力學計量中測量不確定度的應(yīng)用與研究

王家豪

在我們國家日益繁榮昌盛，科學技術(shù)不斷創(chuàng)新的背景下，力學計量技術(shù)得到改進和優(yōu)化，計量標準體系也正在逐步完善。

力學計量;測量不確定度;應(yīng)用

1測量不確定度的含義

我們文章所闡述的測量不確定度指的是“表征合理地賦予被測量之值的分散性，與測量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)”。通常測量結(jié)果能否加以使用會用測量誤差來衡量，但是測量誤差只能表現(xiàn)出測量的短期質(zhì)量。而對于測量結(jié)果是否能夠保持穩(wěn)定一致就需要用測量不確定度來進行衡量。測量不確定度意為對測量結(jié)果正確性或準確性、有效性的可疑程度，它是合理地表征被測量值或其誤差分散程度的一個參數(shù)，是表達測量結(jié)果質(zhì)量優(yōu)劣的一個指標。具體的測量和分析工作程序為：（1）標準不確定度也就是通過標準差的形式對所得結(jié)果進行表達和描述。（2）相對標準不確定度其指的是相關(guān)不確定度跟對應(yīng)數(shù)值之間的比較參數(shù)，一般結(jié)合百分比進行表達。（3）合成標準不確定度當檢測獲得的結(jié)果通過一定數(shù)目的量數(shù)值進行運算獲得時，按照其他量的方差等參數(shù)進行運算而形成的不確定度即為合成標準。其是檢測結(jié)果誤差的預(yù)測數(shù)值，跟實際數(shù)值之間往往存在一定偏差，通常借助符號uc進行描述。方差為標準差相乘所得結(jié)果，而協(xié)方差為關(guān)聯(lián)性帶來的方差。結(jié)合協(xié)方差的概念來分析，會讓不確定度更為顯著。在這種情形下得到的不確定度依然是偏差的形式，其結(jié)果參數(shù)意味著測定結(jié)果的分散特征。運用的合成手段，一般被人們叫做不確定傳播率，該領(lǐng)域運用的系數(shù)就是人們常說的靈敏系數(shù)，借助Ci進行描述。此時對于不確定測定獲得的結(jié)果就是有效自由度，人們常常借助uc進行描述，其指代的是最終結(jié)果的穩(wěn)定性和可靠性。（4）擴展不確定度其概念為確定檢測結(jié)果范圍的量，科學賦予被測對象數(shù)值分布的一般情形都出現(xiàn)在該范圍內(nèi)，少數(shù)情形下人們也叫做范圍不確定度。這種不確定度結(jié)果一般是通過合成標準的相應(yīng)倍數(shù)進行描述，更多的都是運用符號U進行描述：此時不確定度跟對應(yīng)因子k的相乘所得結(jié)果即為整體不確定度（記錄成U）。此時的k值通常取2，偶爾取3。需要結(jié)合被測對象的重要程度、效益等進行考慮。它提供了范圍能夠含有的被測定可能性數(shù)值的絕大方面（例如95%或99%）。有時也被叫做伸展不確定度等，其設(shè)定了檢測結(jié)果取值范圍的半寬度，該范圍含有了科學賦予被測對象數(shù)值分布中的絕大方面。能夠運用兩類不同手段進行描述，其一為借助標準差倍數(shù)的形式進行描述，也就是合成不確定度跟對應(yīng)因子進行相乘。另一種為按照掌握的置信可能性水平等來明確該參數(shù)。

2力學計量裝置發(fā)展概況

2.1杠桿式力標準機

借助利用不等臂杠桿系統(tǒng)，可以把已知砝碼的重力放大而得到標準力值，然后在被檢定的測力儀上可以平穩(wěn)的施加。其所復(fù)現(xiàn)的力值F可表達為：F=kmg（1-ρa/ρw）。該標準機對于力學數(shù)值的檢測需要借助杠桿原理，通過標準杠桿的設(shè)置，可以實現(xiàn)對力學數(shù)值的檢測，在實際應(yīng)用中操作簡單，極易實現(xiàn)檢測。然而，在杠桿原理的限制下，檢測精度不高。

