讨论：怎样表达温度测量的测量结果？...

-
                讨论：怎样表达温度测量的测量结果？                     
-
                                                                                                                           史锦顺
-
      国际不确定度评定规范GUM，即《测量不确定度表示导则》（JCGM 100:2008  GUM 1995 with minor corrections ，《Evaluation of measurement data — Guide to the expression of uncertainty in measurement》，译文见叶德培《测量不确定度》47页）之4.4.3条，有一个测量温度并评定不确定度的例子。现把测量数据复制如下，请讨论该如何处理数据，如何给出测量结果。
-
（一）数据（单位℃）            
          96.90
          98.18; 98.25
          98.61; 99.03; 99.49
          99.56; 99.74; 99.89; 100.07; 100.33; 100.42
          100.68; 100.95; 101.11; 101.20
          101.57; 101.84; 102.36
          102.72
-
（二）基本计算             
      1 温度平均值
                t(平)=100.14℃
      2 单值的σ
                σ(单)=1.49℃
      3 温度平均值的σ
                σ(平)=1.49℃/√20 = 0.33℃
-
（三）不确定度论的表达法           
      GUM已说：标准不确定度是0.33℃。
      由于数据分布近于正态分布，按不确定度理论的通常作法，k取2，则扩展不确定度U95=0.66℃。
      结果表达为：
                 t = 100.14℃±0.66℃
-
（四）讨论题：怎样评价此次温度测量？怎样给出此次温度测量的测量结果？         
-

-
      都成先生所言不错。但对此段的评价以及在实践（写书、作文与测量计量工作）中的应用，我们二人是截然不同的。
      温度测量的例子，是在“4 评定标准不确定度”这一大节中讲的。第4大节包含的中节是“4.1测量模型化；4.2 标准不确定度的A类评定；4.3标准不确定度的B类评定；4.4评定标准不确定度的图解说明 ”。第5大节是“确定合成不确定度”；第6大节是“确定扩展不确定度”。本例是4.4.3 ，如果指谪它关于合成不确定度与扩展不确定的问题，是不恰当的，因为还没讲。但是，此4.4.3条以前的内容，应该包括。其实，温度测量评定的例子，典型地代表了“A类不确定度评定方法”：1 进行重复测量，记下重复测量的数据，2 求平均值；3用贝塞尔公式计算σ ；4 将σ除以根号N，得平均值的标准偏差 σ(平)。5 认定σ(平)是A类评定的标准不确定度。
      测量温度的例子，用了A类评定的标准方法。因此具有典型的意义。中国的计量规范，JJF1001-2011、JJF1059-2012的A类评定的条款也是这样。
      这里温度测量A类评定的问题，表现在几乎所有A类不确定度评定中。这些问题是：1 混淆两类测量；2 混淆手段与对象；3错用西格玛；4 不懂得测量计量的“孤立”原则；5 单独用A类评定，只表明分散性，丢掉了准确性。6 忽视计量标准的作用，忽视溯源性。
      没有计量标准，评定不了测量仪器。不用计量标准，不确定度评定就是空架子（不确定度评定，不强调计量标准的作用）。
      看法不同是自然的。各抒己见，可以互相了解。达到共识难；但听听不同意见，是必要的。
-

史老给出的是GUM的：“4.4 评定标准不确定度的图解说明”下边的4.4.3，其后边的注说的很清楚：“考虑到高分辨数字电子温度计已经普及，表1所列数据似乎并不真实，但这些数据仅用来说明问题，不必当作实际情况来解释。”详细内容请见附件。
史老拿这个作为一个完整的不确定度评定，还让给出最终的不确定度评定结果，应该是勉为其难，我认为2#、3#和4#的质疑都是合理的，而不是对GUM的质疑。

正如您所说：”GUM的4.4.3条，是温度测量A类不确定度评定的示范。“其中的注也说的很清楚：“这些数据仅用来说明问题，不必当作实际情况来解释。”您老抓着这个局部当成一个完整的不确定度评定来说事，合适吗？
        您定义的两类测量非常清晰，“左边”是基础测量“右边”是统计测量，则“中间”就是基础测量与统计测量交叉的情况，将是客观存在的。您说不准出现基础测量与统计测量交叉的情况，这是说不准就不准的吗？。
        关于统计测量我们辩论过，这里再请问史老，从基准到各等级的计量标准直至工作计量器具的量值传递和溯源是基础测量还是统计测量？请您多举几个统计测量的例子来说明如何用单值的西格玛。请指出哪本不确定度评定专著或杂志中发表的不确定度评定例子误将统计测量处理成了基础测量。

