天纵君(SKYLABS)到菜场买菜,要买2斤的(1公斤)的西红柿,对菜场老板说到:“不能少秤啊,如果少了超过1两,回头我找你来”。菜场老板对天纵君承诺:“保证1两都不少,如果少了超过1两,回头赔你1斤”。
从现代测量理论来看上面天纵君和菜场老板的对话,其中:天纵君和菜场老板双方一致认同的买卖的西红柿重量是1kg,在测量理论中,这个1kg就是“约定真值”或叫“真值”。
真值
l 真值是指与给定的特定量的定义一致的值,真值是个理想概念,常用约定真值代替。
天纵君特别强调菜场老板给的西红柿的重量不能少1两(50g),在测量理论中,这个50g就是“允许误差”,确切说是“下限允许误差”,天纵君在买菜过程中,天纵君只要求了下限,没有规定上限。
允许误差
l 允许误差是指对给定的测量仪器、规范、规程等所允许的误差极限值。
菜场老板在回应中对天纵君的承诺不会少1两(50g),当然这个承诺不是凭空说说的,而是根据自己对测量工具(称)、测量方法和以往经验(其他顾客的反馈)而进行评估后的很有信心的说法,当然菜场老板的对自己称的信心不仅确保不会少50g,当然也不会多50g,否则就可能亏本了,另外,可以将菜场老板的信心量化为95%,在测量理论中,这里的50g就是“测量不确定度区间半宽度”,而95%就是“置信概率”。
测量不确定度与置信概率
l 测量不确定度是指表征合理地赋予被测量量之值的分散性,与测量结果相联系的参数。
l 置信概率是针对某一置信区间而言的,指某件事在这一置信区间发生的可信程度。
假如细心的天纵君真去较真“校秤”了,他找到了一个测量误差可以忽略不计的计量天平(理论上的)将买到的“1kg”西红柿重新进行称量。如果假设称重结果是 0.995kg,那么就比双方约定的1kg(约定值)少了5g,在测量理论中,这个0.995kg就是“测量值”,而“-5g”就是“测量误差”。但由于没超过50g(测量不确定度区间半宽度),天纵君因此是不会找菜场老板麻烦的。也说明菜场老板的测量不确定度评估是没有问题的,从而规避了天纵君投诉的风险.
测量误差
l 测量误差是由测量结果减去被测量真值而得到的数值。
如果结果是 1.085kg,那么就比双方约定的1kg(约定值)多了85g。由于“测量误差”85g超过了50g(测量不确定度区间半宽度),天纵君自然是很高兴,但菜场老板用的“秤”或测量的方法很可能已经不是他所‘信任’的状态了,以后如果还继续这么卖,风险是很大的,所以菜场老板应尽快去修复、校正甚至更换他的测量工具或改善测量方法,使得他卖菜的测量系统重新回复到“信任”的状态,即有95%的信心确保测量1kg的西红柿的在0.95kg和1.05kg之间。
我们以表格的形式来说明不确定度和误差的区别:
测量不确定度和误差是现代测量理论中经常运用的概念,也是十分重要的两个参数,然而很多人由于概念不清,很容易将二者混淆或误用,我们希望通过生活中常见的例子通俗地对二者进行详细的说明,希望读者能更容易的理解它们的内涵。