CN112860578A - 一种测量结果的不确定度评定方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种测量结果的不确定度评定方法。该方法的步骤包括：统计生成测量结果过程中执行的单元操作；其中，单元操作为对被测量对象的操作；依照单元操作的操作类型将单元操作划分至相应的操作类型集合；统计被测量对象的标准值不准确性、摩尔质量以及不均匀性；基于操作类型对应的操作不确定度与被测对象的标准值不准确性、摩尔质量以及不均匀性统计操作类型集合中全部单元操作整体的不确定度分量；基于不确定度分量生成测量结果的合成标准不确定度。本方法确保了计算不确定度的准确性以及对于不确定度的分析效率，并且降低了对不确定度的评定难度。此外，本申请还提供一种测量结果的不确定度评定装置、设备及存储介质，有益效果同上所述。

Description

一种测量结果的不确定度评定方法

技术领域

本申请涉及检验检测领域，特别是涉及一种测量结果的不确定度评定方法。

背景技术

测量不确定度，简称不确定度，其含义是指表征合理地赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数。

虽然误差和误差分析早已成为测量科学或计量学的一部分，并且可以对已知或可疑的误差分析做出评定并进行适当的修正，但是这样的测量结果依然还存在着不确定度。

对于一个测量过程，当报告被测量的测量结果时，应对测量结果的质量给出定量的说明，以便使用者能评价其可靠程度。如果没有这样的说明，测量结果之间不能进行比较，测量结果也不能与标准或规范中给出的参考值进行比较，所以需要一个便于实现、容易理解和公认的方法来表征测量结果的质量，这个方法就是评定其测量不确定度(GB/T27418-2017，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局)。

从生产车间到基础研究等很多各种准确度水平的测量过程，测量结果往往由测量者执行的特定测量步骤得到，针对测量过程中的每一个测量步骤均可能会产生相应的测量不确定度。当前常见的测量不确定度分析方法，往往是基于建立的测量关系式的每个参数来分析不确定度来源，综合计算相应参数对应的不确定度分量，并将各参数引入的不确定度分量进一步整合为测量结果的测量不确定度。但是在一些涉及复杂测量过程的领域，比如化学分析、食品分析、环境分析等领域，测量关系式中所包含的参数往往较多，各个参数往往涉及多方面的不确定度来源。另外，测量不确定度的来源须根据实际测量情况进行具体分析，除了定义的不确定度外，测量仪器、测量环境、测量人员、测量方法等方面均会引入不确定度。(JJF1059.1-2012:测量不确定度评定与表示国家质量技术监督检验检疫总局)。

因此基于测量关系式分析测量过程的不确定度来源，需要测量者具备较好的专业素质及测量经验以及对不确定度理论有较好的掌握。而不确定度理论是一个较新的理论，当前执行测量过程的人员普遍掌握不佳。即是说，当前众多不确定度评定人员无法利用测量关系式进行不确定度来源全面分析及计算，会有遗漏或重复分析，难以保证测量不确定度的准确评定；另外，测量关系式的参数经常引入多个不同属性的不确定度来源，经常需要对这些不同属性的不确定度来源进行整合和量化运算，产生一定的运算时长开销；因此当前不确定度评定方法，难以确保不确定度的评定质量。

由此可见，提供一种测量结果的不确定度评定方法，以相对确保计算不确定度的准确性以及对于不确定度的分析效率，并且降低对不确定度的评定难度，是本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本申请的目的是提供一种测量结果的不确定度评定方法，以相对确保计算不确定度的准确性以及对于不确定度的分析效率，并且降低对不确定度的评定难度。