　　温度测量评定的例子，典型地代表了“A类不确定度评定方法”：1 进行重复测量，记下重复测量的数据，2 求平均值；3用贝塞尔公式计算σ ；4 将σ除以根号N，得平均值的标准偏差 σ(平)。5 认定σ(平)是A类评定的标准不确定度。但是还应该补充一句，认定σ(平)是以平均值作为测量结果时A类评定的标准不确定度，如果重复性实验次数是n，实际测量结果是测量1次得到的，σ就是测量结果的标准不确定度，而并非σ(平)。
　　老师说不确定度评定“只表明分散性，丢掉了准确性”，这是事实。因为不确定度的确就是只表明分散性，且仅仅是分散性区间的半宽，准确性不是不确定度该插手解决的问题，而是误差和误差范围该解决的问题。不确定度是泛指所有的测量过程和测量结果的不确定度，当然也包括计量检定/校准这样的测量活动，不确定度评定说的所用测量设备，对于检定/校准这种测量过程就是指所用的计量标准，当然，对于一般的现场测量过程，所用的测量设备是工作用测量设备，“计量标准”是对测量设备进行“测量”时使用的测量设备，现场测量活动一般并不使用计量标准，或者说计量标准对测量结果的影响微乎其微可以忽略，为什么还要分析它给测量结果引入的不确定度分量呢？怎么会与“不强调计量标准的作用”挂上钩呢？

光有那20个测得值数据，就能“评估”出“测量不确定度”？！.... 若无其它“信息”就得了主贴所给的“测量不确定度”，是极其荒唐的。


如果不能‘肯定’“被测温度恒定不变”，那由20个测得值数据‘估计’出来的那个“1.49℃的σ(单)”与“测量误差的‘标准偏差’σ(测)”的关系是无法拎清的；

即便能‘肯定’“被测温度恒定不变”，由20个测得值数据‘估计’出来的那个“1.49℃的σ(单）”也只是“一部分测量误差的‘标准偏差’”的“估计值”，通常不能代表整个“测量误差的‘标准偏差’σ(测）”。

只有: (1). 能‘肯定’“被测温度恒定不变”；   (2). 由20个测得值数据‘估计’出来的那个“ 1.49℃的σ(单)”也能代表整个“测量误差的‘标准偏差’σ(测）”，即，假定不存在任何‘系统性’测量误差分量。------- 如此“由σ(单)除以根号20‘获得’平均值的标准偏差σ(平)”才“说的过去”。......但这实在是“闭着眼睛说的”！....实际上（1）和（2）都不可能达到！

　　不确定度评定必须依据测量过程的全部可靠信息来进行，现在的问题是只知道20个重复测量数据，测量过程的信息一概不知，输入量是什么、输出量是什么东西的温度、输出量是温度单次测量结果还是平均值测量结果、输出量与输入量的关系是什么、使用了哪些测量设备及其计量特性是什么、环境条件是什么，统统不知道，连测量模型都没有办法写出，何谈不确定度评定呢？充其量可以计算20个测量结果的标准偏差，标准偏差可以表述许许多多的参数，例如随机误差、重复性、测量结果的分散性、计量标准读数值的分散性、被检测量设备读数值的分散性、不确定度的A类评定分量、……，在这里又能说明什么呢？这是个典型的已知条件给出不充分的案例。所以无法就不确定度评定的问题展开讨论，如若讨论，必然各人有各人的理解，仁者见仁智者见智，五花八门，你说东我说西，无法找到统一的结论。

