浅谈测量不确定度的评定及其在力值计量中的应用

孙惠颖（萧县市场监督检验所，安徽萧县235200）

浅谈测量不确定度的评定及其在力值计量中的应用

孙惠颖（萧县市场监督检验所，安徽萧县235200）

随着社会经济和科学技术水平不断地发展和提高，测量的重要性越来越突显，它已经逐渐地成为科学技术、生产、贸易和生活工作等各个领域不可或缺的一项技术。测量不确定度的出现替代了测量误差已经得到国内外专家的认可和肯定，并在国内和国外的科学技术、生产等各个领域得到了广泛运用。与此同时，《测量不确定指南》的发表，使得力值计量在对被测量结果不确定度评定方面有了据以量化的指标和相应的依据，使得被测量结果不确定度评定能够在力值计量方面得到有效的应用，主要方面还是对各项仪器设备的测量质量进行评定，如果测量质量存在问题可以进行调整后继续使用。

测量不确定度；力值计量

1 测量不确定度的含义及依据

测量不确定度是指 “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”。通常测量结果能否加以使用会用测量误差来衡量，但是测量误差只能表现出测量的短期质量。而对于测量结果是否能够保持稳定一致就需要用测量不确定度来进行衡量。测量不确定度意为对测量结果正确性或准确性、有效性的可疑程度，它是合理地表征被测量值或其误差分散程度的一个参数，是表达测量结果质量优劣的一个指标。其依据的标准为国家计量技术规范《测量不确定度评定与表示》（JJF1059-1999）和国家军用标准《测量不确定度的表示及评定》（GJB3756-1999）。

2 测量不确定度在力值计量中的应用

2.1 测量不确定度在力值计量中的应用

测量不确定度在力值计量中的主要应用是对实验室里面的仪器设备进行检验测量评定，实验室里的一个仪器设备的测量结果不一定是百分百合适、准确、有效的，测量质量可能存在问题，因此要对其进行评定、检测。对于有误差的仪器设备进行调修之后也是可以再次使用的，因此将测量不确定度评定用于校准实验室里的仪器设备也是十分必要的。

2.2 针对拉力、压力和万能试验机的测量不确定度进行评定

试验机是实验室里常见的一种仪器设备，拉力、压力和万能试验机是以机械或液压方式施加力值，测量材料力学性能参数的试验机。它们主要用在橡胶、塑料板材、钢管材料、异型材料、塑料薄膜、电线电缆、防水卷材料、金属丝等等材料的各项物理机械性能测试。在对压力试验机的测量实验中，为了了解压力试验机的测量结果的质量并对其进行评价，下面我们将对压力试验机的测量不确定度评定过程进行计算介绍：

（1）测量准备。选取一台型号是TYS-2000，准确度等级是1级的数字式压力试验机作为被测试的对象，根据《拉力、压力以及万能试验机》（JJG139-2014），外部环境状况：温度（10～35）℃，相对湿度不大于80%，温度波动情况不大于2℃。选取一台型号为LC-3/2MN的0.3级标准测力仪，相对扩展不确定度为U95=0.061%。

（2）测量原理。将0.3级标准测力仪放于试验机的上下受重台之间，紧接着调整进油开关来调整油缸的活塞速度，使得试验机对测力仪进行加载，当加载到预期的测量值的时候，可以得到测力仪显示仪上所显示出的数值和材料试验机指示器上的数值，进而能够得到试验机在这个测量点的误差。

（3）测量方法。试验机的测量范围应该从每一级测量的20%到最大的力值，检查的点至少是5点，并且最好均匀检查，试验机测量时应平稳的增加力度，以得出准确的读数。

（4）测量模型。ΔF=F¯-F[1+K（t-t0）]

