测量不确定度在工程检测领域的应用

李舒萍

摘要：按照CHAS RL07-2011《测量不确定度的要求》，检测实验室应有能力对每项有数值要求的测量结果进行测量不确定度评估。

关键词：测量不确定度 工程检测领域 应用

中图分类号：O434文献标识码： A

前言：

在工程施工类试验检测机构的日常工作中，对某个项目或参数的测量不确定度的计算与评定是较为薄弱的环节。2011年起，中国合格评定国家认可委员会(CNAS)提出，所有获得认可的实验室，应有能力对每项有数值要求的测量结果进行测量不确定度评估，以反映实验室对所测项目或参数测量结果的偏差的评估能力，从而不断提升检测技术水平，更好地做好试验检测工作。以工程施工类试验检测机构一些常规项目为例，阐述测量不确定度在工程施工类试验检测机构中的应用方法、影响程度及其报告的编制，可为工程施工类试验检测机构开展测量不确定度的计算与评定提供参考。

一、测量及测量不确定度

按照计量学的定义，测量是一个广义的概念，在工程建设施工中，测量这个概念既包含“测”又包含“量”，即既包含对某工程项目或部位的几何尺寸度量，又包含试验检测、物资和能源计量等所有能确定量值的工作。

JJF 1059-1999《测量不确定度评定与表示》规定，测量不确定度是表征合理地赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数;也可理解为对某一测量结果的可疑程度，或是由测量结果给出的被测量估计值的可能误差的度量，是对被测量的真值所处范围的评定。

过去，习惯使用“误差”这个概念，但测量误差与测量不确定度是完全不同的概念，不应混淆或误用。例如，对同一被测量，不论其测量程序、测量条件如何，对于相同的测量结果，其误差完全相同，而在重复性条件下，对于相同的测量结果，可能会产生完全不相同的不确定度。因操作方法、设备故障、技术水平等原因产生的测量和读数等错误不属于测量不确定度的评定范畴。

测量不确定度适用于各种测量和测量中所用到的各种数据，即具有普遍适用性。由于测量方法、程序、条件、设备和操作人员技术水平等原因，一切测量结果都不可避免地具有不确定度，因此，如何计算和评价测量结果的可疑程度，是表征检测机构对某一项目或参数测量结果准确度范围、反映检测机构综合技术能力的一个十分重要的方面。

二、测量不确定度的评定

由于总是存在于随机误差在测量过程中，并没有完全消除或修正系统误差，没有实际测量，可以获得测量的真值，测量结果总是不准确。测量结果的测量不确定度评估是决定确定的程度及其对应的置信概率，赋予一定的置信概率的测量不确定度。

1、 A类评定

2、 B类评定

B类不确定度评定的信息来源：B类这种不确定度主要来自于各种不同类型的仪器和测量方法，该方法的应用测量理论不同的近似模型，等等。因此，B类评价的不确定性主要是从以上几个方面获取信息。在实际测量，测量方法可以优化，理论模型近似可以修改，它们产生测量不确定度基本上可以忽略不计，重点考虑的应该是各种不同类型的不确定性产生的仪器。

当估计测量值xi不是通过反复观察取得，标准的不确定度u（xi）的可用xi来评估相关的信息或数据可能会改变。

特征的测量仪器可以使用的最大允许误差、条款如描述的错误。在测量仪器中规定的技术规范、规程，以允许误差范围，称为“最大允许误差”或“允许误差限”。这是工厂对一些类型的仪器误差值在规定的允许范围，而不是一个仪器误差的实际。最大允许误差测量仪器可以检测到的设备规格，或根据仪器，如水平，划分价值估计。最大允许误差测量仪器不是测量不确定度，但可以作为依据测量不确定度的评估。测量结果的不确定性引入的测量仪器可以根据最大允许误差的仪器和评价方法评价B类。

在评价方法的不确定性的B类，首先，要解决的问题是，如何假设概率分布。是测量根据“中心极限定理”，虽然价值的概率分布是任意的，但只要测量的次数足够多，算术平均的一个概率分布为近似正态分布。如果测量是受大量的独立随机量的影响，这些影响的概率分布的量各不相同，但每个变量的影响都很小时，被测量随机变化将服从正态分布。如果测量的影响和影响的随机系统，和影响的数量没有任何其他的信息，一般假设均匀分布。在某些情况下，可以使用同事的共识，如微波测量失配误差是正弦分布等。B类不确定度分析的可靠性取决于可用的信息的质量，要尽可能的充分利用长期价值估计的概率分布的观察。

