PDF《稳态防护热板法导热系数测试技术应用——Application》

1016 护热板法热导仪测量不确定度分析[3] NIST

1016 护热板法热导仪可以有双试样和单试样两种测试模式, 在此文的不确定度分析中只针对 单试样测试模式. 2.1.1. 测量不确定度评定 本节概述了与当前国际准则一致的不确定度相关术语[4],且提出评定测量不确定度的步骤,此步骤基 于多个分析化学实验室的实际经验.采用此步骤,给出了 NIST 的低密度玻璃纤维热绝缘材料的不确定度 评定计算算例. 2.1.1.1. 术语名称 (1)合成标准不确定度(combined standard uncertainty) 一个测量结果的合成标准不确定度 可以用综合方差 的正平方根来表示,即: (2.1.1) 式(2.1.1)一般被认为是 不确定度传播定律 或者 平方和根 .灵敏系数 相当于一个输入量的偏 导数 ,它用于评价输入量与输入量估计值的一致程度 ,相应的 是输入估计值 的 标准不确定度.相对合成标准不确定度定义如下(其中 ) : . 每个 可以作为 A 类标准不确定度来评价,也可作为 B 类标准不确定度进行评价,A 类标准不确 定度由统计方法进行评价获得的不确定度分量.对于一系列观测数据,采用非统计方法评价获得的不确定

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26 度分量定义为 B 类标准不确定度,B 类标准不确定度一般基于科学判断和用其它方式获得的测量数据,如 试验、经验、校准证书、制造厂家技术指标等.需要特别强调的是把不确定度评价以 A 和B来划分,并不 是把误差类型进行分类,也就是说,对于传统的 随机误差 和 系统误差 ,A 和B的划分没有任何实 际意义. 由于这两种类型都是基于概率分布且等效结合, 把不确定度按照 A 类和 B 类进行划分仅仅是为了 方便.所以,式(2.1.1)可简单写成: (2.1.2) A 类和 B 类不确定度评价的例子有很多文献有过介绍,一个典型的 A 类不确定度评价包含重复观测, 即认为一个输入量 的确定取决于相同条件下得到的 次独立观测值,这样,输入估计值 可用采样平均 值来表达,即: 与 相关的标准不确定度 是采样平均值的标准偏差估计值(其中 是 次观测值的标准偏差) , 即: (2.1.3) (2)扩展不确定度(expanded uncertainty) 扩展不确定度 是合成不确定度 与包含因子 的乘积,是被测量以高概率位于其间的区间(例如,类似于置信区间) ,即: (2.1.4) 包含因子 的选择基于由扩展不确定度 定义区间相关的所希望的置信水平来确定, 通常在 2~3 之间. 在比较宽泛的变化范围内,包含因子 将定义一个置信水平为 95%的区间, 将定义一个置信水平 大于 99%的区间.依据惯例,NIST 选用的包含因子 .相对扩展不确定度表达式为(其中 ) : 对于 A 类不确定度评价,在公式(2.1.3)中的简单情况下自由度 .当为2个或更多方差分量 总和时,可通过韦尔奇-萨特思韦特(Welch-Satterthwaite)公式得到一个有效自由度.对于 B 类不确定度 评价,认为 是无限大的,这在后面有更多阐述,B 类不确定度在不确定度评价中占主导作用,因此,自 由度值 不是必须的,且在确定包含因子 值时最终不会采用. 2.1.1.2. 步骤 EURACHEM/CITAC 指南提供了不确定度评价相关的指导,尽管只是应用在化学测试分析上,但同样 适用于其它的领域,主要步骤概括如下: (1)描述数学过程(测量)模型,对被测变量进行准确详尽的数学描述,即: . (2)确定不确定度来源:全面列出相关不确定度来源(尽管可能不是十分详尽) ,做出一个因果