为解决上述技术问题，本申请提供一种测量结果的不确定度评定方法，包括：

统计生成测量结果过程中执行的单元操作；其中，单元操作为对被测量对象的操作；

依照单元操作的操作类型将单元操作划分至相应的操作类型集合；

统计被测量对象的标准值不准确性、摩尔质量以及不均匀性；

基于操作类型对应的操作不确定度与被测对象的标准值不准确性、摩尔质量以及不均匀性统计操作类型集合中全部单元操作整体的不确定度分量；

基于不确定度分量生成测量结果的合成标准不确定度。

优选地，单元操作包括溶液配制操作、仪器测定操作以及天平称量操作中的一项或多项。

此外，本申请还提供一种测量结果的不确定度评定装置，包括：

操作统计模块，用于统计生成测量结果过程中执行的单元操作；其中，单元操作为对被测量对象的操作；

类型划分模块，用于依照单元操作的操作类型将单元操作划分至相应的操作类型集合；

物质统计模块，用于统计被测量对象的标准值不准确性、摩尔质量以及不均匀性；

分量计算子模块，用于基于操作类型对应的操作不确定度与被测对象的标准值不准确性、摩尔质量以及不均匀性统计操作类型集合中全部单元操作整体的不确定度分量；

合成计算模块，用于基于不确定度分量生成测量结果的合成标准不确定度。

优选地，单元操作包括溶液配制操作、仪器测定操作以及天平称量操作中的一项或多项。

此外，本申请还提供一种测量结果的不确定度评定设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行计算机程序时实现如上述的测量结果的不确定度评定方法的步骤。

此外，本申请还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述的测量结果的不确定度评定方法的步骤。

本申请所提供的测量结果的不确定度评定方法，首先统计生成测量结果过程中执行的单元操作，其中，单元操作为对被测量对象的操作，进而依照单元操作的操作类型将单元操作划分至相应的操作类型集合，并进一步基于操作类型对应的操作不确定度与被测对象的标准值不准确性、摩尔质量以及不均匀性统计操作类型集合中全部单元操作整体的不确定度分量，进而基于不确定度分量生成测量结果的合成标准不确定度。由于本方法统计生成测量结果过程中执行的单元操作的操作类型，并对具有相同操作类型的单元操作进行整体的不确定度分量计算，而单元操作相较于测量关系式而言涵盖了更多测量结果生成过程中的不确定度潜在来源，因此相对确保了计算不确定度的准确性以及对于不确定度的分析效率，并且降低了对不确定度的评定难度。此外，本申请还提供一种测量结果的不确定度评定装置、设备及存储介质，有益效果同上所述。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例公开的一种测量结果的不确定度评定方法的流程图；

图2为本申请实施例公开的一种测量结果的不确定度评定装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护范围。

在检验检测领域中，测量结果往往由实验者执行特定的实验步骤得到，针对实验者在执行检验检测分析过程中的每一个实验步骤均会产生相应的不确定度。当前常见的不确定度分析方法，往往是基于测量结果的测量关系式中每个参数所涉及的不确定度来源，综合计算相应参数对应的不确定度分量，并将各参数的不确定度分量进一步整合为测量结果的不确定度，但是由于测量关系式中的各个参数往往涉及多方面的不确定度来源，而基于多个不确定度来源综合生成不确定度分量的过程中，需要对各不确定度来源的不确定度来源分量进行标准不确定度的量化运算，产生一定的运算时长开销；另外，测量关系式仍可能有未涵盖到的不确定度来源，因此当前难以确保最终计算所得不确定度的准确性以及不确定度的分析效率，并且不确定度的评定难度较高。

为此，本申请的核心是提供一种测量结果的不确定度评定方法，以相对确保计算不确定度的准确性以及对于不确定度的分析效率，并且降低对不确定度的评定难度。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。

请参见图1所示，本申请实施例公开了一种测量结果的不确定度评定方法，包括：

步骤S10：统计生成测量结果过程中执行的单元操作。

其中，单元操作为对被测量对象的操作。

需要说明的是，本步骤中的测量结果指的是通过进行检验检测实验生成的检测数据，而生成测量结果的过程即为检验检测实验的操作过程，测量结果过程中执行的单元操作指的是检验检测实验的整体操作过程中的独立操作。单元操作包括但不限于检验检测实验的操作过程中的溶液配制、溶液稀释、浓缩、固体溶解以及仪器测定中的一项或多项操作，应根据实际情况而定，在此不做具体限定。

