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对《通用计量术语及定义》中量及其量值的理解和认识----之二 金华彰

(2012-10-20 14:47:53)
标签:

计量

计量术语

文化

杂谈

分类: 计量术语

        对《通用计量术语及定义》中量及其量值的理解和认识

                                      –学习JJF1001-2011规范的体会之二

                                                           金华彰

 

        所谓“计量”当然其核心是“量”,计量工作就是要和量打交道,那儿有“量”,需要量值统一,那儿就离不开计量。确保全国计量单位的统一和量值的准确可靠是计量工作的基本任务和目的。量分为被测量和影响量,而量的大小是通过量值来表述的。而为了确定量值的大小,必须有参照对象﹙如测量单位等﹚来实现,而量的值又存在多种形式,如真值、约定量值、参考量值、测得的量值、示值、修正值等。由于我国JJF1001-2011规范中计量基础通用的相关术语原则上是按照国际计量学词汇VIM 3保持一致而修订的,所以有不少术语有了较大的变化,定义更为严密和准确,而有的则为适应不同观点的认识而有所执中。下面谈谈个人对量及其与量值有关的术语的一些理解和认识。

         一、什么是量

 《通用计量术语及定义》JJF1001-2011规范第3.1条指出:量【VIM1.1】其定义是“现象、物体或物质的特性,其大小可用一个数和一个参照对象表示。” JJF1001-1998规范中,3.1条〔可测量的〕量,其定义是“现象、物体或物质可定性区别和定量确定的属性。” 两者有较大变化:对量的本质含意提法就有一定差别,一是指是一种“属性”,一是指是一种“特性”,特性是指某一事物特有的性质或特征,而属性是指事物固有的性质,量是指某一事物特有的性质或特征,并不是事物固有的性质,量作为一种特性表述更为准确,量就是指其大小可用一个数和一个参照对象表示的现象、物体或物质的一种特性;定义名称变了,过去把“量”的范围放在名称中,即指〔可测量的〕量,可简称“量”,而现在把“量”的范围放在定义中,这更为严密,过去可以理解“量”十分广义,好像任何人为自定的“单位”都可以确定量的大小,而新定义把“其大小可用一个数和一个参照对象表示” 放入定义中,说明量的大小必须有相应的参照对象为依据,而参照对象有特定的含意和要求,量的范围更加明确了,概念也更清楚了;过去一讲量总和测量单位﹙计量单位﹚相联系,为什么现在提 “参照对象”,因为320条“量值的新定义变了,过去主要指物理量,而现在“量”的概念扩展了,量已扩大到化学量、生物量,正如量的新定义注2所指出的,“参照对象可以是一个测量单位、测量程序、标准物质或其组合。”量的新定义既确立了量的含意,也扩大了量范围,扩展了计量工作的范围和领域。新定义表1中把“量”分为一搬概念的量和特定量,并以例说明,反映了量的广义性,从而也反应了计量涉及范围领域的扩展。

二、什么是被测量

JJF1001-2011规范第4.7 被测量【VIM 2.3】,其定义为“拟测量的量。” JJF1001-1998规范中,4.7 被测量,其定义是“作为测量对象的特定量。” VIM第二版被测量定义为受到测量的量。二者变化很大:一是19982011相比,其范围扩大了,量不只指物理量,还包括化学量、生物量,所以不能专指特定量,而是广义的量,正如新定义中注1所指,“对被测量的说明要求了解量的种类,以及含有该量的现象、物体或物质状态的描述,包括有关成分及所涉及的化学实体。”;二是新定义与1998VIM第二版相比,其内含更为明确,这个“量”是指拟测量的量,即打算或准备要测量的量,老定义可以理解既是拟测量的量也可以是己测得的量,新定义明确了“被测量”与“测得的量值” 即“测得值”的明显区别;在新定义注3中指出,“测量包括测量系统和实施测量的条件,它可能会改变研究中的现象、物体或物质,使被测量的量可能不同于定义的被测量。在这种情况下,需要进行必要的修正。” 要注意被测量会受影响量而变化,因为要研究和测量某个量,其测量过程的输入就是首先要确定被测量及其对测量的要求,所以必须详细了解被测量的状态和要求,这是实施测量过程的前题。在测量过程中“被测量”这一术语十分重要。

