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IEC Guide 115 — 测量不确定度
电气测试中测量不确定度的评估与表达
1. IEC 测量不确定度导论
IEC Guide 115 为电气和电子测试中的测量不确定度评估和表达提供了重要指导。它与国际公认的 ISO/IEC Guide 98-3（GUM — 测量不确定度表示指南）保持一致，同时增加了与 IEC 产品标准和合格评定相关的具体考虑因素。
没有注明不确定度的测量结果是不完整的。Guide 115 提供了确保不确定度声明既严谨又可在测试实验室环境中实际应用的框架。
该指南涵盖完整的测量链：从定义被测量和识别影响量，到通过 A 类和 B 类评估方法，再到计算合成不确定度和扩展不确定度。它还涉及相关输入量和非线性测量函数的特定挑战。
2. A 类和 B 类评估方法
Guide 115 区分了 A 类评估（基于重复观测的统计分析）和 B 类评估（基于使用所有可用测量过程信息进行的科学判断）。两种方法产生的标准偏差在计算合成不确定度时被同等对待。
| 评估类型 | 依据 | 典型示例 | 自由度 |
|---|---|---|---|
| A 类 | 重复测量的统计分析 | 重复性、再现性 | n – 1（直接计算） |
| B 类 — 校准 | 校准证书数据 | 参考标准不确定度 | 来自证书的有效自由度 |
| B 类 — 分辨率 | 仪器数字分辨率 | 万用表末位数字、刻度分度 | 无限（矩形分布） |
| B 类 — 环境 | 温度、湿度规格 | 温度范围内的漂移 | 根据经验估算 |
| B 类 — 方法 | 测试方法局限性 | 不完全对准、负载效应 | 工程判断 |
一个常见错误是低估 B 类贡献。工程师通常关注仪器校准不确定度，而忽略了来自测试设置变化、操作人员技术和环境因素的更大贡献。完善的不确定度预算应包括所有重要来源。
3. 实际不确定度预算的构建
构建测量不确定度预算需要仔细识别所有影响量及其对总变异性贡献。Guide 115 推荐结构化的分步过程：定义被测量、识别不确定度来源、量化标准不确定度、使用不确定度传播律计算合成不确定度、确定有效自由度（Welch-Satterthwaite 公式）、以及使用适当的包含因子 k（通常 95% 置信水平取 k=2）计算扩展不确定度。
从工程设计角度来看，理解测量不确定度对于定义测试限值和保护带至关重要。如果产品必须符合特定限值，测试判定必须考虑测量不确定度——测量值落在限值附近保护带内的产品可能通过或失败，具体取决于所需的置信水平。
产品设计留有 15-20% 的法规限值余量（而非刚好在限值上），可以消除大多数由测量不确定度导致的合规测试风险。这种”设计保护带”方法在设计早期阶段成本极低，但可以节省大量返工费用。
该指南还涉及校准证书、测试报告和符合性声明中不确定度的报告。不确定度声明应包括：扩展不确定度 U、包含因子 k 和近似置信水平。
4. 常见问题
问：我需要为每项测试都计算不确定度吗？
答：认可实验室需要为所有测试方法维护不确定度预算。对于常规测试，可以引用预先建立的不确定度预算而无需重新计算。
答：认可实验室需要为所有测试方法维护不确定度预算。对于常规测试，可以引用预先建立的不确定度预算而无需重新计算。
问：准确度和不确定度有什么区别？
答：准确度描述测量值与真值的接近程度，而不确定度量化可合理归因于被测量的值的分散性。
答：准确度描述测量值与真值的接近程度，而不确定度量化可合理归因于被测量的值的分散性。
问：如何处理相关的输入量？
答：当两个不确定度来源共享共同原因时会产生相关性。Guide 115 建议在合成不确定度公式中使用协方差项，或者通过实验设计避免相关性。
答：当两个不确定度来源共享共同原因时会产生相关性。Guide 115 建议在合成不确定度公式中使用协方差项，或者通过实验设计避免相关性。
