测量不确定度在工作中的重要性及分析应用

周淑纯

（衡阳市计量测试中心，湖南 衡阳 421000）

0 引言

现在国家的经济得到很大的发展，所以在机械的使用过程当中所使用到的半导体的材料也是非常的广泛，而半导体主要应用在集成电路、LED等半导体器件之中，而这些材料都是非常精密的一种材料，如果这些材料在生产的过程当中出现了什么问题，那么就会直接影响到后续的使用，更会影响到之后设备的使用[1]。因为半导体器件如果出现了问题，那么就会直接影响它们的性能和良品率。所以在进行这些精密的设备制造的时候是需要非常精细的，这样才能够保证在之后的制造的过程当中更加的顺利。在进行半导体设备制造时候是涉及到了很多的领域的，其中就包括了零部件的几何尺寸、形状公差等参数，这些数据都是非常重要的，如果一旦出现了问题，那么之后的制作就会出现很多的问题。所以为了保证之后在制作半导体的时候更加的精准，就需要将量具制作的更加精密，否则就会直接影响零部件的测量精准度，进而就会影响设备的使用质量。

1 测量不确定度的重要性

在进行一些实验的时候，很多的实验数据只会直接影响到整个的实验结果的，所以在进行实验的时候要精准的掌握实验数据。而进行实验的时候所使用的一些设备也是非常重要的，因为这些设备会对实验进行分析，所以这些设备对科研有很大的帮助。但是在科研设备研制的过程当中，不管是零部件加工过程的控制，还是整机的装配关键技术等等，都是离不开非常精准的数据参数的，如果数据参数出现问题，那么后续的一切都会存在着误差。但是也正是在进行一些测量的时候会出现一些误差，所以才会这些误差进行自身的定义，在实际的测量过程当中测量出来的值具有不确定性，测量的时候也很难复现的现象，所以人们就为了不断的追求最佳的一些测量数据就开始对量具有了更加精密的要求。但是在追求的过程当中却没与掌握有关测量不确定度的一些概念，也不清楚如何去找到不确定度的来源，估计不确定度的分量，合理进行测量结果不确定度的评定，所以在很多的情况下都没有进行准确的说明。

2 测量不确定度的定义

既然想要测量出更为精准的数据，那么首先就需要对不确定度进行相应的认识，要对其进行一些定义，这样才能更好的进行相应的了解。首先就是测量不确定度是与测量结果相关联的、表征合理地赋予了被测量值分散性的参数，而这个定义主要是针对于三个方面来进行的[2]。（1）不确定度的参数是一个分散性的参数，而且该参数能够定量的表示测量结果的质量指标，同时它也可以是标准差或者是它的倍数差，这样也能够说明所测量的数据的置信水平的区间半宽度。（2）不确定度的参数主要是用于完整的表征测量结果的，不用于其余的测量结果。因为在完整的表征测量结果当中包括了两个部分，分别是被测量的最佳估计值和分散性参数。这两个部分对于不确定度的影响还是非常大的。在实际的操作过程当中，对所测量的结果有所影响的因素都是需要进行相应的考虑的，不能够将其一带略过。在进行不确定度因素的考虑的时候，首先就是需要建立测量的数学模型的关系，因为在进行不确定度定义当中，数学模型能够影响最后的结果。在建立数学模型的时候，首先要去寻找分析输入量、影响量和输出量之间的数量关系，这样才能将模型的制造更为准确。其次就是要对数学模型的建立更加简化，所以在进行建立的时候要将建立的方法进行简化，要搞清楚主要的来源，然后在这个的基础上将那些不重要的不确定分量进行舍弃，保留最主要的不确定度的分量，这样就能够更加合理的来进行不确定度的评定。

3 量具的测量不确定度在实际的工作中的分析与应用

由于前面简化了对测量仪器重要性的分析，现在有必要对测量仪器在实际操作过程中的测量不确定度进行分析。实际上，电表分为各种类型。首先是角度测量仪。在测量过程中经常使用角度。另外，在半导体设备的零件检验中，使用测角仪的情况也很多。例如，必须使用工作台上的平行度和垂直高度，但这些仪器直接影响测量的准确性，并影响最后组装设施的性能参数[3]。以直角测试仪为例，对测量不确定度进行了分析。

