不確定度系列4:重複性(復現性)分量的計算

2020-12-12 周寶瓏

任何測量結果的不確定度評定，都包含該測量結果的重複性分量。重複性認為主要由隨機誤差造成，而隨機誤差來源於測量人員、測量設備、環境條件、測量地點等。

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測量精密度

測量精密度是對同一或類似被測對象重複測量所得示值或測得值間的一致程度 。它體現的測得值的離散性，對應於隨機誤差。

測量精密度高，則測得值的分布區間較小，測得值的離散性較小。但測得值與真值離的遠近不得而知，即系統誤差的大小與精密度沒有任何關係。

測量精密度對應的有兩個概念，一個是重複性，一個是復現性。

重複性是在重複性測量條件下的測量精密度。

「重複性測量條件」指相同測量方法、相同操作人員、相同測量設備、相同環境條件、相同測量地點並在短較時間內對相同或同一對象重複測量的測量條件。

復現性是在復現性測量條件下的測量精密度。

「復現性測量條件」指操作人員、測量設備、環境條件、測量地點其中一項或多項不相同，對相同或同一對象重複測量的測量條件。一般情況下測量方法不變，但測量方法不同也可認為屬於復現性測量條件。

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用實際重複性計算不確定度

如果每次測量，不確定度採用本次測量的多次測量數據計算重複性，則可以保證同一個人測量，用同一套設備測量，相同的地點測量，在短時間內具有相同或變化不大的環境條件，完全滿足重複性測量條件的定義。

把重複性作為隨機誤差引入的不確定度分量完全正確。

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用預估值計算不確定度

然而檢測和大多數校準的不確定度都採用預估值。預估的由隨機誤差引入的不確定度分量就不單單考慮重複性測量條件。

因為在以後實際的測量中，實驗室所有的檢測人員都可能會檢測，如果預估時是由檢測人員A實施的，客戶送來一個設備卻是由檢測人員B或C實施的，他們的得到的測得值的分散情況是不同的。

預估時用的是測量設備D，但實際檢測時用的是測量設備E或F，那麼由測量設備帶來的分散性也是變化的。

如果實際檢測的地點不同於預評估時的檢測地點，則由地點變化引入不可知的隨機誤差也是有可能的。

檢測標準規定的環境條件範圍內的不同點條件也會造成重複性的不同。

綜上等等，對於採用預估值計算不確定度的情況，採用復現性比重複性更合理。正常復現性大於重複性，復現性考慮了所有可變條件，適用於所有測量環境，雖然這樣評定出來的不確定度會大一些，但更客觀準確。

04

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重複性（復現性）和不確定度的關係

重複性（復現性）是測得值的分布範圍，每次測量會得到不同的測得值，這些測得值比較集中則重複性好，比較分散則重複性不好 。但重複性很小，有時測得值離真值卻很遠。測得值由測量儀器得到，因此，重複性便成為測量儀器的一項重要計量特性，有的通過貝塞爾公式或極差法計算重複性，有的設備習慣上直接用極差作為儀器的重複性。

而不確定度是測量結果的一部分，表徵的是真值的分布範圍，即真值分布在測得值的正負不確定度範圍內。

比如測量結果y±U，y為測得值，U為不確定度，則真值落在[y-U,y+U]內。因此，U越小越好，測得值使用的更放心，因為我們知道真值按最壞的情況也離的不是太遠。

這裡的U包含的重複性，還有所有已知原因和未知原因的系統效應引入的不確定度分量，通過不確定度的方差傳播定律進行合成。

因此說，不確定度U是考慮了所有隨機誤差和系統誤差後，真值在測得值附近存在的範圍，我們敢肯定的說，真值在這個範圍內，但真值具體在範圍內的哪個點不得而知，也沒法知道。

不同的測量方法和條件控制只能減少不確定度，但不能完全消除不確定度。

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