三、测量不确定度在工程试验检测数据处理中的应用

试验室根据《试验室和检查机构资质认定管理办法》、《检测和校准试验室能力的通用要求》（gb/t27025-2008）建立后，准确的表达量是基于测量不确定度评估来实现。测量不确定度是合理的评估值的分散性给定的测量，测量结果相关的参数，它表示值的真值的测量范围，并通过测量真值在一定的概率条件下可以有机会试验得到真值。

评定工程试验的不确定度的主要程序：（1）根据试验方法和过程，确定试验结果的数学模型；（2）考察数学模型，确定各不确定度来源及分量；（3）实施试验，并计算测量结果；（4）计算各个不确定度分量；（5）确定各不确定度分量是否彼此不相关；（6）变换数学模型，简化不确定度分量的合成；（7）计算扩展不确定度，并出具不确定度报告。

测量可能导致的测量不确定度的来源主要是操作人员、设备、测试方法、设施、环境条件、提取样品，如一般主要考虑十个方面： ①测量的定义是不完整的；②重复测量的方法不是完美的；③抽样的代表性不足，样本测试并不代表一个定义为测量整体；④测量过程的理解受环境是不适当的或对环境的测量和控制是不完美的；⑤阅读的模拟仪表人类迁移；⑥测量仪器来测量性能（如灵敏度、分辨率，分辨率，死区和稳定性等）的限制；⑦测量不确定度的标准或参考材料；⑧指的是不确定性的数据或其他参数；⑨测量方法和测量过程的近似和假设；⑩是在同样的条件下测量的重复观测的变化。因此可以确定的是，所有不确定度的来源都包括由于测量重复性等随机效应引入的不确定度分量和由于仪表测量准确度等系统效应引入的不确定度分量。

工程测量试验的不确定性分为标准不确定度和扩展不确定度。标准不确定度表示测量不确定度的标准偏差。扩展不确定度是使用合成多个表示的不确定性，给出了测量结果的不确定性，与给定概率给出的值包含在范围的测量。合成标准不确定度的测量结果是由其他几个数量值，并根据每个组件的标准不确定度的计算方差或（和）协方差，这是估计的标准偏差的测量结果。

很多情况下各不确定度分量之间是相关的，比较这种不确定度分量相关对总不确定度贡献的大小，尽量忽略各分量之间的相关性，这对于不确定度分量合成的简化是非常有效的。对于不能忽略的，按照有关规则进行额外的计算。对于大部分工程试验，各不确定度分量之间的相关性是可以忽略的。

对工程试验进行不确定度评定，不仅可以有效地提高效益、降低风险，还能根据不确定度分量的大小，在以后的试验中采取可行的措施，如校准测量仪器并使用证书上给出的校准修正值、对知道的任何（或其它）误差做进一步修正、选择最好的测量仪器等，以及养成良好的测量习惯来降低试验的总不确定度，提高试验本身的质量。

结语：

测量的不确定性已经受到越来越多的重视，国际组织表达的测量不确定度可以极大地统一对工程试验测量数据偏离真值的理解和解释。加强研究与应用测量不确定度的相关分析技术，且提高分析测试水平的同时，能够更好地统一国内、外的思想方法，使不确定度的分析更趋于合理，从而保证质量控制在工程试验数据处理应用中具有更灵活的选择余地和操作。

参考文献

[1]李永贤.水泥比表面积检验不确定度评定[J].交通标准化，2011（11）.

[2]雷利玲.稳定土基层和底基层的质量检验和评定[J].中南公路工程，2001（4）.

[3]解先荣.测量不确定度在交通工程试验检测数据处理中的应用[J].公路交通科技（应用技术版），2006（6）.

[4]李方东.测量不确定度及其在工程试验检测中的应用[J].公路与汽运，2006（3）.

[5]康宁.纺织试验室测量不确定度和检测质量控制应用研究[J].南京理工大学，2010（1）.