三、什么是量值

JJF1001-2011规范第3.20 量值【VIM 1.19】全称量的值,简称值,其定义是“用数和参照对象一起表示的量的大小。” JJF1001-1998规范中,第3.18条,量值其定义是“一般由一个数乘以测量单位所表示的特定量的大小。” 其中注指出:对于不能以一个数乘以测量单位所表示的量,可以参照约定参考标尺,或参照测量程序,或两者都参照的方式表示。量的大小是用量值来表示的,具体地说就是用数和参照对象一起来表示的量的大小。上述二定义的区别仍是“参照对象”和“特定量”,老定义主要涉及物理量,虽有注扩大了适用范围,如硬度可以参照约定参考标尺,而新定义它涉及到物理量、化学量和生物量,量是广义的而不必单指特定量;用广义的参照对象来代替测量单位,正如新定义中注1指出的,根据参照对象的类型,量值可表示为:一个数和一个测量单位的乘积、 量纲为一,测量单位1,通常不表示;一个数和一个作为参照对象的测量程序﹙如给定样品的洛氏C标尺硬度﹚;一个数和一个标准物质。任何量的大小都是客观存在的,不因人们以何种方式表示而改变,同一个量可用多种方式表示,如某物体质量的量值为 0.125kg152g,用其表示量的大小但二者量是相同的。随着量的含意的扩大,则量值的含意也必将扩大。量值在计量工作中具有十分重要的作用,因为计量工作的最基本目的就是要确保量值的准确可靠,实现单位量值的统一,即同一个量在不同地区其测量结果在一定准确度范围内的量值是一致的。

四、量的真值、约定量值、参考量值、测得的量值、示值和修正值

量的真值

JJF1001-2011规范第321 量的真值【VIM 2.11】简称真值,其定义是指“与量的定义一致的量值。” JJF1001-1998规范中,第3.19条〔量的〕真值,其定义是“与给定的特定量的定义一致的值。” 新定义除把量的范围扩大了不特指特定量,其它二者含意是相同的。如前述文章之一所说,对真值的概念不同观点具有不同认识,是不同认识的核心问题。只有与被测量定义一致的值才是被测量的真值,真值是存在的,但是是不可知的,其实真值是一个理想的概念,但真值是误差理论的重要基础。作为术语对真值的概念应有一个统一的认识并加以定义,但在实际应用中有的涉及真值概念的术语则采用其它术语名称代之,这正是VIM 32011版本术语变化的原因。如把术语“约定真值”改称为“约定量值”,在测量误差定义中的把“被测量的真值”改称为“参考量值”,我理解这是一种折中妥协方案。

约定量值

JJF1001-2011规范第3.22 约定量值【VIM 2.12】又称量的约定值,简称约定值,其定义是指“对于给定目的,由协议赋予某量的量值。” JJF1001-1998规范中,第3.20条〔量的〕约定真值,其定义是“对于给定目的具有适当不确定度的、赋予特定量的值,有时该值是约定采用的。” 可以看出,新定义中没有“特定量”、“不确定度”含意,既把量的范围扩大了,把名称改为约定量值,而内容中不引入不确定度概念,正是不同认织协调一致的结果。也可能称约定量值更为准确。我理解约定量值就是能代替真值的量值,因为实际上真值不可获得,在应用时用约定量值来代替,正如新定义中注中指出:“1有时将术语“约定真值”用于此概念,但不提倡这种用法。2有时约定量值是真值的一个估计值。” 但既然约定量值是真值的一个估计值,为什么新定义中要规定“由协议赋予某量的量值”此处如何理解“协议”的概念?是否包括标淮、检定规程等规范,把计量标准器复现的量值作为约定量值。好像定义未说明“约定量值”定义的本质含意,使人不易理解,但使用时具有广泛性。

参考量值

JJF1001-2011规范中,第5. 3 测量误差【VIM 2.16】,其定义为“测得的量值减去参考量值。” JJF1001-1998规范中,第5.16条,〔测量〕误差其定义为“测量结果减去被测量的真值。”新定义把“被测量的真值” 改成“参考量值”,我理解可能是为了避免由于对真值的不同认识,又是一种执中方案,也可能是实用性灵活性更大些。“参考量值”在2011新规范中第5.45.97.207.27的定义中都使用了这一术语。我个人认为严格的定义还是1998规范中的好,它反应了误差内在的本质概念,并在定义中注1作了说明:“由于真值不能确定,实际上用的是约定真值” 而在约定真值的定义注1中又指出,约定真值有时称为指定值、最佳估计值、约定值或参考值,提出了术语实际应用的途径。

那么如何理解什么是参考量值呢?在新定义5.31中指出:“①当涉及存在单个参考量值,如用测得值的测量不确定度可忽略的测量标准进行校准,或约定量值给定时,测量误差是已知的。” 这说明在校准或检定中标准器的量值或其它约定量值就是参考量值;在5.4VIM 2.17】, 系统测量误差定义注1中又指出:“系统测量误差的参考量值是真值,或是测量不确定度可忽略的测量标准的测得值,或是约定真值。 5.6条【VIM 2.19】, 随机测量误差定义注1中又指出: 随机测量误差的参考量值是对同一被测量由无穷多次重复测量得到的平均值。 这说明真值、测量标准的测得值、约定真值、无穷多次重复测量得到的平均值都是参考量值,我认为这样的注解,其实与过去所述的由于真值不能确定,实际上用的是约定真值,约定真值有时称为指定值、最佳估计值、约定值或参考值,多次重复测量得到的平均值来代替真值,只是换了一种说法而已。

