在選擇實(shí)驗(yàn)室天平并評估它是否符合您的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，不確定性并不像可讀性或線性等其他因素那樣廣為人知，但它同樣重要。雖然不確定性用于各種科學(xué)和變量，但在這篇博文中，我們將幫助您了解與實(shí)驗(yàn)室天平相關(guān)的稱量不確定性。

什么是稱重不確定度？

稱量不確定度是可以合理假設(shè)在測量精確值范圍內(nèi)的值范圍。這是一個(gè)笨拙的定義，所以讓我們解開它。

例如，當(dāng)您測量粉末并且電子天平告訴您它的重量為 0.0067 克時(shí)，您假設(shè)粉末的質(zhì)量為 0.0067 克。根據(jù)天平的可讀性，您可以假設(shè)它是向上或向下舍入的（因此它實(shí)際上可能是 0.006712g 或 0.006699g，因?yàn)槟奶炱街伙@示小數(shù)點(diǎn)后 4 位）但您的結(jié)果仍在可接受的范圍內(nèi)測量的真實(shí)值。

實(shí)驗(yàn)室設(shè)定了稱為容差的要求來解釋不確定性。只要電子天平的不確定度在指南規(guī)定的公差范圍內(nèi)，就可以接受。

準(zhǔn)確性和不確定性之間有什么區(qū)別？

我們將準(zhǔn)確性定義為“顯示與已知重量的理想值相匹配的值的能力”。如果這聽起來很像不確定性的定義，那么你并不是唯一一個(gè)犯這個(gè)錯(cuò)誤的人。盡管是兩個(gè)不同的概念，但由于它們的關(guān)系，這兩個(gè)術(shù)語經(jīng)?；Q使用。準(zhǔn)確度表示讀數(shù)與準(zhǔn)確值的接近程度，而不確定性則涉及可能影響結(jié)果準(zhǔn)確度的因素。因此，準(zhǔn)確性告訴您測量值和準(zhǔn)確值有多相似，不確定性量化了這種相似性，讓您知道它的可靠性。還在撓頭嗎？讓我們舉個(gè)例子。

假設(shè)您正在測量樣品。你在天平上測量了幾次（只是為了舉例；這樣的測試應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中至少進(jìn)行十次），你得到 0.0100g、0.0101g、0.0102g 和 0.0100g。這意味著您的結(jié)果范圍在 0.0100g 和 0.0102g 之間。根據(jù)您的天平等級和您實(shí)驗(yàn)室的要求，您可以通過使測試的稱量落在真實(shí)值的一定百分比內(nèi)來檢查準(zhǔn)確性（通常使用 0.10%，但可能取決于當(dāng)?shù)赜?jì)量和您自己的實(shí)驗(yàn)室）。但是你有多確定重量實(shí)際上在這個(gè)范圍內(nèi)？這就是不確定性的來源。通過計(jì)算不確定性，您可以獲得一個(gè)數(shù)字（通常是百分比），表示您對測量值真正落在該范圍之間的把握程度。

為什么不確定性是測量的重要參數(shù)？

不確定性是理解和分析儀器校準(zhǔn)結(jié)果、靈敏度、可讀性、可重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)偏差等的關(guān)鍵因素。必須為質(zhì)量控制措施正確計(jì)算它，因?yàn)樗菦Q定產(chǎn)品或測試是否可接受的變量之一。

如果沒有適當(dāng)?shù)牟淮_定性測量，就不可能獲得實(shí)驗(yàn)室認(rèn)證。計(jì)算不確定度允許用戶設(shè)置公差，以確保高標(biāo)準(zhǔn)的可重復(fù)結(jié)果。對于測量濃度足夠高的極小物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室來說，不確定度測量是必不可少的，因?yàn)樗鼈兛梢詭椭峁┛煽康慕Y(jié)果。不確定性是校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)，因?yàn)樗鼈冊O(shè)定了判斷所有結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)。

