CIE 198-2011 DETERMINATION OF MEASUREMENT UNCERTAINTIES IN PHOTOMETRY《光度测定不确定性的测定》.pdf

1、 DETERMINATION OF MEASUREMENT UNCERTAINTIES IN PHOTOMETRY CIE 198:2011 UDC: 535.24 Descriptor: Photometry 535.241.5 Quantities related to photometric and other measurements 535.241.535 Calibration ISBN 978 3 902842 00 8 THE INTERNATIONAL COMMISSION ON ILLUMINATION The International Commission on Ill

2、umination (CIE) is an organisation devoted to international co -operation and exchange of information among its member countries on all matters relating to the art and science of light ing. Its membership con-sists of the National Committees in about 40 countries. The objectives of the CIE are: 1. T

3、o provide an international forum for the discussion of all matters relating to the sc ience, technology and art in the fields of light and lighting and for the interchange of information in these fields between countries. 2. To develop basic standards and procedures of metrology in the fields of lig

4、ht and ligh ting. 3. To provide guidance in the application of principles and procedures in the development of international and national standards in the fields of light and lighting. 4. To prepare and publish standards, reports and other publications concerned with all ma tters relating to the sci

5、ence, technology and art in the fields of light and lighting. 5. To maintain liaison and technical interaction with other international organisations concerned with matters related to the science, technology, standardisation and art in the fields of light and lighting. The work of the CIE is carried

6、 on by seven Divisions each with about 20 Technical Committees. This work covers sub-jects ranging from fundamental matters to all types of lighting applications. The standards and technical reports deve l-oped by these international Divisions of the CIE are accepted throughout the world. A plenary

7、session is held every four years at which the work of the Divisions and Technical Committees is reviewed, r e-ported and plans are made for the future. The CIE is recognised as the authority on all aspects of light and lighting. As such it occupies an important position among international organisat

8、ions. LA COMMISSION INTERNATIONALE DE LECLAIRAGE La Commission Internationale de lEclairage (CIE) est une organisation qui se donne pour but la coopration internati o-nale et lchange dinformations entre les Pays membres sur toutes les questions relatives lart et la science de lcla i-rage. Elle est c

9、ompose de Comits Nationaux reprsentant environ 40 pays. Les objectifs de la CIE sont : 1. De constituer un centre dtude international pour toute matire relevant de la science, de la technologie et de lart de la lumire et de lclairage et pour lchange entre pays dinformations dans ces domaines. 2. Dla

10、borer des normes et des mthodes de base pour la mtrologie dans les domaines de la lumi re et de lclai-rage. 3. De donner des directives pour lapplication des principes et des mthodes dlaboration de normes internationales et nationales dans les domaines de la lumire et de lclairage. 4. De prparer et

11、publier des normes, rapports et autres textes, concernant toutes matires relatives la science, la technologie et lart dans les domaines de la lumire et de lclairage. 5. De maintenir une liaison et une collaboration technique avec les autres organisations i nternationales concernes par des sujets rel

12、atifs la science, la technologie, la normalisation et lart dans les domaines de la lumire et de lclairage. Les travaux de la CIE sont effectus par 7 Divisions, ayant chacune environ 20 Comits Techniques. Les sujets dtudes stendent des questions fondamentales, tous les types dapplications de lclairag

13、e. Les normes et les rapports tec h-niques labors par ces Divisions Internationales de la CIE sont reconnus dans le monde entier. Tous les quatre ans, une Session plnire passe en revue le travail des Divisions et des Comits Techniques, en fait rapport et tablit les projets de travaux pour lavenir. L

14、a CIE est reconnue comme la plus haute autorit en ce qui co n-cerne tous les aspects de la lumire et de lclairage. Elle occupe comme telle une position importante parmi les organi-sations internationales. DIE INTERNATIONALE BELEUCHTUNGSKOMMISSION Die Internationale Beleuchtungskommission (CIE) ist e

15、ine Organisation, die sich der internationalen Zusammenarbeit und dem Austausch von Informationen zwischen ihren Mitgliedslndern bezglich der Kunst und Wissenschaft der Lichttechnik widmet. Die Mitgliedschaft besteht aus den Nationalen Komitees in rund 40 Lndern. Die Ziele der CIE sind : 1. Ein inte

16、rnationaler Mittelpunkt fr Diskussionen aller Fragen auf dem Gebiet der Wissenschaft, Technik und Kunst der Lichttechnik und fr den Informationsaustausch auf diesen Gebieten zwischen den einzelnen Lndern zu sein. 2. Grundnormen und Verfahren der Messtechnik auf dem Gebiet der Lichttechnik zu entwi c

17、keln. 3. Richtlinien fr die Anwendung von Prinzipien und Vorgngen in der Entwicklung internationaler und nationaler No r-men auf dem Gebiet der Lichttechnik zu erstellen. 4. Normen, Berichte und andere Publikationen zu erstellen und zu verffentlichen, die alle Fragen auf dem Gebiet der Wissenschaft,