JJF1001-2011规范中,第8. 19条对“参考量值【VIM 5. 18】” ,简称参考值,有一个定义,即“用作与同类量的值进行比较的基础的量值。” 其中注1为“参考量值可以是被测量的真值,这种情况下它是未知的;也可以是约定量值,这种情况下它是已知的。” 2“带有测量不确定度的参考量值通常由以下参照对象提供:a一种物质,如有证标准物质;b一个装置,如稳态激光器;c一个参考测量程序;d与测量标准的比较。”打了一个圈子又回到真值和约定真值上来。我认为老定义测量误差为“测量结果减去被测量的真值”,它反应了误差定义的本质特征,而新定义测量误差改为“测得的量值减去参考量值 使人看不清楚误差定义的实质内涵。而5.3测量误差【VIM 2.16】定义用“参考量值”,其好处是有利于各种不同观点,可以统一得到认可并能广泛的应用。

    测得的量值﹙测得值﹚

JJF1001-2011规范中,第5. 2条【VIM 2.10】,新增加了一个术语-“测得的量值”,又称量的测得值,简称测得值,其定义为“代表测量结果的量值。” 我国经常使用这一术语,但1998规范中无此定义。从定义理解它是指通过测量所得到的被测量的量值,包括单次测得值或多次重复测量的算术平均值,都是代表测量结果的量值。通常作为测量结果的测得值具有一个测量不确定度。但有时测量不确定度如果很小或可忽略不计,则代表测量结果的测得值就是被测量真值的估计值,如在JJF1001-2011规范中,51条 测量结果 注2中所述“对某些用途,如果认为测量不确定度可忽略不计,测量结果可表示为单个测得的量值。在许多领域中这是表示测量结果的常用方式。如在检定、校准中所得到的测得值;计量器具出厂检验评定是否合格所得到的测得值;人们一般在使用合格的计量器具进行测量中,所得到的测得值都是测量结果,都不需要附有测量不确定度信息,如在医院测量体温,知道多少度即可,不会再说体温计测得值的测量不确定度是多少。单个测得的量值或对重复测量的算术平均值、经修正或未经修正都是测得值,均代表测量结果的量值。可见说明测量结果不是都须要附有测量不确定度信息,我理解这是一个比较大的变化,也是符合客观实际情况的。新规范中,把测量结果用5152二个术语表述,说明测得值也是表述测量结果的一种形式,给予定义加以确认,这有利于促进在许多领域中广泛实际的应用,也有利于在术语应用中加强协调。我认为关于5152术语间的关系仍是值得探讨的问题。

示值、修正值

示值,在JJF1001-2011规范中,第7. 1条【VIM 4. 1】示值,其定义为“由测量仪器或测量系统给出的量值。” JJF1001-1998规范中,第5. 2条,〔测量仪器的〕示值,其定义为“测量仪器所给出的量的值。” 二者定义是一致的。示值必须与测量仪器相联系,是从测量仪器上所给出的被测量值,当然老定义测量仪器包含着测量系统和实物量具。第7. 1条新定义注中更加明确了示值的内含,即“注:1示值可用可视形式或声响形式表示,也可传输到其它装置。示值通常由模拟输出显示器上指示的位置、数字输出所显示或打印的数字、编码输出的码形图、实物量具的赋值给出。2示值与相应的被测量值不必是同类量的值。”同时,2011规范中新增加了“空白示值”术语,即对某些计量专业如化学、放射性、声学和光学中,在实际测量中有的量应该为零但实际上又不是零而存在着本底示值,在测量中要加以修正。可见示值的内含更为扩大了。示值不同于测得值,示值是指计量器具所指示的量值,测得值是指测量结果得到的量值,有时这二者是一致的。

修正值,在JJF1001-2011规范中,第5. 7条【VIM 2. 53 修正﹙correction﹚,其定义为“对估计的系统误差的补偿。” JJF1001-1998规范中,第5. 21 修正值﹙correction﹚,其定义为“用代数方法与未修正测量结果相加,以补偿其系统误差的值。” 二者含意是一致的,但同一英文单词,名称译为“修正”和“修正值”,一是从概念上理解,一是落到量值上,我个人认为一是从新定义第5. 7条注的理解,修正有不同形式,一是从实际应用出发,“补偿”反映在量值上,称为“修正值”更实用一些。

    上述术语广泛应用在计量日常工作中,尤其在计量科研、计量技术、计量技术规范和计量检定、校准活动中应用更为广泛。在JJF1001-2011规范中,新的计量基础通用名词术语是按照VIM 3进行修订的,而VIM 3又是不同观点产生的一种折中方案,需要我们去理解和认识,有不少地方我也在学习过程中,希望通过交流讨论以提高我们的认识,以进一步加深对术语的理解,提高实际应用的能力。

                                          2012.10.20

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