段| ＜＜ |δ对象| （11.8）
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计量的对象是测量仪器。考察的是仪器的误差值。由于计量中所用的标准的标称值是已知的，标准的误差范围是可略的，于是可以用标准的标称值来代换标准的真值。代换的误差，就是计量的误差。计量（手段）的误差远小于被检仪器（对象）的误差指标值。
对测量仪器的计量（检定或校准）是广义统计测量。
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11.3 测量计量工作的两步走法则
测量的准确程度，取决于测量仪器的误差范围指标值。仪器生产厂给出测量仪器的误差指标值。计量部门检验、公证仪器的误差范围指标值。
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测量仪器的正常运用，包括两步：1）计量，2）测量。计量场合有计量标准，可以测定仪器的系统误差与随机误差，检定证书公证仪器的合格性。使用者用经过计量并在合格有效期的测量仪器进行测量，在仪器的正常使用条件下，正确操作，则测量的误差范围不大于仪器的误差范围指标值。测量者就用测量仪器的误差范围指标值当作测得值的误差范围。
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测量计量工作，必须两步走。手段的问题（测量场合的测量仪器或计量场合的本级计量标准），送上级计量部门考核。测量场合用合格的仪器（已知误差范围），进行测量；计量场合用合格的本级计量标准对被检仪器或下一级标准进行检定（或校准），完成量值传递。
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两步走的第一步处理手段问题；第二步处理对象问题。这是测量计量工作的规律，是惯例，是规则。
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不确定度体系，混淆两步不同的工作，结果全错。
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12 不确定度评定中，测量模型与基本公式的错误
12.1 不确定度评定的作法
计量中，不确定度评定的测量模型是
EM = M―B （12.1）
M是测得值，B是标准的标称值。EM是计量的误差元。对（1）式微分，或做泰勒展开
EM0+ ΔEM = MO + ΔM分辨+ ΔM重复+ ΔM其他―(B0+Δ B标)
ΔEM =ΔM分辨+ ΔM重复+ ΔM其他―ΔB标 （12.2）
有脚标0的量，表示无误差时的量。
ΔEM是要评定的不确定度（元），ΔM分辨表示被检仪器分辨力的作用，ΔM重复表示“用测量仪器测量计量标准”时读数的重复性，ΔX其他是被检仪器其他因素的影响；ΔB标是标准的误差。
依据（1）（2）式进行不确定度评定，是当前计量不确定度评定的常规。中国的评定如此，欧洲的评定也是如此。其本质就是GUM的泰勒展开法。
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【史评】
12.2 正确的作法1：微分法
分析计量的误差是分析计量手段的影响。如果计量中的比较标准是真值，那就没有计量误差。测得值的变化量，仅仅由计量手段引入的部分，才是计量误差。
测得值是被测量的真值Z、测量仪器的各个有效作用单元、环境条件等的函数，即（11.4）表达的测得值函数：
M = f(X1m/o,X2m/o,……,X Nm/o)–f(X1,X2,……XN)+Z (11.4)
测得值M的各种因素的作用，是测得值M自身的事，是计量时的对象，不是计量的手段。
求计量的误差，微分的自变量是手段量，就是求“测得值M对计量手段量的微分。测量手段改变时，（例如用不同的标准，即改变B的值），M值不变。微商定义为函数之差除以自变量之差。函数相同，则必有微商为零、微分为零。手段自变量是标准的标称值B。
由于测得值函数中不包括计量手段B，因此测得值M对计量手段的微分是零。
基于模型（12.1）导出的不确定度评定的基本公式是错误的。
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博导李永新教授（njlyx）指出：在计量误差分析中，M是常数。这是准确、精辟的论断。可惜，那些炮制不确定度体系的美国专家，不懂这一点。以致形成如今世界测量计量领域的乱局。
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12.3 正确的作法2：差分法
把M值按（11.4）写出，EM的测得值为
EM测 = M-B
=[ f(X1m/o,X 2m/o,……,XNm/o)–f(X1,X2,……XN)+Z ] –B （12.3）
EM的真值为
EM真 = M-Z
=[f(X1m/o,X2m/o,……,XNm/o)–f(X1,X2,……XN)+Z ] –Z （12.4）
计值式（12.3）与实际作用式（12.4）之差，就是计量的误差：
r计= EM测- EM真
={[ f(X 1m/o,X 2m/o,……,X Nm/o)–f(X1,X2,……XN)+Z ] –B}
-{[f(X1m/o,X2m/o,……,XNm/o)–f(X1,X2,……XN)+Z ] –Z}
=Z-B （12.5）
或者简写为
r计= EM测- EM真
= (M-B) – (M-Z)
= Z-B （12.5）
12.4不确定度评定的错误
1）混淆两步走法则的步骤
本级计量标准的误差，只能由上级计量部门确定。本级计量工作没有高一级的标准，无法评定本级标准的性能。不确定度体系的作法，忘了上级，胡评一通，竟把下级被检对象的性能拉进来，错了。
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2）混淆对象与手段
计量场合，对象是测量仪器。对象的变化，是它自身的性能，必然体现在测得值中，应该当作对象的问题处理，不能把它混入手段的性能中。
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3）混淆对象的自变量与手段的自变量
对测得值M微分，错误；根源是混淆了两类不同的自变量。
被测仪器的误差因素，包括ΔM(分辨)，ΔM(重复)，ΔM(其他)都是对象的自变量，必然体现在测量仪器的示值M与标准的标称值B的差值之中。再微分是重计、多计。
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4）错误地拆分测得值函数
在测量计量理论中，测量仪器的测得值函数，是非常重要的。测得值函数的最主要的应用场合是测量仪器的研究与制造。研制测量仪器，必须依据并给出测得值函数；制造测量仪器，必须对测得值函数作泰勒展开，知道各项误差因素，以便在生产中控制，以达到总指标的要求，生产出合格的产品来。除极个别测量仪器给出分项指标外，一般测量仪器都以总指标作为性能的标志。
测量仪器一经成为产品后，其标志性能就是其误差范围指标值。计量中，计量人员检验、公证测量仪器误差范围指标；测量中，测量人员相信误差范围指标，根据指标选用测量仪器，根据测量仪器指标，分析与给出测得值的误差范围。
在测量仪器的计量与测量应用中，没必要、一般也不可能拆分测得值函数。例如，世界上用指针式电压表的人极多，但谁能写出指针偏转与被测量的函数关系？除电表设计人员外，测量人员与计量人员既没必要，也不可能对电表的测得值函数作泰勒展开。应用电压表测量，要选用性能指标合乎要求的仪器，要知道使用方法，要满足其应用条件；而无论测量与计量，着眼点都是其整体指标，没必要对其测得值函数作泰勒展开。
测量仪器的误差因素的作用，体现于其总指标中，总体计量不该拆分测得值函数。如果测量仪器的指标是分项给出的（数量极少，如波导测量线），计量可按分项指标，做分项计量。分项指标的“分项”与大小，是生产厂按国家技术规范标志的，指标的规定与给出，不是计量人员的职权。计量的职责是用实测判别各分项误差性能是否符合指标。而凡标有总指标的测量仪器，必须用计量标准进行整体计量。
不确定度论普遍地拆分测得值函数，结果是形成多种错误。
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不确定度评定的模型与基本公式错误，是根本性的错误。
不确定度评定被取消是历史的必然。
国家质检总局已通知简化26个项目的不确定度评定。这是正确的，我举双手赞成。什么是简化？有网友问：这些项目简化了，对这些项目，可以不做不确定度评定吗？质检总局网上回答：“可以”。
那些还赞成不确定度论的人们，该认真地想一想。
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