测量中的不确定度

---

简介

测量中的不确定度可能经常出现在不同的实验和理论计算中。数字被方便地用来关注实验中可能的结果，并具有一定的不确定性。不确定度对不同类型测量的影响已被定义为一个参数，该参数与化学中特定测量的结果相关，该结果描述了值的分布。

科学记数法

化学家观察到，在不同时间，系统误差可能与科学因素的影响有关。此外，人们还观察到，关于工程变量的测量中存在两种不同的不确定性，即随机不确定性和系统不确定性。所有测量设备都具有一定的不确定度。

图 1：测量概率密度

D Wells，标准正态分布，CC BY-SA 4.0

化学中不同的测量程序定义了物质的属性或特性。

以下是化学中特定记数法的补充部分，以理解测量中的不确定度 -

• 分子和原子具有极低的质量，但是；这些仍然大量存在。

• 化学家甚至协商氢原子质量的数字，该数字可能低至 0.00000000000000000000000166g。即使化学也专注于处理数字过程的进一步实验。

• 为了管理小数或大数，使用记数法：x 10y，其中表示基于 x 乘以十的 y 次方。此外，在上述表达式中，y 是一个指数，包括负值或正值，而 x 是一个数字，其值可以从 1.000 变化到 9.999。

图 2：测量不确定度

• 823.912 的科学记数法表示也可以表示为科学记数法 8.23912 × 10²。该表达式定义了小数点向左移动两位，如果向左移动三位，则 10 的幂应为 3。此外，出于同样的目的，0.00075 可以表示为 7.5 × 10^-4，在此表达式中，小数点向右移动四位。此外，-4 指的是科学记数法中的指数。

加法和减法中的不确定度

化学中的不同方程式通常遵循不同的数学方程式来开发不同的指数。化学中的不同运算迫切需要以不同方式放置数字，这些数字具有相同的指数。因此，5.43 × 10⁴ 和 3.45 × 10³ 由幂定义相等，但系数加法不同，减法是通过遵循不确定度测量中简单的加减规则进行的。该方法如下 -

$$\mathrm{5.43 × 10^4 – 0.345 × 10^4 = [5.43 – (0.345)]× 10^4 = (5.43 – 3.45) × 10^4 = 1.98 × 10^4}$$

上述表达式在减法情况下被提及，以更好地理解测量中的不确定度。

百分比不确定度公式

任何不确定度公式的结果都可以用百分比表示法或简单比率来衡量。因此，它可以估计为以下公式 -

$$\mathrm{百分比不确定度 = 不确定度 / 实际值\:\times\:100}$$

例如，由于额外的边际问题，可以估计一个标尺的潜在错误值为 6 厘米。测量的结果可能与 10 厘米相同，其中因素可以计算为百分比误差。

系统误差和随机误差

实验误差可以分为两个不同的类别，例如系统误差和随机误差。根据过程和数量，计算过程被称为准确度，这是一种定性概念，表示测量值与测量值的真实值之间的一致性。此外，“偏差”是用来解释任何系统误差的大小。

下表显示了关于系统误差和随机误差的主要区别 -

系统误差	随机误差
理论上可以通过适当的校正从结果中消除系统误差。	随机误差源于受测量过程影响的不可预测的变化。
系统误差源自非统计数据	随机误差可以进行统计分析
GUM 过程的采用有助于分析系统误差。	内部质量控制程序用于评估随机误差。

表 1：系统误差和随机误差之间的区别

通过函数关系计算不确定度的规则

用于计算函数属性的规则的选择指的是不确定度。化学中的不同科学应用希望使用不同类型的计算来开发三角函数。但是，不确定度过程与测量系统相关，该测量系统与函数关系的定义一起传播。

结论

测量是表示量化测量值的阶段。化学中不确定度测量的应用遵循需要指定的地方。通常有一些情况下可以执行测量活动。ISO 15189 定义了测量不确定度的具体含义和要求。

常见问题解答

Q1. 什么是不确定度测量？

答：测量不确定度是指一个参数，该参数通常用于数据处理中，以描述结果的分布及其与真实值的计算对比。此外，误差和不确定度是基于测量值的可能结果的两个不同的类别。

Q2. 精度和准确度之间的主要区别是什么？

答：准确度定义为接近真实值的程度，而精度是指在进行实验时，机制将以相同的值重复的程度。