18、 Technik und Kunst der Lichttechnik betreffen. 5. Liaison und technische Zusammenarbeit mit anderen internationalen Organisationen zu unterhalten, die mit Fragen der Wissenschaft, Technik, Normung und Kunst auf dem Gebiet der Lichttechnik zu tun haben. Die Arbeit der CIE wird in 7 Divisionen, jede m

19、it etwa 20 Technischen Komitees, geleistet. Diese Arbeit betrifft Gebiete mit grundlegendem Inhalt bis zu allen Arten der Lichtanwendung. Die Normen und Technischen Berichte , die von diesen international zusammengesetzten Divisionen ausgearbeitet werden, sind von der ganzen Welt anerkannt. Alle vie

20、r Jahre findet eine Session statt, in der die Arbeiten der Divisionen berprft, berichtet und neue Plne fr die Zukunft ausgearbeitet werden. Die CIE wird als hchste Autoritt fr alle Aspekte des Lichtes und der Beleuchtung ang e-sehen. Auf diese Weise unterhlt sie eine bedeutende Stellung unter den in

21、ternationalen Organisationen. Published by the COMMISSION INTERNATIONALE DE LECLAIRAGE CIE Central Bureau Kegelgasse 27, A-1030 Vienna, AUSTRIA Tel: +43(1)714 31 87 0, Fax: +43(1)714 31 87 18 e-mail: ciecbcie.co.at WWW: http:/www.cie.co.at/ CIE 2011 - All rights reserved DETERMINATION OF MEASUREMENT

22、 UNCERTAINTIES IN PHOTOMETRY CIE 198:2011 UDC: 535.24 Descriptor: Photometry 535.241.5 Quantities related to photometric and other measurements 535.241.535 Calibration ISBN 978 3 902842 00 8 CIE 198:2011 II This Technical Report has been prepared by CIE Technical Committee 2-43 of Division 2 “Physic

23、al Measurement of Light and Radiation” and has been approved by the Board of Ad-ministration of the Commission Internationale de lEclairage for study and application. The document reports on current knowledge and experience within the specific field of light and lighting described, and is intended t

24、o be used by the CIE membership and other interested parties. It should be noted, however, that the status of this document is advisory and not mandatory. Ce rapport technique a t labor par le Comit Technique CIE 2-43 de la Division 2 “Me-sures Physiques de la Lumire et des Radiations” et a t approu

25、v par le Conseil dAdminis-tration de la Commission Internationale de lEclairage, pour tude et emploi. Le document ex-pose les connaissances et lexprience actuelles dans le domaine particulier de la lumire et de lclairage dcrit ici. Il est destin tre utilis par les membres de la CIE et par tous les i

26、ntresss. Il faut cependant noter que ce document est indicatif et non obligatoire. Dieser Technische Bericht ist vom Technischen Komitee CIE 2-43 der Division 2 “Physikali-sche Messungen von Licht und Strahlung” ausgearbeitet und vom Vorstand der Commission Internationale de lEclairage gebilligt wor

27、den. Das Dokument berichtet ber den derzeitigen Stand des Wissens und Erfahrung in dem behandelten Gebiet von Licht und Beleuchtung; es ist zur Verwendung durch CIE-Mitglieder und durch andere Interessierte bestimmt. Es sollte jedoch beachtet werden, dass das Dokument eine Empfehlung und keine Vorsc

28、hrift ist. Any mention of organisations or products does not imply endorsement by the CIE. Whilst eve-ry care has been taken in the compilation of any lists, up to the time of going to press, these may not be comprehensive. Toute mention dorganisme ou de produit nimplique pas une prfrence de la CIE.

29、 Malgr le soin apport la compilation de tous les documents jusqu la mise sous presse, ce travail ne saurait tre exhaustif. Die Erwhnung von Organisationen oder Erzeugnissen bedeutet keine Billigung durch die CIE. Obgleich groe Sorgfalt bei der Erstellung von Verzeichnissen bis zum Zeitpunkt der Druc

30、klegung angewendet wurde, ist es mglich, dass diese nicht vollstndig sind. CIE 2011 - All rights reserved CIE 198:2011 III The following members of TC 2-43 “Determination of measurement uncertainties in photome-try” took part in the preparation of this Technical Report. The committee comes under Div

31、ision 2 “Physical Measurement of Light and Radiation” and the terms of reference were: “To pre-pare a CIE recommendation as basis for the determination of measurement uncertainties va lid for selected quantities used in photometry.” Members: J. Bastie France P. Blattner Switzerland A. Bouman Netherl

32、ands A. Corrns Spain R. Daubach USA J. Gardner Australia A. Gaertner Canada T. Goodman United Kingdom G. Heidel Germany U. Krueger Germany C. Miller USA J. Moore United Kingdom Y. Ohno USA M. Rastello Italy R. Rattunde Germany G. Sauter Germany (Chair) J. Schanda Hungary W. Steudtner Germany P. Webb

33、 USA R. Young USA Y. Zong USA Advisor: W. Woeger Germany CIE 198:2011 IV Contents Summary . V Resume . V Zusammenfassung . V Scope . 1 1 Introduction 1 2 Definitions 2 2.1 Fundamental Terms for Uncertainty Statements . 3 2.2 Units and Traceability 5 2.3 Statement of the Result of a Measurement . 5 2

