測量中的不確定度

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簡介

測量中的不確定度可能經常出現在不同的實驗和理論計算中。數字被方便地用來關注實驗中可能的結果，並具有一定的不確定性。不確定度對不同型別測量的影響已被定義為一個引數，該引數與化學中特定測量的結果相關，該結果描述了值的分佈。

科學記數法

化學家觀察到，在不同時間，系統誤差可能與科學因素的影響有關。此外，人們還觀察到，關於工程變數的測量中存在兩種不同的不確定性，即隨機不確定性和系統不確定性。所有測量裝置都具有一定的不確定度。

圖 1：測量機率密度

D Wells，標準正態分佈，CC BY-SA 4.0

化學中不同的測量程式定義了物質的屬性或特性。

以下是化學中特定記數法的補充部分，以理解測量中的不確定度 -

• 分子和原子具有極低的質量，但是；這些仍然大量存在。

• 化學家甚至協商氫原子質量的數字，該數字可能低至 0.00000000000000000000000166g。即使化學也專注於處理數字過程的進一步實驗。

• 為了管理小數或大數，使用記數法：x 10y，其中表示基於 x 乘以十的 y 次方。此外，在上述表示式中，y 是一個指數，包括負值或正值，而 x 是一個數字，其值可以從 1.000 變化到 9.999。

圖 2：測量不確定度

• 823.912 的科學記數法表示也可以表示為科學記數法 8.23912 × 10²。該表示式定義了小數點向左移動兩位，如果向左移動三位，則 10 的冪應為 3。此外，出於同樣的目的，0.00075 可以表示為 7.5 × 10^-4，在此表示式中，小數點向右移動四位。此外，-4 指的是科學記數法中的指數。

加法和減法中的不確定度

化學中的不同方程式通常遵循不同的數學方程式來開發不同的指數。化學中的不同運算迫切需要以不同方式放置數字，這些數字具有相同的指數。因此，5.43 × 10⁴ 和 3.45 × 10³ 由冪定義相等，但係數加法不同，減法是透過遵循不確定度測量中簡單的加減規則進行的。該方法如下 -

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

上述表示式在減法情況下被提及，以更好地理解測量中的不確定度。

百分比不確定度公式

任何不確定度公式的結果都可以用百分比表示法或簡單比率來衡量。因此，它可以估計為以下公式 -

$$\mathrm{百分比不確定度 = 不確定度 / 實際值\:\times\:100}$$

例如，由於額外的邊際問題，可以估計一個標尺的潛在錯誤值為 6 釐米。測量的結果可能與 10 釐米相同，其中因素可以計算為百分比誤差。

系統誤差和隨機誤差

實驗誤差可以分為兩個不同的類別，例如系統誤差和隨機誤差。根據過程和數量，計算過程被稱為準確度，這是一種定性概念，表示測量值與測量值的真實值之間的一致性。此外，“偏差”是用來解釋任何系統誤差的大小。

下表顯示了關於系統誤差和隨機誤差的主要區別 -

系統誤差	隨機誤差
理論上可以透過適當的校正從結果中消除系統誤差。	隨機誤差源於受測量過程影響的不可預測的變化。
系統誤差源自非統計資料	隨機誤差可以進行統計分析
GUM 過程的採用有助於分析系統誤差。	內部質量控制程式用於評估隨機誤差。

表 1：系統誤差和隨機誤差之間的區別

透過函式關係計算不確定度的規則

用於計算函式屬性的規則的選擇指的是不確定度。化學中的不同科學應用希望使用不同型別的計算來開發三角函式。但是，不確定度過程與測量系統相關，該測量系統與函式關係的定義一起傳播。

結論

測量是表示量化測量值的階段。化學中不確定度測量的應用遵循需要指定的地方。通常有一些情況下可以執行測量活動。ISO 15189 定義了測量不確定度的具體含義和要求。

常見問題解答

Q1. 什麼是不確定度測量？

答：測量不確定度是指一個引數，該引數通常用於資料處理中，以描述結果的分佈及其與真實值的計算對比。此外，誤差和不確定度是基於測量值的可能結果的兩個不同的類別。

Q2. 精度和準確度之間的主要區別是什麼？

答：準確度定義為接近真實值的程度，而精度是指在進行實驗時，機制將以相同的值重複的程度。