本实施例中被测量对象指的是可以是测量过程中使用的标准物质，也可以是与最终所得到的不确定度对应的被测物质。本实施方式考虑到在当单元操作为对被测量对象的操作时，被测量对象本身的标准值不准确性、摩尔质量以及不均匀性也往往是不确定度的来源，会带来一定的不确定度。其中，被测量对象的标准值不准确性，也可以认为是被测量对象的纯度。例如，许多有机染料，不是100％的纯度，可能含有异构体和无机盐，对于这类物质的标准值不准确性、摩尔质量以及不均匀性，制造商通常只表明不低于规定值。关于纯度水平的假设将会引进一个不确定度分量。进而在本实施方式中，进一步统计被测量对象的标准值不准确性、摩尔质量以及不均匀性，并基于操作类型对应的操作不确定度与被测对象的标准值不准确性、摩尔质量以及不均匀性统计操作类型集合中全部单元操作整体的不确定度分量，以此进一步提高了计算不确定度分量的准确性，进而提高了合成标准不确定度的准确性。

步骤S11：依照单元操作的操作类型将单元操作划分至相应的操作类型集合。

在获取到单元操作之后，本步骤进一步依照单元操作的操作类型将单元操作划分至相应的操作类型集合，也就是说，在相同操作类型集合中包含的单元操作均属于相同的操作类型，而在本实施例中，每一个操作类型均具有对应的操作不确定度，也就是说，属于相同操作类型的单元操作均产生相同处理方式的操作不确定度。

步骤S12：统计被测量对象的标准值不准确性、摩尔质量以及不均匀性。

在依照单元操作的操作类型将单元操作划分至相应的操作类型集合之后，本步骤进一步根据操作类型对应的操作不确定度统计操作类型集合中全部单元操作整体的不确定度分量，也就是说，本步骤相当于是以操作类型集合为单位，基于各操作类型集合对应的操作不确定度，对每一个操作类型集合中的单元操作进行不确定度的整合运算，以此得到各个操作类型集合即各操作类型的单元操作整体上的不确定度分量。

步骤S13：基于操作类型对应的操作不确定度与被测对象的标准值不准确性、摩尔质量以及不均匀性统计操作类型集合中全部单元操作整体的不确定度分量。

不确定度的来源还可以是被测量对象的存储条件、测量的环境条件等，因此可以进一步统计被测量对象的存储条件对应的存储不确定度以及环境条件对应的环境不确定度，进而基于环境不确定度、操作类型对应的操作不确定度以及被测对象的标准值不准确性、摩尔质量及不均匀性统计操作类型集合中全部单元操作整体的不确定度分量。

步骤S14：基于不确定度分量生成测量结果的合成标准不确定度。

在根据操作类型对应的操作不确定度统计操作类型集合中全部单元操作整体的不确定度分量之后，本步骤进一步基于不确定度分量生成测量结果的合成标准不确定度。

本实施例将生成测量结果的实验过程拆分成为一系列的独立操作，如质量称量、(溶液的)体积量取等，将每个操作单独评价以得到与之相关的不确定度评定值。在此过程中，不区分操作的对象是被测量物质还是标准物质，只要测量过程共用相同类型的单元操作，即可作为同一类不确定度来源加以评定。例如，天平称量，可能针对被测量物质，也可能针对标准物质，只要是利用天平称量，就可以作为一类不确定度分量进行评定；再例如体积量取，可能针对被测量物质，也可能针对标准物质；可能针对量筒烧瓶这种较大的体积容器，也可能针对微量进样器这种小的体积容器，只要都是体积量取操作，即可作为一类不确定度分量进行评定。

本申请所提供的测量结果的不确定度评定方法，首先统计生成测量结果过程中执行的单元操作，其中，单元操作为对被测量对象的操作，进而依照单元操作的操作类型将单元操作划分至相应的操作类型集合，并进一步基于操作类型对应的操作不确定度与被测对象的标准值不准确性、摩尔质量以及不均匀性统计操作类型集合中全部单元操作整体的不确定度分量，进而基于不确定度分量生成测量结果的合成标准不确定度。由于本方法统计生成测量结果过程中执行的单元操作的操作类型，并对具有相同操作类型的单元操作进行整体的不确定度分量计算，而单元操作相较于测量关系式而言涵盖了更多测量结果生成过程中的不确定度潜在来源，因此相对确保了计算不确定度的准确性以及对于不确定度的分析效率，并且降低了对不确定度的评定难度。

在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，单元操作包括溶液配制操作、仪器测定操作以及天平称量操作中的一项或多项。

