力学计量中测量不确定度的应用分析

陈楠 尹雪 郝世豪

摘   要：该文将围绕测量不确定度的概念以及其在力学测量中的重要性进行阐述，详细分析其在力学测量中的具体应用方式，在实际研究过程中，将回弹仪以及千斤顶等有效结合在一起，深入地对测定相关的不确定度进行分析，坚持理论联系实际的基本原则，旨在为日后研究工作的顺利进行奠定基础。

关键词：力学测量;不确定度;数学模型

中图分类号：TH82   文献标志码：A

0 前言

测量不确定度的优势较为显著，如今已经被广泛应用在社会各个领域，尤其是对于建筑基础性工程来说，测量不确定度在力学测量中应用时，首先需要做好数学模型的构建工作，对不确定度的来源进行分析，并将A类评定方式与B类评定方式有效结合在一起，使之适应力学测量的实际需要。

1 测量不确定度的概念以及其在力学测量中的重要性

1.1 测量不确定度

从测量不确定度概念角度进行分析，为了明确测量对象的数值，需要对其进行测量，以此来获得结果数值的可信状态，主要是对结果的质量进行分析与描述，在测量结果描述的过程中，首先需要找准被测量对象的数值，为了保证测量的全面性，需要充分考虑到其与被测量对象的所对应的不确定度，并进行整合。其中具体的测量与分析主要包括标准不确定度、相对标准不确定度、合成标准不确定度以及扩展不确定等方面。以合成标准不确定度为例进行分析，其中预测数值与实际数值之间存在差异性，在对其进行描述的过程中，一般采用UC符号。为了突出不确定度的显著性，将方差概念应用其中，在对结果参数进行分析时，呈现出一定的分散性，采用这种合成的方式，对所运用的系数进行确定，主要是指灵敏系统，在描述时采用符号CI。

1.2 测量不确定度在力学测量中应用重要性

从测量不确定度在力学测量中的重要性角度进行分析，在分析结果质量等级的过程中，往往需要借助检测不确定度来完成，这是其中的关键性指标，并为研究不确定度问题提供了理论依据。如今，随着社会经济的不断发展，不确定度的研究领域逐渐延伸，尤其是在校准证书文件等领域中会应用到不确定度。校准已经被广泛应用在社会的各个领域中，在实际应用的环节中，可以发挥技术保障以及分包手段等优势。例如：在对设备安装进行检测的过程中，当不符合安装标准时，为了保证正常应用，要通过科学的校准程序来进行调节。同时，需要注意的是，在开展检测与校准工作的过程中，要做好前期的准备工作，要充分结合标准实验室的认定与许可的标准。校准应用范围相对较广，在实际应用的过程中，分包手段具有多样性，为了提升竞争实力，要注重实验室方面的创新工作，结合实验室关键业务的实际情况，充分结合试验机、千斤顶以及回弹仪等计量装置开展评定工作。

2 测量不确定度在力学测量中的应用研究

2.1 测量不确定度的流程

2.1.1 建立数学模型

在建立数学模型的过程中，主要是开展不确定度的分析与明确工作，要充分结合测定工作环境的实际情况，掌握测量对象以及关系量之间的关系，将前者设定为Y，后者设定为Xi，并严格按照Y=f（X1、X2、...XN）进行描述，在对该数学模型进行分析的过程中，要充分考慮不确定度，并将其所包含的作用因素充分考虑在内，以此来保证整体测量程序的准确性。整合X1、X2、...XN数值以及Y，通过前者的最理想数值x1、x2、...xN来对后者的最理想数据y进行全方位的把握，并需要对Xi的不确定度问题进行研究。

2.1.2 分析不确定度来源

从不确定度来源角度进行分析，要充分结合数学模型的具体情况，对测量对象进行分析，并将产生影响的多个分量有效整合在一起，保证分量的准确性。针对不确定度来源存在的遗漏问题，如果不对其进行及时处理，那么当Y不确定度出现不足现象时，其中所对应的不确定度会随着反复问题的出现而增加，一定程度上不利于后续工作的顺利进行。因此，在对不确定来源进行分析的过程中，要注重对修正数据进行整合并分析，保证不确定度来源的完整性，避免出现遗漏的问题，同时要对数据进行分析，及时处理好不符合标准的数据，以此来保证理想数值掌握的准确性。

2.1.3 设计测量不确定度的A类评定方法

从设计测量不确定度的A类评定方法角度进行分析，在开展评定工作的过程中，主要是通过整体观测分析数据的方式来实现的，将此时的不确定度以及标准差分别设定为u、σ，前者通过全部观测数值的方式来形成后者。此时需要确定被测量对象的预估数值，分析测定工作的次数以及获得的数值，分别设定为n、xi（i=1，2，...，n），并将平均数值设定为，按照公式，对所测定的数值

进行计算。需要掌握测量后数值的不确定度，并将其设定为，此时可以按照公式进行运算。开展标准差分析运算的方式具有多样性，在实际选定的环节中，要充分结合实际情况，避免对最终结果造成影响。

