力学计量中测量不确定度的应用与研究

力学计量中测量不确定度的应用与研究

张奭军

哈尔滨市计量检定测试院 黑龙江省哈尔滨市 150036

摘要：在我们国家日益繁荣昌盛，科学技术不断创新的背景下，力学计量技术得到改进和优化，计量标准体系也正在逐步完善。分散性是计量检定中测定不确定度的反映指标之一，而误差则反映的是测量的结果与实际真的结果相差的程度，本文论述了不确定度在计量检定中的应用，不确定度与误差之间的关系及联系，希望能够为大家在专业工作领域上做出一些贡献。

关键词：力学计量；测量不确定度；应用

引言

测量误差和测量不确定度是计量工作中使用频率较高的两个计量学术语，也是基础性的计量学术语，掌握它们的含义，有助于对其他计量学术语的理解。在实际工作中，由于对概念理解的不全面，经常出现一些使用不当、描述不清的现象。本文从基本概念出发，根据其特征，深入浅出地论述了测量误差与不确定度之间的区别与关。

一、力学计量装置发展概况

1.1静重式标准机

静重式标准机主要是让具体的数据砝码动力当作标准力值，再通过相应的机构或已经编程完成的程序把力值实施于测力仪中，此类装置主要借助静重力基来实现测量准确性和稳定性的提升，能够对重力检测难度实现降低，并保证重力的检测工作能够顺利的进行，这也是静重式标准机具有的重要优势。静重式标准机主要通过直接进行负荷的增加，因此其也被称作直接加荷标准机，此装置力值具有不确定性，其不确定性取决砝码质量不确定、装置安装地点具有重力的加速度不确定以及砝码与空气密度测量的不确定度等，同时其计量的性能还和装置结构、砝码稳定性以及负荷加卸载的方式等有关，其力值的不确定度达到了1×10-5。

1.2杠杆式力标准机

借助利用不等臂杠杆系统，可以把已知砝码的重力放大而得到标准力值，然后在被检定的测力仪上可以平稳的施加。其所复现的力值F可表达为：F=kmg(1-ρa/ρw)。该标准机对于力学数值的检测需要借助杠杆原理，通过标准杠杆的设置，可以实现对力学数值的检测，在实际应用中操作简单，极易实现检测。然而，在杠杆原理的限制下，检测精度不高。相比较于静重力标准，其应用场合与范围更加广泛，且因操作简单和适用环境广泛，逐渐成为力学计量的重要装置。

二、在计量检定中测量不确定度的应用

在计量检定中，测定不确定度是很重要的一个指标，计量检定是否合格出具的校准报告和检定证书中需要有测量不确定度的出示。

在测量系统或者装置进行计量检定时，需要同时计算出合成标准不确定度和扩展不确定度，而不能仅仅只计算出测量结果。在生活中有很多测量不确定度在计量检定中的应用，比如电表。电表和家庭还有百姓的利益关联非常紧密，而测量不确定度在电表中的应用同样非常重要。在电表的检定中，不确定度是需要被反复考虑的，通过计算电表标准装置中的各自小的测量不确定度的分量，再合成标准的不确定度，最后通过扩展，计算出扩展的不确定度。出租车计价表也需要将所有的可能影响标准不确定度的因素进行计算，通过综合实际应用中的影响因素合成标准不确定度，最后在计算出扩展不确定度。在检定报告中可以看出，对车速40km/h的出租车计价器2km起程的使用误差实施检定，引入了扩展不确定度值，同时通过引入人为误差，得到的实测使用误差，并测定出了相应应用的误差表达式。由此可见，若给出各参考量的测量不确定度，也同样可以对系统或者装置进行校准和检定。

三、测量不确定度在应用中出现的问题

在日常应用中，测量不确定度也会出现一些问题：首先，在不确定度的溯源方面的问题。人们在不确定度的分析过程中，经常会不重视不确定度的来源出处，若不清楚不确定度的来源出处，测量不确定度的数值就是较少或较多，同时还会将测量不确定度重复引入计算，由此会给器具的计量检定造成很大的负面影响，同时也会失去测量不确定度评定的意义。

其次在评定不确定度建立模型方面的问题，如果基本的评定模型建立的不准确，可想而知，测量不确定度就会偏差更大。由此可见，模型的准确建立是计量检定前期必不可少的工作。

同时在计量检定评定报告中也存在问题，主要是内容不完全，比如对不确定度的分量未说明分量的分布；对于测定方法和步骤的说明缺如；表达格式较为混乱等。

近年来陕西省乃至整个西北地区的高速公路、桥梁、隧道等基础建设迅猛发展，材料试验机、液压千斤顶，以及回弹仪这三种仪器设备都是在高速公路、桥梁和隧道建设中必不可少的工程计量器具，其中的评定检测数据直接影响到工程质量的评定。为了进一步规范我院力学计量及检测的相关数据，本研究以回弹仪、千斤顶、试验机为对象，对计量检定的方法、步骤、检定规程及数据的不确定度分析展开了研究。　　材料试验机为在各类条件与环境中测试得出的金属、非金属材料等具体的机械和工艺性能、内部缺陷和校验旋转零部件动态不平衡量的精密测试仪器。千斤顶为参考帕斯卡定律进行运行的计量器具，其可以普遍运用到桥梁与码头等相关的运输与工程等方面的起重作业和检测工作，同时对于工程建设的后续检测工作有着无法取代的重要影响。混凝土回弹仪作为当前建筑与交通建设产业中实际运用相对较多的回弹仪。回弹值可以有效判断相关被测物的具体抗压强度参数，回弹值所构成的影响较为巨大。　　所以本论文选取这三种仪器设备，同时对于校准方面的示值误差不确定度开展评定工作，所选取的这三种仪器设备均符合各自检定规程的要求。依靠设计配套的实验方案，着手构建系统中的数学模型，研究其中的不确定度来源，同时对其开展配套的A类或者是B类评定，参考各个分量来判断具体的不确定度。最终得出相关报告的基础流程。除此之外，依靠后续的实验与理论分析工作，从而确认容易进入到混淆状态的计量定义，有效处理计量检定程序内的不确定度表述等对应的问题；最后把计量检定和计量校准做了比较，因为检定这个概念也只是我国独有的，而校准证书因为多方互认协议在其他国家也是可以使用的，是国际认可的，也只有在校准证书中才会对相关数据进行不确定度评定，同时也正是因为校准中测量结果不确定度的提供，可以使得在数据的应用上具有更高的灵活性与准确性。

结语

总之，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。 测量不确定度在计量检定领域有着非常重要的作用，所以规范测量不确定度在计量检定中显得尤为重要，同时对于测量不确定度和误差的概念上也要注意区分，从而更加准确的进行计量检定。

参考文献

1. 郑爱平.浅析力学计量技术标准装置的发展现状[J].黑龙江科技信息，2018(36)：70.

2. 孙瑜 . 计量测量不确定度在 B 超机计量检定中的应用分析 [J].商品与质量·学术观察 ,2014(10):289-289,306.

3. 滕祥瑞.牛乳成分参数的光电检测系统设计及不确定度分析[D].哈尔滨理工大学，2014.

4. 徐志伟.关于数字湿度计测量结果不确定度的分析及改进措施[J].价值工程，2016（10）.

5. 陈雅.测最不确定度的评定中的蒙特卡罗方法[J].电子质量,2012,(1).

6. 王义军.从测量不确定度和误差的理论依据探讨二者的区别和联系[J].甘肃科技纵横,2007,(2).doi:10.3969/j.issn.1672-6375.2007.02.038.