需要说明的是，本实施方式中的溶液配制操作包括但不限于，对溶液的浓缩或稀释、对溶液的萃取以及对固体物质的溶解。本实施方式进一步提高了单元操作的操作类型的丰富性，进而能够进一步确保根据操作类型对应的操作不确定度统计操作类型集合中全部单元操作整体的不确定度分量的准确性。

为了加深对于本申请上述实施例方案的理解，本申请还提供一种具体应用场景下的场景实施例做进一步说明。

利用本方法对不确定度评估过程和计算方法举例如下：

对于一个具有代表性的定量分析化学测量过程，一般包括两个部分：1)标准物质的(天平)称量、(溶液)配制、(溶液)稀释或浓缩和(仪器)测定；2)被测量物质(天平)称量、(溶液)配制、(溶液)稀释或浓缩和(仪器)测定。

对于上述实验中结果的不确定度评估过程，我们的方法是将上述实验过程考虑成为一系列的独立操作，如质量称量、(溶液的)体积量取、标准物质纯度等，将每个操作单独评价以得到与之相关的不确定度评定值。在此过程中，不区分操作的对象是被测量物质还是标准物质，只要测量过程共享相同的实验操作，即可作为一类不确定度来源加以评定。例如，天平称量，可能针对被测量物质，也可能针对标准物质，只要是利用天平称量，就可以作为一类不确定度分量进行评定；再比如体积量取，可能针对被测量物质，也可能针对标准物质；可能针对量筒、烧瓶这种较大的体积容器，也可能针对微量进样器这种小的体积容器。只要都是体积量取操作，即可作为一类不确定度分量进行评定。

因此本方法在进行不确定度来源评估时，可化简为如下操作进行：

第一步，基于测量过程，识别不确定度的来源：

1)标准物质纯度带来的不确定度分量；

2)天平称量带来的不确定度分量，包括利用天平称量标准物质和被测量物质的实验过程；

3)实验操作中与体积相关的过程带来的不确定度分量，包括标准物质和被测量物质的溶解过程、溶液的稀释或浓缩过程，以及利用相应的仪器的样品进样过程。

第二步，不确定度分量的量化：u(m)(m代表一项或多项被测量物质或标准物质各自的质量)、u(V)(V代表实验操作中一次或多次量取的物质分别对应的体积，可以是测量物质的，也可以是标准物质的)、u(P)(P代表一种或多种标准物质分别具有的纯度)；

第三步，计算合成标准不确定度(u_c(y))：

第四步，计算扩展不确定度(U)：U＝k×u_c(y)；

第五步，报告扩展不确定度：y＝(x±U)(单位)。

与常规法比较，本方法对不确定度的来源评估更加直观，更容易被实验者所理解和掌握。尽管本方法思考的角度不同，对不确定度来源的处理不同，但是引起不确定度来源的具体因素是相同的，所利用的计算公式和计算标准是相同的，因此，最终不确定度的评估结果，与常规方法得到的不确定度的结果是一致的。

请参见图2所示，本申请实施例提供了一种测量结果的不确定度评定装置，包括：

操作统计模块10，用于统计生成测量结果过程中执行的单元操作；其中，单元操作为对被测量对象的操作；

类型划分模块11，用于依照单元操作的操作类型将单元操作划分至相应的操作类型集合；

物质统计模块12，用于统计被测量对象的标准值不准确性、摩尔质量以及不均匀性；

分量计算子模块13，用于基于操作类型对应的操作不确定度与被测对象的标准值不准确性、摩尔质量以及不均匀性统计操作类型集合中全部单元操作整体的不确定度分量；

合成计算模块14，用于基于不确定度分量生成测量结果的合成标准不确定度。

在上述实施例的基础上，作为一种优选的实施方式，单元操作包括溶液配制操作、仪器测定操作以及天平称量操作中的一项或多项。

本申请所提供的测量结果的不确定度评定装置，首先统计生成测量结果过程中执行的单元操作，其中，单元操作为对被测量对象的操作，进而依照单元操作的操作类型将单元操作划分至相应的操作类型集合，并进一步基于操作类型对应的操作不确定度与被测对象的标准值不准确性、摩尔质量以及不均匀性统计操作类型集合中全部单元操作整体的不确定度分量，进而基于不确定度分量生成测量结果的合成标准不确定度。由于本装置统计生成测量结果过程中执行的单元操作的操作类型，并对具有相同操作类型的单元操作进行整体的不确定度分量计算，而单元操作相较于测量关系式而言涵盖了更多测量结果生成过程中的不确定度潜在来源，因此相对确保了计算不确定度的准确性以及对于不确定度的分析效率，并且降低了对不确定度的评定难度。