直接测量半导体元件有相对有用的参数。直接测量环境的方法有很多种。直接测量的方法是使用正交法测量，直角测试器是一种机械指示器，主要用于测量0和1范围内任何长度的垂直度。用光学间隙法判断是否为直段直型叶口形状。因此，可以记录测量数据。测量数学模型时，以方底直角尺的数值作为整个板的基准面，用感应测微计作为测量仪器，如果用直角仪直接测量，则得到相应的数学模型。这种数学模型可与相应零件的测量同时使用。

4 输入量的标准不确定度的评定

而在进行数据的测量的过程当中，有很多的不确定度因素，但是这些因素也是有一定的标准评判的，而这些标准评定也是为了有更加规范的一些数据出现，而不会出现杂乱的现象。

4.1 标准测量不确定度的来源

其实标准不确定度的来源主要是分为四个部分，而每个部分都代表了不同的意义，因为不同的意义就构成了现在的标准的测量不确定度的来源。首先就是测量的重复性所得到的一个不确定分量，在进行数据的测量的时候，是需要对这些数据进行反复的测量的，只有不断反复的测量才能对其进行不确定分量的确定。并且在这一个部分当中还可以得到一个标准的重复性，这个重复性被用s表示[4]。其次就是在测量的时候出现了定位出现差错的现象，而这个现象也会为不确定度引入分量。而定位的误差主要是支承平板的平面度出现了问题，在进行测量的时候就会出现一些问题。在进行测量的时候首先就需要去检查支承平板是否出现了问题，如果有问题就需要去进行测量，如果是直角尺长边与短边的比值为1.6，那么定位误差所使用的位置支承平板平面度的比值也为1.6，所以在进行正式测量的时候就需要检查支承平板是否存在问题。接下来就是直角尺检定仪的示数值出现误差所引起的不确定度的分量，因为是利用直角尺检定仪来进行测量的，所以在其显示的时候就能够看到其示数是多少，大师它的示数值每次都是由标准的器具方形角尺进行调止的，所以该分量在一定的区间内是呈现等概率的，这个等概率就会有比较高的置信概率，这个方面也会引起不确定度的变化。最后就是电感测微仪示数值的误差和读书估算的分量，因为在进行仪器的使用过程中，是需要使用都电感的，所以电感的测微仪就会存在着一定的误差，该误差在一定的区间内也是存在着等概率的分布。

拉力试验机本身误差所引起的标准不确定度为：

4.2 合成标准不确定度的评定

上面简单的介绍了一些不确定分量的来源，虽然有这些来源，但是这些来源都是需要进行标准评定的，也就是这些不确定分量的数值都是有一定要求的，所以在进行标准评定的时候就需要对这些进行规范。首先就是测量重复性的标准，其实在重复性的来源标准不确定度主要是在0.0372这里，这就是标准的一个不确定度的评定。接下来就是对定位误差分量的评定，它的评定范围是小于300mm，这个也是根据直角尺检定仪所测量的结果来进行评定的，所以在评定的时候也是非常准确的一些值[5]。接下来就是直角检定仪的示数值出现误差，因为本身的使用过程当中会出现各种各样的问题，其次就是直角检定仪也是仪器设备的一种，所以一般的数值都是0.58这个准确的数值。最后就是电感测微仪，它的误差主要为0.24，除了一些数值上有标准的规定之外，还有就是对不确定分量的评定存在一个置信区间，而这个置信因子一般是2，这样所测量出来的不准确度才更加准确。

4.3 校准测量能力

当使用直角检测仪时，它可以重复使用。如果是一个双手测试器，可以使用感应测微计上下3μ 档。即使在阅读稳定性方面，也采用了宽幅方形座椅。一般都是采用的是10次重复测量，这样所测量出来的数据更为准确。其实在对不确定度进行评定的时候一般都是需要查询一些标准的数据数值，这样在测量的时候也会更加的准确[6]。

5 结语

因为在现实的生活当中进行测量的时候，一般都会进行多次的测量，这不仅限于测量时测量非常精确的值，而且测量时只能测量最高估计值。为了充分显示测量结果，有必要对测量不确定度进行测量，必要的时候还需要标明其出处，这样才更具有说服力。