仔细看下2012版的全文吧，有多少来源写得清清楚楚，可以参考下，光个重复性明显是不够的。

　　正如史老师所说，在技术讨论中，观点不一定会达到统一。但讨论问题的已知条件必须是充分的，统一的，条件不充分不统一就会各说各，没法讨论。
　　如果史老师给出的案例仅仅是讨论被测对象用A类评定方法评定的不确定度分量，不是讨论被测对象测量不确定度的全部，也应该明确给出用什么东西测量什么的温度，以20个测量结果的平均值作为测量结果，还是以单次测量的测得值作为测量结果。最基本的已知条件不充分是没有办法评定不确定度的。所以在已知条件不充分的情况下，我只能对未知的条件使用“假设”。
　　假设用某工作用温度测量设备测量已达到稳定平衡的某温度场，如炉温或恒温箱的温度，对此测量过程进行不确定度的A类评定。首先，我们做了20次重复性实验测量得到楼主的（一）给出的20个测量结果，用贝塞尔公式计算出实验标准偏差S＝1.49℃，这个S＝1.49℃将永远存档备案，用于本测量方法的不确定度评定。因为给出的已知条件中并没有告知对测量结果的要求是什么，现在就必须分成两种情况来评定测量不确定度：
　　假设炉温实际测量执行的《测量规范》或《作业指导书》并未规定测量多少次取平均值作为测量结果，那么测量者在实施测量时完全有理由测量一次就读得炉温的测量结果。此时的测量结果标准不确定度u就是重复性实验得到的实验标准偏差S，即u＝S＝1.49℃，取包含因子k＝2，则扩展不确定度U＝2.98＝3.0℃（因不确定度是评估而得到的，所以不确定度的最终结果不得超过两位有效数字）。U＝3.0℃是20个测量结果中任意一个作为最终测量结果时的不确定度，如果是第二个测量结果 98.18，圆整到小数点后一位为98.2℃，与不确定度的末位数保持一致，则可以报告测量结果98.2℃的扩展不确定度U＝3.0℃，k=2。U＝3.0℃，k=2不是平均值100.14℃作为测量结果的不确定度。
　　假设炉温实际测量执行的《测量规范》或《作业指导书》规定必须测量20次，取20次测量结果的平均值自我炉温最终测量结果。此时的测量结果标准不确定度u就是存档备案的重复性实验得到的实验标准偏差S除以实际测量次数N的平方根，即u＝S/√20＝0.33℃，取包含因子k＝2，则扩展不确定度U＝0.66℃。则U＝0.66℃，k=2是测量结果 t(平)=100.14℃的不确定度。同样，如果规范或作业指导书规定测量３次取平均值作为测量结果，则u＝S/√3＝0.86℃，取包含因子k＝2，则扩展不确定度U＝1.7℃，三次测量的平均值也应该圆整到小数点后一位，保持与不确定度末位数对齐。
　　如上所述，测量规范和作业指导书规定如何给出测量结果，就必须按规定测量和给出，没有讨价还价的任何理由。如何给出测量结果也就决定了A类评定的不确定度怎么计算，并非千遍一律地用实验标准偏差除以根号20，n=20是重复性实验的次数，不是实际测量的次数N。实际测量次数N是测量规范的规定不允许随意更改，重复性实验的次数n并没有具体规定多少次，而是越多越好，一般取n≥10。标准偏差的计算使用的是重复试验次数n，测量结果的不确定度计算使用的是规定的测量次数N，测量结果的标准不确定度是S/√N，而非S/√n，当规定的N＝n时纯属是个意外，并非必须是N=n。

-
      讨论，就是表明观点。“统一的结论”，有时是可以得到的；但大多数情况是得不到的。不能为讨论设置障碍。谁说必须有统一的结论？当我两年前以“一笔混沌账”为题，指出GUM这个评定的弊病时，是有人反对的，说GUM对，评的是“可信性”。
-
      这个题目，是GUM的题目。GUM是国际计量规范，是不确定度理论与不确定度评定的总规范，因此讨论GUM的内容，是正常的。
      我提议讨论这个题目，目的很明确，就是指出GUM的错误。
      njlyx首先响应，指出：“光有那20个测得值数据，就能“评估”出“测量不确定度”是极其荒唐的”。我认为这是向GUM开炮；因为凭20个数据算出“标准不确定度0.33℃”的正是GUM。GUM是八大国际学术组织的文件，是中国以及世界各国关于不确定度的计量规范的根据，是一切信仰不确定度论的人顶礼膜拜的偶像；njlyx这一炮开得好。
      njlyx说这种评定“是极其荒唐的”，我非常赞成！强烈支持！
      我发起这项讨论的目的就是揭露此种评定的弊病；现已有njlyx的呼应，至少已是两个人的共识。我将接下去一条一条摆道理，揭露GUM的蒙人的本质，相信必将撕破国际文件GUM的那层不可一世的神秘的面纱，会有越来越多人看透不确定度论的伪科学的本质。
-