对超声波身高体重秤身高校准方法的研究

龚俊庆

摘 要：本文通过设计一个标准高度模型，对超声波身高体重秤中的身高项目进行测量，并对使用标准高度模型测量超声波身高项目的测量结果示值误差测量进行不确定度评定，通过阐述测量过程中产生的各分量对示值误差的影響，得到了测量结果的扩展不确定度。

关键词：超声波身高体重秤；测量结果；示值误差；不确定度

0 引言

超声波身高体重秤是采用微电脑控制和超声波测量技术，自动测量身高，体重，测量结果数码显示并语音报出，可与计算机连接，以备存档。全自动操作，简便快捷，测量身高，采用超声波无接触测量，防止传统手动压杆测量存在的交叉感染风险，被广泛的的运用在医院、学校、部队、体检中心、健身房等部门。

本文通过设计一个标准高度模型，对超声波身高体重秤身高进行计量校准，用于确认仪器的准确性，并通过使用标准高度模型对超声波身高体重秤的身高部分测量误差的不确定分析来确认方法的科学可靠。

1不确定度评定

本文以测量分辨率为0.5cm，测量范围为（0.5～2）m的超声波身高体重秤为例，用1米的标标准高度模型对超声波身高体重秤的身高进行测量，并对其测量结果示值误差不确定度进行评定。

1.1 测量方法

本文采用的标准高度模型由底部一块（200×200）mm，平面度不超过0.5mm，厚度为5mm的铝板，顶部由一块（300×300）mm，平面度不超过0.5mm，厚度为5mm的铝板，中间由直径50mm铝杆连接，顶部与底部的平行度不超过1mm组成。标准高度模型的实际高度的扩展不确定度不超过1mm（k=2）。

测量时，将标准高度模型底面朝下竖直放置在超声波身高体重秤上，读取超声波身高体重秤上身高示值，代入公式（1）计算示值误差。

1.2 数学模型

△h=H-L （1）

式中 △h ——超声波身高体重秤身高示值误差，（cm）；

H——超声波身高体重秤身高示值，（cm）；

L ——标准高度模型实际高度，（cm）；

1.3 方差和灵敏系数

由于输入量H和L互不相关：

依： （2）

式中，

1.4 计算分量标准不确定度

1.4.1输入量H引入的标准不确定度

u（H） 由测量重复性u（H1） 或超声波身高体重秤分辨率u（H2）

1.4.1.1测量重复性引入的不确定度 u（H1）

采用A类方法进行评定。

在装置正常工作及重复性条件下，测量10次结果如下：

由贝塞尔公式计算单次测量实验标准偏差：

s= ≈0.211 cm

则u（H1） =s=0.211 cm

1.4.1.2超声波身高体重秤分辨率引入的标准不确定度u（H2）

采用B类不确定度评定方法。

身高体重秤的的分辨率为0.5cm，半宽 =0.25cm，为均匀分布，

k= ，则：

≈0.144cm

依据JJF 1033-2008计量标准考核规范 C.1.4当重复性引入的不确定分量大于仪器的分辨率所引入的不确定度分量时，可以不考虑分辨率所引入的不确定度分量。故：

u（H） =u（H1） =0.211 cm

1.4.2输入量L的引入的标准不确定度u（L）

输入量L 由标准高度模型实际高度测量结果不确定度u（L1） ，标准高度模型平面度u（L2） ，标准高度模型顶部与底部平行度u（L3） 引入；

1.4.2.1标准高度模型实际高度测量结果不确定度u（L1）

标准高度模型的实际高度的扩展不确定度U=1mm（k=2），则：

=0.5mm=0.05cm

1.4.2.2标准高度模型平面度u（L2）

标准高度模型的平面度不大于0.5mm， 为均匀分布， k = ，则：

0.29mm=0.029cm

1.4.2.3标准高度模型顶部与底部平面度u（L3）

标准高度模型的平面度不大于1mm， 为均匀分布，k= ，则：

0.58mm=0.058cm

≈0.0067

u（L） ≈0.082cm

1.5合成标准不确定度计算

各不确定度分量中不存在相关性，将以上各项合成有：

uc≈0.23cm

1.6 测量结果扩展不确定度

取包含因子k=2，由上述分析得出：

U=k×uc=2×0.23≈0.5cm （k=2）

2结论

有上述可知，对于分辨率为0.5cm超声波身高体重秤身高测量结果不确定度主要由仪器自身的分辨率或重复性引入，标准高度模型引入的不确定度分量很小。本套装置稳定、准确，使用方便，能够对超声波身高体重秤中身高的进行快捷准确可靠的计量，也可作为身高部分的标定标准使用。

参考文献：

[1] JJF 1059.1-2012 测量不确定度平度与表示[S]，北京：中国计量出版社，2012.

[2] JJF 1001-2011 通用计量术语及定义技术规范[S]，北京：中国计量出版社，2011.