34、.4 Error and Correction 6 2.5 Tolerance Intervals and Classification 6 2.6 Steps for Evaluating Measurement Uncertainty. 7 3 Evaluation of Standard Uncertainty . 7 3.1 Standard Uncertainty of Type A Evaluation 7 3.2 Correlation Coefficient for Simultaneous Repeated Measurements . 8 3.3 Standard Unce

35、rtainty of Type B Evaluation 9 3.4 Presentations of Uncertainties . 11 4 Model for the Evaluation of Measurement Results . 11 4.1 Model for the Evaluation of Standard Uncertainty . 11 4.2 Sensitivity Coefficient 12 4.3 Monte-Carlo Method 13 4.4 Combined Standard Uncertainty of a Single Output Quanti

36、ty . 14 4.5 Logical Correlation between Input Quantities 16 4.6 Standard Uncertainties from Solving a System of Equations . 18 4.7 Standard Uncertainties from Least-Mean-Square-Fit . 18 4.8 Determination of Expanded Uncertainties . 19 5 Presentation of the Result of a Measurement 21 5.1 Model and Ou

37、tput Quantity 21 5.2 Input Quantities and Origin 21 5.3 Uncertainty Budget 21 5.4 Expanded Uncertainty 22 5.5 Presentation of Measurement Uncertainty 22 References . 23 Acronyms . 24 CIE 198:2011 V DETERMINATION OF MEASUREMENT UNCERTAINTIES IN PHOTOMETRY Summary This report is a recommendation for t

38、he determination of measurement uncertainties associ-ated with the values of selected quantities in photometry. The report explains the steps from the initial procedures for a measurement of input quantities to a final statement of the output values with associated expanded uncertainties. The main p

39、art summarises the fundamental definitions for the evaluation of standard, combined and expanded uncertainties following the rules in the internationally agreed “Guide to the Expression of Uncertainty in Measurements“ (GUM) and its supplement 1. In conjunction with this report supplements, with a wi

40、de selec-tion of examples, provide guidance on how to model measurement procedures in a measure-ment equation, combine uncertainties in a budget and convert to the presentation of expand-ed uncertainty. DETERMINATION DES INCERTITUDES DE MESURES APPLIQUEE AUX GRAN-DEURS PHOTOMETRIQUES Resume Ce rappo

41、rt est une recommandation pour la dtermination des incertitudes de mesures appli-que aux grandeurs photomtriques. Ce rapport explique les tapes suivre, en partant des procdures pour la mesure des grandeurs dentre, jusqu ltablissement des valeurs de sortie, avec leurs incertitudes largies associes. L

42、a partie principale rappelle les dfinitions fondamentales pour lvaluation des incertitudes types, combines et largies, en accord avec les rgles internationales du guide pour lexpression de lincertitude de mesure (GUM) et son supplment 1. En connexion avec le rapport des supplments donnant une large

43、gamme dexemples, fournissent des mthodes pour modliser la procdure de mesure sous forme dune quation de mesure, tablir le budget dincertitudes et le convertir pour ob-tenir lincertitude largie. BESTIMMUNG VON MESSUNSICHERHEITEN IN DER PHOTOMETRIE Zusammenfassung Dieser Bericht ist eine Empfehlung zu

44、r Bestimmung von Messunsicherheiten, die den Werten ausgewhlter Gren in der Photometrie beigeordnet sind. Der Bericht erklrt die Schritte von den anfnglichen Messprozeduren der Eingangsgren bis zur abschlieenden Angabe der Werte von Ausgangsgren mit beigeordneter erweiterter Messunsicherheit. Der Ha

45、uptteil fasst die grundlegenden Definitionen zur Ermittlung von Standardmessunsicherheit, kombi-nierter und erweiterter Messunsicherheit zusammen entsprechend den Regeln des internatio-nal vereinbarten “Guide to the Expression of Uncertainty in Measurements“ (GUM) und seines Supplements 1. In Verbin

46、dung mit diesem Bericht werden Supplements mit einer breiten Aus-wahl an Beispielen anleiten, wie Messprozeduren modelliert werden, wie Messunsicherheiten in einem Budget kombiniert und wie sie umgewandelt als erweiterte Messunsicherheit ange-geben werden. CIE 198:2011 VI CIE 198:2011 1 Scope This r

47、ecommendation is a basis for the determination of measurement uncertainties associa t-ed with the values of selected quantities used in photometry. It summarises fundamental defi-nitions for the evaluation of standard, combined and expanded measurement uncertainties and provides guidance on how to b

48、uild the models for the evaluation of selected quantities based on the measurement procedures. The document shows in supplements a selection of examples as practical help and guidance, explaining in great detail the measurement uncer-tainty budget, the determination of the effective degrees of freed

49、om, and the presentation of a measurement result with the statement of the associated expanded uncertainty. The examples selected are photometric ones, but it is planned that Division 2 will develop more examples for current and newly created quantities in future technical reports of the CIE and more supple-ments will be added to this report. 1 Introduction The value of a physical quantity depend