通常在一些設(shè)備儀器校準或儀器校正試驗中，常使用一些大型的專用電測設(shè)備，進行電信號的錄取及數(shù)據(jù)處理。以往，對這類非標準設(shè)備的計量檢定或校準，多采用更高精度的通用電子測量儀器作為其參考標準。但是，隨著設(shè)備系統(tǒng)的發(fā)展，鑒定試驗用測試設(shè)備的精度也越來越高，有些與現(xiàn)有的計量參考標準精度相當。若仍采用目前的計量標準對這些電測系統(tǒng)進行校準，就必須考慮參考標準的測量不確定度，以及在此情況下被測系統(tǒng)擴展不確定度的估計方法。我們將就此問題進行討論與分析。
新的不確定度估計方法
1.一般被測系統(tǒng)的不確定度估計
對于不確定度的估計可采用測量列結(jié)果的統(tǒng)計分布估計，并以實驗標準偏差表征。同時，也可采用基于經(jīng)驗或參考標準儀器信息的假定概率分布估計。當參考標準與被校準系統(tǒng)精度相當時，測量結(jié)果統(tǒng)計分布估計的測量次數(shù)(樣本量)引起的誤差，以及參考標準自身的不確定度帶來的誤差將被考慮。
新的不確定度估計方法是將參考標準與被校準系統(tǒng)同時對一設(shè)定的電參量進行重復(fù)測量，參考標準已經(jīng)上一級計量檢定合格，測量標準值在其技術(shù)指標所規(guī)定的置信區(qū)間內(nèi)，測量結(jié)果符合正態(tài)分布，于是有不確定度
式中:t是所給置信概率下置信區(qū)間的包含因子;
σRef是參考標準正態(tài)分布的總體標準偏差，此參數(shù)可由技術(shù)指標中所給的擴展不確定度求得;
k是樣本量修正因子，它是指在與σRef相同的置信概率的情況下，由于有限次測量而對應(yīng)置信區(qū)間包含因子的修正值;
SDUT是被校準系統(tǒng)統(tǒng)計測量的實驗標準偏差;
δ是參考標準與被校準系統(tǒng)統(tǒng)計測量的樣本均值之差。
公式(1)推導(dǎo)如下:
設(shè)X1, X2分別為參考標準及被校準系統(tǒng)(DUT)的測量讀數(shù)，X2的測量誤差可簡單表示為X1- X2。首先考慮用標準偏差來表示的標準不確定度，對于擴展不確定度，只需在各自分布的方差前乘以置信因子。
由概率論正態(tài)分布的定義可知，方差σ2就是無窮多次測得值誤差平方的平均值。有:
又因為不確定度可用測量結(jié)果的統(tǒng)計分布來評價，對于正態(tài)分布可用標準偏差來表征。于是有:
在式(1)中σRef是由參考標準技術(shù)說明書中的擴展不確定度按B類標準不確定度計算而得。而對于大多數(shù)電子儀器公司如HP , Fluke和Datron/Wavetek，它們給出的不確定度指標其置信概率均為99.7%，其置信區(qū)間半寬度包含因子為3。當采用這些公司的儀器作參考標準時，測量結(jié)果不確定度的置信概率也要求與之相當。而由于在實際測量中，測量次數(shù)有限，SDUT不是σ的無偏估計，當與參考標準不確定度取相同的置信概率時，必須對被校準系統(tǒng)的合成標準不確定度的置信區(qū)間半寬度進行修正。即SDUT乘以修正因子K。表1給出了95%和99%置信概率下，各種測量次數(shù)時k的取值。
例如:當參考標準的不確定度其置信概率為95%時，相應(yīng)的置信區(qū)間半寬度為2σ。而實際測量次數(shù)為l0次，此時公式(1)中的K就不能為2，而應(yīng)該是3.38.由公式(1)的推導(dǎo)可知，公式(1)的計算結(jié)果實際上表征了被測系統(tǒng)的擴展不確定度，其包含因子為3，置信水平為99.7%。由于被校準系統(tǒng)本身也是測量系統(tǒng)，因此用擴展不確定度比采用合成標準不確定度來描述更為恰當。
幾種特殊情況下不確定度的計算
在實際工作中，對于被測系統(tǒng)而言，雖然總是存在實驗標準偏差。但有時由于被測系統(tǒng)顯示位數(shù)的限制，在統(tǒng)計測量時，并不能觀測得到。此時，公式(1)中的SDUT=0。而對于參考標準而言，即使統(tǒng)計觀測結(jié)果的實驗標準偏差為零，在公式(1)中的σRef仍將根據(jù)其技術(shù)指標所給擴展不確定度及置信概率進行計算。參考標準及被測系統(tǒng)的統(tǒng)計測量數(shù)據(jù)主要是用于獲得δ值。在這種情況下，公式(1)變?yōu)?
