第1.1节 测试和测量
科学的发展和技术进步,是建立在人类认识客观世界能力提高的基础上,测量与测试就是人们描述对客观事物认识过程的两个基本术语。
测试和测量在使用上还是有一些不同。
1.1.1 测试和测量的基本概念
测量
测量在人类对客观世界进行认识的试验、研究活动中,更强调对测量结果进行“定量”的描述。这种测量活动往往是将被测量与同类已知量进行比较的一个过程,或者说它是有一定的行为规范来约束的。或者说:测量是规范化了的测试过程。测量大多针对的都是物理量(化学量通常使用分析)。
比如:我们通过体温计测量体温来断定某人是否发烧,这就是一个定量的测量过程,因为体温计给出了测量结果的量值,通过测量结果的量值来确定发烧的程度。在“非典”时期,为了排查大量流动人群中可能患“非典”的病人,采用的是使用辐射测温计来进行排查,辐射测温计是无法给出准确的体温数值的,但是它可以准确的分辨出体温有一定差别的人,然后再使用体温计来进一步排查,体温接近于38度的,就可能是“非典”疑似病人,需要到医院进一步进行观察。
由于我们单位是依法计量、检定部门,所以通常使用测量这个词可能是更准确、更规范些,通常要避免使用测试这个词。
JJF1001-1998规范中的定义
“测量——以确定量值为目的的一组操作。”
在该规范中,没有对“测试”做以任何说明解释。
测试
相对于测量,测试通常指:试验研究性的一组测量过程。测试往往是更强调“定性”的作用,或者即包含“定性”又包含“定量”的过程。
测试是测量和试验的简称。
试验是在真实的情况下,或模拟的条件下对被测对象的特征进行测量和度量的研究过程。
测试的概念含义很广泛,一般指生产和科学试验中经常进行的满足一定准确度要求的试验性测量过程。
对一些抽象概念的评价通常使用“测试”这个词,因为抽象的概念很难量化。比如说:心理测试、性格测试等等,此时如果使用“测量”这个词,就不对了。
比如:科研成果鉴定时,鉴定会测试组的任务就是采用一组满足一定准确度要求的试验性测量给出科研成果的正确评估(即定性又定量,没有现成的规范可采用,所以称为“测试组”)。
家里突然停电了,我们使用“试电笔”就可以断定是否是保险丝熔断了。当然,使用手持万用表也可以查出问题所在,但是此时我们并不关心万用表显示的是否是220V,关注的仅是有没有电。
示波器往往也是被用来察看是否有信号、信号的形状的大致等等。
需要说明的一点是:本《札记》中所涉及的都是基本物理量的测量和分析,不涉及化学量的测量和分析。
1.1.2 测试、测量结果的表述方法
[测量结果的]精密度 precision[of results of measurements]
基本定义:在规定条件下获得的各个独立观测值之间的一致程度。
精密度仅指由于随机效应使测量结果不能完全重复或复现,表现的是随机误差的大小。
我个人理解:精密度主要用来评定系统的短期或长期稳定性。
比如:交流稳压电源或直流稳压电源它们输出的数值可能不准确,但是很稳定(值的波动量不大),具体讲:一个输出为5V的直流稳压电源,其输出电压值可能为5.1V,但是在8小时内其波动值仅为10微伏,所以我们说它是性能非常好的稳压电源。有时这种特性的电源又被称为:精密直流(交流)电源。
值得注意的是:千万不要使用“精密度”来表示“精确度”或“精度”。由于“精确度”或“精度”这两个词容易与“精密度”相混,已经回避使用,取代它们的是:准确度。
在这个概念上经常容易出错的现象是:把NI 24位的DSA数据采集卡称为:24位精度(精确度)。显然这是一个概念上的错误,错将DMM(数字万用表)的“位数”概念用到了这里。而一般24位DSA的准确度较低,精密度较高。使用24位的转换位数是为了获得更大的动态范围。关于动态范围及DSA的基本概念,将在数据采集单元详细说明。
图示说明:红色圆点表示测量的数据点,中心的小圆表示测量的约定真值点。图示的测量点说明测量的精密度好,正确度不好。
[测量结果的]正确度 correctness[of results of measurements]
基本定义:测量结果与真值的接近程度。它反映的是测量结果的系统误差的大小。
该术语基本上也不使用,这里借此为表明一些基本概念。
图示说明:图示的测量点说明测量的精密度不好,正确度好。
[测量结果的]准确度 accuracy[of results of measurements]
基本定义:测量结果与被测量真值之间的一致程度。
它是精密度和正确度的综合反映。
因为准确度是描述测量结果与被测量真值之间的一致程度,所以通常用准确度等级表示接近的程度。
真值——就是被测量的实际值。实际上,受测量方法、测量能力的限制,我们无法测量到被测量的真值。
替代实际真值的称为:约定真值。这里我的理解就是:由于实际需要可以满足测量要求,就用约定真值来代替实际真值,避免提高测量成本,所以用不同的准确度等级来满足不同的测量需求。比如:体温计上的刻度就是约定真值,因为体温37 .5度和37.55度对医生确诊来讲都是一样的,可是实现二者测量所花费的代价绝对是不同的。
图示的测量点说明测量的精密度好,正确度好,准确度亦好。
[测量]误差 error[of measurement]
基本定义:测量结果减去被测量的真值。
由于真值不能确定,实际上用的是约定真值。定义给出的是绝对误差。
一个测量结果的误差,若不是正值(正误差)就是负值(负误差),它取决于这个结果是大于还是小于真值。
比如:信号发生器输出频率刻度显示的是10Hz,而使用数字频率计实测的频率值为:9.98Hz,则误差就是:-0.02Hz,表示信号发生器的实际输出频率值比约定真值小0.02Hz。