此外，本申请还提供一种测量结果的不确定度评定设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行计算机程序时实现如上述的测量结果的不确定度评定方法的步骤。

本申请所提供的测量结果的不确定度评定设备，首先统计生成测量结果过程中执行的单元操作，其中，单元操作为对被测量对象的操作，进而依照单元操作的操作类型将单元操作划分至相应的操作类型集合，并进一步基于操作类型对应的操作不确定度与被测对象的标准值不准确性、摩尔质量以及不均匀性统计操作类型集合中全部单元操作整体的不确定度分量，进而基于不确定度分量生成测量结果的合成标准不确定度。由于本设备统计生成测量结果过程中执行的单元操作的操作类型，并对具有相同操作类型的单元操作进行整体的不确定度分量计算，而单元操作相较于测量关系式而言涵盖了更多测量结果生成过程中的不确定度潜在来源，因此相对确保了计算不确定度的准确性以及对于不确定度的分析效率，并且降低了对不确定度的评定难度。

此外，本申请还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如上述的测量结果的不确定度评定方法的步骤。

本申请所提供的计算机可读存储设备，首先统计生成测量结果过程中执行的单元操作，其中，单元操作为对被测量对象的操作，进而依照单元操作的操作类型将单元操作划分至相应的操作类型集合，并进一步基于操作类型对应的操作不确定度与被测对象的标准值不准确性、摩尔质量以及不均匀性统计操作类型集合中全部单元操作整体的不确定度分量，进而基于不确定度分量生成测量结果的合成标准不确定度。由于本计算机可读存储设备统计生成测量结果过程中执行的单元操作的操作类型，并对具有相同操作类型的单元操作进行整体的不确定度分量计算，而单元操作相较于测量关系式而言涵盖了更多测量结果生成过程中的不确定度潜在来源，因此相对确保了计算不确定度的准确性以及对于不确定度的分析效率，并且降低了对不确定度的评定难度。

以上对本申请所提供的一种测量结果的不确定度评定方法进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (6)

1.一种测量结果的不确定度评定方法，其特征在于，包括：

统计生成测量结果过程中执行的单元操作；其中，所述单元操作为对被测量对象的操作；

依照所述单元操作的操作类型将所述单元操作划分至相应的操作类型集合；

统计所述被测量对象的标准值不准确性、摩尔质量以及不均匀性；

基于所述操作类型对应的操作不确定度与所述被测对象的标准值不准确性、摩尔质量以及不均匀性统计所述操作类型集合中全部所述单元操作整体的所述不确定度分量；

基于所述不确定度分量生成所述测量结果的合成标准不确定度。

2.根据权利要求1所述的测量结果的不确定度评定方法，其特征在于，所述单元操作包括溶液配制操作、仪器测定操作以及天平称量操作中的一项或多项。

3.一种测量结果的不确定度评定装置，其特征在于，包括：

操作统计模块，用于统计生成测量结果过程中执行的单元操作；其中，所述单元操作为对被测量对象的操作；

类型划分模块，用于依照所述单元操作的操作类型将所述单元操作划分至相应的操作类型集合；

物质统计模块，用于统计所述被测量对象的标准值不准确性、摩尔质量以及不均匀性；

分量计算子模块，用于基于所述操作类型对应的操作不确定度与所述被测对象的标准值不准确性、摩尔质量以及不均匀性统计所述操作类型集合中全部所述单元操作整体的所述不确定度分量；

合成计算模块，用于基于所述不确定度分量生成所述测量结果的合成标准不确定度。

4.根据权利要求3所述的测量结果的不确定度评定装置，其特征在于，所述单元操作包括溶液配制操作、仪器测定操作以及天平称量操作中的一项或多项。

5.一种测量结果的不确定度评定设备，其特征在于，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如权利要求1或2所述的测量结果的不确定度评定方法的步骤。

6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1或2所述的测量结果的不确定度评定方法的步骤。

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