2.1.4 设计测量不确定度的B类评定方法

从设计测量不确定度的B类评定方法角度进行分析，在开展测定工作时，不需要进行反复测定，可以应用非统计运算的方式，对B类评定方式进行研究，主要是借助经验来完成的，将测量对象设定为X，在开展B类评定的过程中，首先需要确认X的预测数值，并将其设定为x。对于B类评定信息源头层面来说，可以发现信息来源的方式具有多样性，除了所涉及的测量设备的性能以及生产单位所提供的指南之外，还包括准确度相关的参数信息以及确定度数据等，在描述B类方差时，可以通过预测方差u（xi）来实现。这种方式在不确定度相关研究工作中所占的比重较大，在不确定度B类检测过程中，要对具体程序进行总结，保证分析结果的准确性[1]。

2.2 材料试验机示值误差测量结果的不确定度评定

材料试验机示值误差测量结果的不确定度评定的过程中，首先需要将测量方案、测量模型以及不确定度评定三者有效整合在一起。首先，制定测定方案。这一阶段主要包括测量准备、测量机制以及测量手段与具体程序。从测量准备角度进行分析，在实验目标的设定上，将专业试验机设备应用其中，并设定外部环境参数，切实掌握好温度因素、温度指标以及温差变动，将其分别设定为（10 ℃～35 ℃）、不超过80%、不超过2 ℃/h。其次，设置测量机制。准备好测力装置，为了提升活塞的运行效率，可以通过调节特定阀门的方式实现，此时关注试验设备以及测力装置的状态，前者会对后者提供外部加载力。最后，设定测量手段与具体的程序。在布置测定位置的过程中要始终坚持均匀性的原则，尤其是在添加外部力的过程中，要保证与检测位置保持一致，以此来确保读取数据的准确性。测量模型的构建过程中，要确定试验机3次示值的算术平均值、标准测量仪上的标准力值、标准测力仪的温度修正系数、标准测力仪定度温度以及环境温度，将其分别设定为、F、K、t0、t，其中试验机的示值误差表示为。不确定度的评定过程中，需要确认输入量标准的不确定度、输入量F的标准不确定度U（F）、输入量t的标准不确定度U（t）以及输入量标准测力仪温度修正系数K的标准不确定度U（K），其中第1种为A类评定，后3种为B类评定[2]。

2.3 千斤顶的不确定度评定

千斤顶的不确定度的评定仍然需要从测量方案、测量模型与不确定度评定3个角度进行分析。1） 测量方案。包括实验准备、实验原理、测量手段以及具体程序等环节，在试验准备阶段，将液压装置应用其中，确认桩基项目的检测误差以及结构项目检测误差，其中前者要控制在±3%，后者要控制在±2%，并对该装置的外部运行环境进行控制，一般在5 ℃～35 ℃。重点关注千斤顶油管以及压力表的运行情况，对其进行连接，在完成与标准器之间的连接过程中，为了提升外部荷载，将启动油泵，此时观察指示器的参数信息，进行调整与校准，保证数据读取的准确性。2）测量模型。要确定标准测力仪上的标准力值、校准方程的斜率以及压力修正值，将其分别设定为F、b、a，并对此时液压千斤顶的调整公式进行确认，为Pe=bF+a。3）不确定度评定。在评定的过程中，要对千斤顶压表进行观察，对检验程序进行优化，为了将误差控制在最低的范围内，需要保证压力表装置的准确性，针对在实际检验过程中存在的损坏现象，要及时处理，以此来保证后续操作的顺利进行。

2.4 混凝土回弹仪率定值测量结果不确定度评定

从混凝土回弹仪率定值测量结果的不确定度评定角度进行分析，确定测量的方法以及模型，将专业回弹仪检测设备应用其中，对回弹仪率数值进行试验，在实际操作过程中，要按照4个方向来进行，并对杆装置的旋转角度进行确认，通常为90°，从中选取数值，并由专业人员进行记录，在该环节中，要对数字回弹仪率定值的每次测量示值以及标准钢钻的率定值进行整合，将其分别设定为Li、L，所涉及的数学公式以及灵敏系统表达方式进行确认，前者为ΔL=Li-L0，后者为，其中L0为测量得到的弹击锤弹回距离。

回弹仪率定值不确定度评定要对Li的不确定U1（Li）、L的不确定度U2（L），以及标准不确定度等问题进行分析与运算，在完成评定任务的过程中，可以借助A类手段或者B类手段来实现[3]。

3 结论

在对测量不确定度在力学测量中的应用进行研究时，分别从试验机示值误差、千斤顶以及回弹率等角度进行分析。在实际分析的过程中，制定好科学的测量方案以及测量模型，坚持实事求是的基本原则，并對不确定度进行评定，以此为测量不确定度的研究工作提供理论依据。

参考文献

[1]彭彬.力学计量仪器检定应注意的问题和对策探索[J].科技创新导报，2020，17（6）：61，64.

[2]宋金强.力学计量仪器检定的相关问题探讨[J].科技创新导报，2020，17（4）：72-73.

[3]李卿.力学计量中测量不确定度的应用与研究[D].西安：西安理工大学，2019.