此外，不確定性可以用來判斷實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量，讓人們更有意義地比較結(jié)果。如果實(shí)驗(yàn)室告訴您他們進(jìn)行了 20 次測量并獲得了精確而準(zhǔn)確的結(jié)果，您可能會(huì)對他們的結(jié)果印象深刻。但假設(shè)他們只有 67% 的人確信他們的結(jié)果是準(zhǔn)確的，而 69% 的人確信他們的結(jié)果是準(zhǔn)確的。還印象深刻嗎？

它還可以幫助人們比較實(shí)驗(yàn)。如果兩個(gè)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)以證明一種物質(zhì)對人有一定的影響，那么他們的不確定性測量是了解哪個(gè)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造了更好的實(shí)驗(yàn)以及是否可以進(jìn)行比較的好方法。

不確定性和標(biāo)準(zhǔn)偏差之間的關(guān)系是什么？

如果您認(rèn)為準(zhǔn)確性和不確定性之間的差異令人困惑，我很抱歉地說標(biāo)準(zhǔn)偏差沒有幫助。標(biāo)準(zhǔn)偏差是測量值與真實(shí)值之間的差異。準(zhǔn)確性是這些值的接近程度，不確定性是測量值的可靠性。標(biāo)準(zhǔn)偏差是影響不確定性的一個(gè)因素。存在直接相關(guān)性：標(biāo)準(zhǔn)偏差越高，不確定性越高（反之亦然）。不確定性也依賴于其他因素，但標(biāo)準(zhǔn)偏差的影響非常明顯，并且往往是評估不確定性的良好參數(shù)。

標(biāo)準(zhǔn)偏差影響許多不同的變量，但最有用的計(jì)算之一是確定可重復(fù)性的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

1. 為此，請?jiān)谙嗤瑮l件（包括用戶和環(huán)境條件）下使用相同的天平和樣品進(jìn)行多次測量并記錄每個(gè)結(jié)果。

2. 通過將所有結(jié)果相加并將結(jié)果之和除以結(jié)果數(shù)來計(jì)算平均值。

3. 從平均值中減去每個(gè)結(jié)果，然后將差值平方。在這個(gè)階段你應(yīng)該只有正數(shù)。

4. 將平方結(jié)果加在一起。

5. 將平方結(jié)果的總和除以結(jié)果數(shù)減一。

6. 得到商的平方根。

7. （可選）如果您想要平均值的標(biāo)準(zhǔn)差，請取最后一個(gè)結(jié)果并將其除以結(jié)果數(shù)的平方根。

8. 要獲得百分比形式的標(biāo)準(zhǔn)偏差（相對標(biāo)準(zhǔn)偏差），請將標(biāo)準(zhǔn)偏差乘以 100，然后將乘積除以平均值。

例子：

1. 四個(gè)測量值：2、3、2、2

2. (2+3+2+2) / 4 = (9) / 4 = 2.25

3. 2.25 – 2 = 0.25。2.25 – 3 = -0.75。2.25 – 2 = 0.25。2.25 – 2 = 0.25。2.25 2 = 0.0625。-0.75 2 = 0.5625。2.25 2 = 0.0625。2.25 2 = 0.0625。

4. 0.0625 + 0.5625 + 0.0625 + 0.0625 = 0.75

5. 0.75 / (4 – 1) = 0.75 / 3 = 0.25

6. √0.25 = 0.5。標(biāo)準(zhǔn)差 = 0.5。

7. 0.5 / √ 4 = 0.5 / 2 = 0.25。RstdM = 0.25。

8. (0.5 * 100) / 2.25 = 22.22%

不確定性和最小權(quán)重

如果您瀏覽過實(shí)驗(yàn)室天平的規(guī)格，您可能已經(jīng)注意到最小重量。最小重量是可以在儀器上測量的最小物質(zhì)量，其不確定度不會(huì)超過所需的公差。這與天平可以測量的最小重量不同，只是在結(jié)果被認(rèn)為太不可靠而無法用于某些應(yīng)用之前，重量可以有多小。

