力学计量中测量不确定度的应用分析

报告都应当包括测量不确定度的信息数据，以便客户能够准确的判断计量机构测量结果的精确性、可靠性以及分析检测技术人员的专业水平。测量的不确定度指的是一个表征合理地赋予被测量值的分散性与测量结果相联系的参数。测量不确定度的评判有助于判断样品数据的准确性、全面的评定整个分析检测过程中的科学性以及分析检测方法和流程，是保障分析检测数据准确性的重要因素，也是体现分析检测中心工作科学性和精确性的体现。

2测量不确定度在力学计量中的应用

力学是计量学最早开展的领域之一，是科研人员研究力学利用、应用力学技术的重要基础保障。力学计量通常包括了质量、密度、容量、压力、真空度、硬度、彎曲度、振动、流量等能够表征物质材料机械能和硬度的计量参数。力学计量技术经过十几年的发展，自动化技术、信息数字化技术、图像处理技术、观点技术、图像现实技术、智能化技术已经广泛的应用于力学计量当中。

拉力、压力和万能试验机是测量塑料管材、管道材质、高分子树脂、防水材料、电线电缆、金属线等材料各项力学性能参数的重要仪器。在压力试验机的测量试验中，笔者对其测量不确定度计算过程进行梳理。

1、前期准备

试验使用的仪器是型号为TYS-2000的Ⅰ级准确度数字式压力试验机，根据JJG139-2014计量规程要求，试验的环境控制要求如下：温度10-35℃、温度波动幅度小于2℃、空气湿度小于80%。标准测力仪器型号为0.3级的LC-3/2MN，相对扩展不确定度为0.061%。

2、测量模型

测量方程为：

其中， 为试验机的显示值误差;F为标准测力仪上的标准力值; 为试验机三次示值的平均值;K为标准测力仪的温度校正因子;t为标准测力仪工作环境温度;t0为标准测力仪工作温度。

3、不确定度评定

（1） 引入的标准不确定度 评定

对于本型号试验机，选择1000作为测量点，连续测量10次，得到数据分别为：1001.0、1001.1、1000.4、10001.2、1000.3、1000.4、1000.7、1000.7、10001.0、1000.08。

计算算出平均值

单次试验标准方差

相同测试参数、环境下，连续测量3次，将3次测量得到的 作为测量结果，得到：

（2）F引入的标准不确定度 评定

F引入的标准不确定度取决于标准测量仪的不稳定性所引起的。根据试验准备描述，标准测力仪去准确度登记为0.3级，在区间内满足正态分布函数。因此，在测量点为1000kN时，F引入的标准不确定度为：

其中，k为包含因子，数值为2.58。

（3）t引入的标准不确定度 评定

t引入的标准不确定度是由于仪器测量时外界环境温度变化所引起的，根据仪器使用要求，外界环境温度波动幅度小于2℃，对应的标准不确定度为：

（4）标准测力仪的温度校正因子K引入的标准不确定度 评定

标准测力仪的温度校正因子K引入的标准不确定度是由于仪器修正而产生的不确定度，a取值为0.00005/℃，K值仍然按照均匀分布取值 ，则对应的标准不确定度为：

（4）合成评定的标准不确定度

首先计算各个参量的灵敏度，有偏微分求导得到：

因此合成的评定的不确定度为：

（5）扩展不确定度评定

根据测量实验原则，去置信概率P=95%、自由度V=60，则扩展不确定度计算为：

相对扩展不确定度为：

（6）扩展不确定度报告形式

根据标准计量规程JJG139-2014规定，使用准确度登记为Ⅰ级的试验机测量1000kN参考值是，测量结果的相对扩展不确定度为：

利用上述力学计量测量结果不确定度的计算过程，研究人员可开展洛氏硬度计示值误差测量、千斤顶一元线性回归方程的斜率与截距计算、扭矩扳子示值误差测量、回弹仪率定值测量等力学计量结果的不确定度评定工作。

3 结语

综上所述，准确的计算各个力学计量实验结果的测量不准确度能够更加精确的描述材料的力学性能、机械性能等。对调整仪器参数、检测产品性能、产品质量升级具有重要意义。

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（作者单位：贵州航天计量测试技术研究所）

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