基于船用救生衣浮力測量不確定度評估分析

摘要：救生衣浮力是救生衣質量是否合格的重要參數指標，所以檢測結果的可靠性及其重要。本文闡述了不確定度的發展和內容，分析了在救生衣浮力檢測過程中主要的影響因素，量化不確定度分量，計算合成不確定度以及擴展不確定度。試驗測量不確定度為0.2269。置信區間為95%的擴展不確定度為0.4538，可為樣品的檢測提供參考。

關鍵詞：救生衣浮力；不確定度；評估

近年來，漁業作業生產安全頗受社會各界關注。據統計，我國漁船船員每10萬人死亡近160人 [1]，人員落水后死亡占漁民死亡總數的46.0%。因此，救生衣作為漁船用主要救生裝備之一，是海難事故發生后漁民最直接、最迅速的自救工作。救生衣的質量直接影響成施救成功率，而浮力作為救生衣性能指標中最為重要的參數指標決定了產品是否合格[2]。為了得到更為可靠的救生衣浮力檢測結果，本文作者在多年工作經驗的基礎上，通過對浮力檢測過程的分析，找出其不確定度來源，建立救生衣浮力檢測的不確定度分析方法，以便如實反映檢測的準確度，找出減少不確定度的有效途徑。

1 不確定度的發展和內容

測量不確定度是測量技術的重要概念，是保證檢測質量的重要要素，由美國計量專家埃森哈特于1963年提出[3]。測量不確定度表明了測量結果的可信賴程度。不確定度來源大多來自以下幾個方面：1）標準結果的不確定度或誤差；2）儀器設備本身的誤差；3）操作人員對檢測結果的影響；4）環境對檢測結果的影響；5）重復測量引入的數據離散型[4]。而不確定根據獲得方式的不同，分為A類評定以及B類評定。A類評定是符合統計規律的，而B類評定則是依據經驗、資料或者其他信息進行分析評估，并用假定的概率分布估計的標準偏差表征[5]。

2 不確定度分析

試驗儀器方法、設備

（1）試驗方法。

試驗依據國家標準《GB 43032008 船用救生衣》[6]標準中“浮力測量的試驗方法”進行。將救生衣剛好浸沒在淡水水面以下，分別測量在浸入時及浸入24h后的浮力。

（2）試驗流程。

取一件救生衣樣品，分別記錄浸入時及浸入24h后的浮力，重復10次。

（3）數學模型。

救生衣浮力的數學模型：W =W2W1

式中：W為救生衣浮力，W1為救生衣浸入時浮力，W2為救生衣浸入24h后浮力。

（4）設備。

試驗使用青島偉創科技公司生產的FGJ50型數顯推拉力計（測力儀），該儀器的測量范圍為0～50kg，測量精度為0.5級。

3 不確定度分量的識別和判定

3.1 不確定度分量的識別

根據分析，試驗中不確定度主要來自3方面：（1）儀器設備誤差；（2）重復測量誤差；（3）人員間誤差。

3.2 不確定度分量的評定

（1）儀器設備誤差。

試驗測量用的數顯推拉力計，經計量其稱量精度為0.5級，稱量誤差為±0.25kg，可視為正態分布，則其標準不確定度為：UW=025[]3=0.144kg

（2）重復測量誤差。

同一操作人員使用該儀器設備對同一樣品進行10次測量，測量結果如下：

（3）人員誤差。

同一實驗室不同操作人員的操作也有可能會引入誤差。試驗中安排3名操作人員對同一樣品進行反復3次測量，進行誤差計算。

從表2得知，不同操作人員引起的測量標準偏差為0.0128kg。

3.3 測量總不確定度和擴展不確定度

（1）總不確定度。

由于分析在測量過程中，不確定度因素主要來源是儀器設備誤差、重復測量誤差以及人員誤差。分析試驗過程中救生衣浮力測量不確定度因素來源及其量見表3。

（2）擴展不確定度。

取置信概率為95%包含因子k=2。其擴展不確定度為：μrel95%=k×Urel=04538

4 不確定度報告

本文通過對救生衣浮力檢測中不確定度的分析，得到置信區間為95%的相對擴展不確定度為Urel95%為0.4538。在分析過程中發現，試驗中較大誤差來自于儀器設備本身的誤差，因此在日常工作中應加強對檢測用儀器的維護和保養。同時需要加大對人員的培訓，統一操作方法，以期獲得更加可靠可信的數據。測量不確定度作為國際上通過的做法，是避免因測量方法和測量條件不同影響測量結果的有效手段之一，也可以充分地證明測量結果的可靠性，更好地為產品的市場準入把好關，推進產品質量的提升。

參考文獻：

[1]張祝利，顧海濤.我國漁船用救生設備行業及質量現狀分析[J].農業質量標準，2009（5）：2427.

[2]何雅萍、顧海濤、王瑋.漁船救生設備標準體系研究[J].中國漁業質量與標準，2013（2）：2935.

[3]JJF10591999測量不確定度評定與表示.中國質量技術監督局.北京：計量出版社，2000.

[4]邱鳴霞.測量不確定度的分析及應用[J].計量與測試技術，2016（43）：8082.

[5]王寧.不確定度與誤差的探討[J].計量與測試技術，2016（2）：5152.

[6]中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫局，中國國家標準化管理委員會.GB 43032088 船用救生衣[S].北京：中國標準出版社，2009.

作者簡介：牛俊（1979），男，武漢人，本科，工程師，主要研究方向：救生設備。