電子天平可以測量小于最小重量的量，但確定性降低。由于影響不確定度和標(biāo)準(zhǔn)偏差的各種因素，最小重量不是一個(gè)穩(wěn)定的值，這就是為什么用±表示。

大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室建議您始終稱量高于最小重量以確?？煽康慕Y(jié)果。這意味著如果您需要可靠地測量少量，您應(yīng)該密切注意天平的最小重量，以及它是否符合您實(shí)驗(yàn)室的公差。這就是為什么一些實(shí)驗(yàn)室似乎使用比他們需要的更精確的天平的原因。雖然分析天平可能具有足夠高的可讀性，但科學(xué)家可能需要半微量天平的最小重量。

不確定性與錯(cuò)誤有何不同？

雖然它們經(jīng)?；Q使用，但不確定性與錯(cuò)誤不同。雖然錯(cuò)誤會(huì)影響不確定性，但它們是會(huì)導(dǎo)致某種故障并阻止天平提供正確結(jié)果的錯(cuò)誤。它們可以增加不確定性，但它們的容差應(yīng)該要低得多。

由于測量的純粹性質(zhì)，不確定性是不可避免的：無論是如何制造的，都有可能在預(yù)期質(zhì)量和最終質(zhì)量之間存在一些偏差，無論多么微小。這不是一個(gè)錯(cuò)誤，只是我們生活的世界的一個(gè)副產(chǎn)品，并且會(huì)受到許多不同因素的影響。

從本質(zhì)上講，不確定性意味著無論天平多么精確和準(zhǔn)確，無論產(chǎn)品應(yīng)該如何稱量，都可能存在細(xì)微的差異，因?yàn)槲覀儾恢来_切的重量，即使我們知道，外部因素也可能會(huì)改變它. 錯(cuò)誤是導(dǎo)致天平給出錯(cuò)誤讀數(shù)的問題。

如何計(jì)算實(shí)驗(yàn)室天平的不確定度？

不確定性不是與單個(gè)讀數(shù)相關(guān)的數(shù)字。相反，它是衡量結(jié)果是否可靠的指標(biāo)。這意味著在計(jì)算不確定度時(shí)，需要計(jì)算可讀性、可重復(fù)性、校準(zhǔn)、密度、參考質(zhì)量、誤差、稱重結(jié)果、環(huán)境影響以及許多其他因素。遺憾的是，沒有明確的答案，因?yàn)樾枰獮槊總€(gè)需要評估的值測量不確定性。然后需要將這些不確定性結(jié)果組合成方程，以說明它們各自的重要性以及哪些讀數(shù)相互影響。每次計(jì)算的結(jié)果都需要作為一個(gè)完整的集合來查看，才能真正了解天平可靠性的全貌。由于與計(jì)算不確定性相關(guān)的復(fù)雜性，

可接受的稱量不確定度百分比是多少？

這實(shí)際上取決于實(shí)驗(yàn)室和您需要測量的樣品類型。制藥實(shí)驗(yàn)室和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室可能有不同的可接受百分比，具體取決于天平和樣品。因?yàn)樗翘囟ㄓ趹?yīng)用程序的，所以您必須參考您實(shí)驗(yàn)室的指南和公差。

通常，不確定度可以表示為樣品的重量（被測量的值）、±符號和測量不確定度本身的值。因此，如果天平的不確定度測量值為 1mg，而您測量的是 10g，則結(jié)果應(yīng)為 10±0.01%。理想情況下，這個(gè)數(shù)字應(yīng)該盡可能低。到底有多低取決于您的容忍度。

稱量不確定度是一個(gè)復(fù)雜的話題，在查看實(shí)驗(yàn)室天平時(shí)必須了解它。它影響重量測量的幾乎所有方面。