此方程式中：

ΔF——试验机的显示值误差；

F——标准测力仪上的标准力值；

K——标准测力仪的温度的修正系数；

t0——标准测力仪的温度；

t——测量实验进行时的外部环境的温度。

（5）不确定度评定。

根据数学模型被测试的材料试验机的显示值误差的不确定度主要来源自于输入量F¯和F的不确定度，因此要首先对这两项进行评定才能够进行继续的计算。

①输入量 F¯标准不确定度u（F¯）的评定。

对一台2000kN的试验机，选择1000作为一个测量点，紧接着测量 10次，可以得到测量列：1001.2、1000.9、1000.5、1001.1、1000.3、1000.4、1000.8、1000.6、1000.9、1000.9。

在相同的条件下连续进行测量工作3次，将这3次的测量值的算术平均值作为测量结果，得到的结果如下，u（）=

自由度为：ν=10-1=9

②输入量F的标准不确定度u（F）的评定。

输入量F的不确定度来源于标准测力仪的不确定度，可以采用B类方法进行评定。因为标准器的稳定度以及由于其他因素而引起的不确定度已经包括在测量重复性条件下所得出的测量列的分散性中，为了不进行过多的重复性的测量工作，因此在这项标准不确定度的计算过程中不再对其进行测量计算。

标准测力仪准确度等级为：0.3级，在区间内服从正态分布，包含因子k=2.58。在测量点1000kN处，标准不确定度是：

估计Δu（F）/u（F）为0.10，则自由度VF=50

③输入量t的标准不确定度u（t）的评定。

输入量t的不确定度是由于测量时的外界环境温度波动，此误差可以基本忽略，环境温度波动不大于2℃，所以a= 2℃。视为均匀分布，取，标准不确定度为：

估计Δu（t）/u（t）为0.10，则自由度ν=50

④输入量标准测力仪温度修正系数K的标准不确定度u（k）的评定。

温度的修正系数K因为修约而导致了不确定度，a是 0.00005/℃，可以基本视为均匀分布，因而取，u（K）=

估计Δu（K）/u（K）为0.10，则自由度ν=50

⑤合成标准不确定度的评定。

灵敏系数为：

从《标准测力仪检定规程》（JJG144-2007）中可以清楚得出，测定的外界环境温度是15～25℃，同时又可以从《拉力、压力以及万能试验机检定规程》（JJG139-2014）中可以得出，测力仪的标准测量温度是10～35℃。令t0=15℃，t=35℃，温度的修正系数K=0.00027/℃，F=1000kN，则：

输入量的标准不确定度汇总于表1。

合成标准不确定度的计算。

表1 标准不确定度汇总表

合成标准不确定度的有效自由度：

⑥扩展不确定度的评定。

取置信概率P=95%，按自由度Veff=60，查t分布表得到t95（60）=2.00扩展不确定度为：

相对扩展不确定度是：

⑦扩展不确定度的报告与表示。

根据《拉力、压力以及万能试验机》（JJG139-2014）规定的要求，准确度等级为1级的材料试验机在测量点1000kN处，测量结果的相对扩展不确定度为：

Urel=0.24%k=2

同时，我们也可以继续使用上述的过程和方法，进而可以计算得出相关的其他各个测量点的显示值误差的测量结果的不确定度。由此可以看出，测量不确定度的评定对于各项力学的计量工作是必不可少的，针对确实存在误差的仪器设备可以进行调整之后继续使用，发挥作用。

3 结束语

随着社会经济发展，科学技术水平的不断提高，测量已经不可否认地成为关乎国家、企业发展的有利技术。同时，测量的误差又是不可避免的存在的，而单纯用测量误差来评定一次测量又是存在不公允情况，这样并不能完整反映实际情况以及相应的要求。因此，测量不确定度评定的出现不可避免又恰是时机。通过上述对于测量不确定度评定的介绍以及关于其应用的介绍使我们明白掌握并好好的利用这一技术是必须的，只有这样才能为我们国家的发展起到良好的促进作用。

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2095-2066（2016）05-0216-02

2016-2-1