2.2傳感器裝置

傳感器裝置中融入了先進的現(xiàn)代化技術(shù)，標準裝置的控制系統(tǒng)中安裝了傳感器，在計量測試的時候主要結(jié)合的是物體質(zhì)量對傳感器的彈性力，用變形的數(shù)值來衡量傳感器的變化值，這樣就能獲取信號數(shù)據(jù)，最終明確質(zhì)量標量。在這個過程中，還可以用砝碼來做質(zhì)量計量，但是計量的準確性并不是完全取決于砝碼，還與其他因素有關(guān)。在質(zhì)量計量的過程中，常常會使用一種壓力傳感裝置，在操作的時候壓力是不斷變化的，通過壓力來計量測試質(zhì)量。壓力傳感標準裝置的計量誤差為2乘以10的負四次方。

2.3靜重式標準機

靜重式標準機主要是讓具體的數(shù)據(jù)砝碼動力當作標準力值，再通過相應(yīng)的機構(gòu)或已經(jīng)編程完成的程序把力值實施于測力儀中，此類裝置主要借助靜重力基來實現(xiàn)測量準確性和穩(wěn)定性的提升，能夠?qū)χ亓z測難度實現(xiàn)降低，并保證重力的檢測工作能夠順利的進行，這也是靜重式標準機具有的重要優(yōu)勢。靜重式標準機主要通過直接進行負荷的增加，因此其也被稱作直接加荷標準機，此裝置力值具有不確定性，其不確定性取決砝碼質(zhì)量不確定、裝置安裝地點具有重力的加速度不確定以及砝碼與空氣密度測量的不確定度等，同時其計量的性能還和裝置結(jié)構(gòu)、砝碼穩(wěn)定性以及負荷加卸載的方式等有關(guān)，其力值的不確定度達到了1×10-5。

2.4彈簧裝置

彈簧的彈力比較好，敏感性非常強，彈簧標準裝置充分運用了彈簧的這個屬性，在計量測試的時候利用彈簧元件在受力的狀況下會出現(xiàn)變形，以這個過程中變形數(shù)值大小作為標準，這時計量裝置就能獲取壓力值，從而順利得到計量測試數(shù)值。彈簧裝置計量測試的時候，壓力值的誤差與彈簧元件有著直接關(guān)系，彈簧裝置中經(jīng)常使用的彈性元件兩種，計量誤差也是不相同的，膜片式元件的計量誤差為10kN，波紋管誤差為1kN。彈簧標準裝置計量誤差為1.3乘以10的負四次方。

3力學計量中測量不確定度的應(yīng)用

（1）測量準備。選取一臺型號是TYS-2000，準確度等級是1級的數(shù)字式壓力試驗機作為被測試的對象，根據(jù)《拉力、壓力以及萬能試驗機》（JJG139-2014），外部環(huán)境狀況：溫度（10～35）℃，相對濕度不大于80%，溫度波動情況不大于2℃。選取一臺型號為LC-3/2MN的0.3級標準測力儀，相對擴展不確定度為U 95=0.061%。（2）測量原理。將0.3級標準測力儀放于試驗機的上下受重臺之間，緊接著調(diào)整進油開關(guān)來調(diào)整油缸的活塞速度，使得試驗機對測力儀進行加載，當加載到預(yù)期的測量值的時候，可以得到測力儀顯示儀上所顯示出的數(shù)值和材料試驗機指示器上的數(shù)值，進而能夠得到試驗機在這個測量點的誤差。（3）測量方法。

結(jié)語

通過上述對于測量不確定度評定的介紹以及關(guān)于其應(yīng)用的介紹使我們明白掌握并好好的利用這一技術(shù)是必須的，只有這樣才能為我們國家的發(fā)展起到良好的促進作用。

參考文獻

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[2]鄭愛平.淺析力學計量技術(shù)標準裝置的發(fā)展現(xiàn)狀[J].黑龍江科技信息，2018（36）：70.