力學計量中測量不確定度的應用分析

高紅

（盤錦檢驗檢測中心，遼寧 盤錦 124201）

在國際計量領域，對于計量結果，可采用兩種表現(xiàn)形式，包括校準示值以及測量不確定度，因此，在我國質量管理和保證體系中，對于不確定度的關注度比較高。力學計量為獨立學科，研究范圍廣泛，通過選擇適宜的力學計量儀器進行測量，能夠準確表達多種參數(shù)，包括硬度、密度等等。在力學研究中，逐漸產(chǎn)生很多新型技術，力學計量儀器和測量方法也逐漸增多，但是在力學計量中，精度差、誤差大的問題依然比較常見，因此，繼續(xù)對力學計量不確定度進行深入探究。

一、力學計量儀器的檢定

（一）計量檢定概述

在計量過程中，首先需對力學計量儀器設備的使用性能和各項參數(shù)進行檢查，然后再嚴格依據(jù)相關規(guī)范和程序進行計量檢定。在獲得檢測結果后，還需對結果進行全面細致的分析，確保能夠滿足實驗室各項規(guī)定和需求。通過開展計量檢定，能夠對計量儀器的使用性能進行判斷分析，在判斷合格后，還需出具合格證明。計量檢定環(huán)節(jié)比較多，具體可劃分為周期性檢定、出廠檢定、修后檢定等等，在不同檢定中所得效果也有所不同。比如，在周期性檢定中，需制定檢查周期，然后定期進行檢定，及時發(fā)現(xiàn)問題，而在出廠檢定中，需對各類力學儀器設備進行檢查，判斷是否符合相關標準。

（二）計量檢定主要方法

在計量檢定中，需采用適宜的檢定方法，確保能夠順利完成檢定工作，同時保證檢定結果的準確性。通常情況下，在計量檢定中，可采用整體檢定以及部分檢定方式，不同檢定方法均有一定的應用優(yōu)勢。比如，在整體檢定中，應將計量標準中的各項規(guī)定作為依據(jù)，并對力學計量儀器進行評定分析，在檢定完成后即可獲得各項參數(shù)，能夠有效提升檢定結果準確性。另外，還應注意，在計量檢定中，應適當增加檢定次數(shù)，并對結果偏差進行修訂[1]。

二、測量不確定度在力學測量中應用重要性

在對結果質量等級進行分析時，需對不確定度進行檢測，將其作為關鍵指標。我國社會經(jīng)濟發(fā)展迅速，不確定度的應用領域也逐漸增多，在各類證書文件校準過程中均需應用不確定度。另外，校準的應用范圍也十分廣泛，能夠有效發(fā)揮技術保障以及分包優(yōu)勢。比如，在設備安裝階段檢測過程中，如果無法滿足安裝標準，則可應用科學合理的校準程序進行調控，在檢測和校準過程中，首先需做好完善的準備工作，將實驗室標準作為依據(jù)。校準應用范圍廣泛，同時分包方式具有多樣性特征，為提高競爭能力，要求實驗室加強創(chuàng)新，在評定過程中根據(jù)實際需要聯(lián)合應用多種設備，包括千斤頂、回彈儀等等。

三、測量不確定度在力學測量中的應用研究

（一）測量不確定度的流程

1.建立數(shù)學模型。通過創(chuàng)建數(shù)學模型，能夠有效開展不確定度分析工作，在模型創(chuàng)建過程中，應對測定工作環(huán)境進行分析，確定測量對象和關系量之間的關聯(lián)，對于測量對象，可設定為Y，而對于關系量，則可設定為Xi，二者可應用Y=f(X1、X2、…XN)進行描述。在數(shù)學模型分析過程中，應重點考慮不確定度以及各類作用因素，提高測量程序的合理性。對于X1、X2、…XN數(shù)值以及Y，可進行整合處理，在獲得前者最理想數(shù)值X1、X2、…XN后，即可對后者最理想數(shù)據(jù)Y進行控制，同時，對于Xi的不確定度問題，也應進行合理分析[2]。

2.分析不確定度來源。在不確定度來源分析中，要求以數(shù)學模型的實際情況作為基礎，在測量對象分析中，要求將影響的多個分量進行有效結合，保證分量的準確性。不確定度來源可能有遺漏，如果沒有及時采取有效的處理措施，則如果Y不確定度不足，則隨著反復問題的不斷出現(xiàn)，不確定度會隨之增加。在不確定度來源分析方面，要求對修正數(shù)據(jù)進行整合處理，并進行全面細致的分析，確保不確定度來源完整性，同時在數(shù)據(jù)分析中，如果發(fā)現(xiàn)部分數(shù)據(jù)不符合標準，則也應做好處理措施，進而提升數(shù)據(jù)準確性。

3.設計測量不確定度的A類評定方法。在這一角度分析中，在評定過程中，要求對所有數(shù)據(jù)進行整體觀測，對于不確定度，可設定為u，而對于標準差，則可設定為σ，對于u，可采用觀測全部數(shù)值的方式形成σ。在此過程中，要求確定被測對象預估值，然后對測定次數(shù)以及具體數(shù)值進行分析，可設定為n、Xi(i=1，2，…n)，對于平均數(shù)值，可設置為，在對測定數(shù)值進行計算分析時，可依據(jù)公式。要求合理掌握測量后所有數(shù)值的不確定度，然后再設定為，再根據(jù)以下公式進行計算：。在標準差分析運算中，分析方式比較多，要求根據(jù)實際情況選擇適宜的分析方式。

4.設計測量不確定度的B類評定方法。從這一角度進行分析，在測定過程中，無需反復測定，并且可采用非統(tǒng)計運算方式，在B類評定方法分析中，可根據(jù)以往經(jīng)驗，對于測量對象，可設定為X，在B類評定分析方面，首先需確定X預測值。通過對B類評定信息源頭層面進行分析，信息的來源比較多，不僅包括測量設備使用性能，同時還包括與準確度相關的各類參數(shù)信息，在B類方差描述分析中，可應用預測方差u(Xi)[3]。

（二）材料試驗機示值誤差測量結果的不確定度評定

首先，需制定測量方案，并創(chuàng)建測量模型，同時將二者與不確定度進行有效融合。在測量方案制定過程中，要求涉及測量準備工作、測量機制、測量方式等。在測量準備階段，應確定實驗目標，然后再應用專業(yè)的試驗機，并合理設置外部環(huán)境參數(shù)，具體包括溫度因素、溫度指標以及溫差變動，對于溫度，需控制在10℃～35℃之間，對于溫度指標，需控制在80%以內(nèi)，對于溫差變動，需控制在2℃/h 以內(nèi)。另外，合理設置測量機制，根據(jù)實際需要準備測量設備，同時確定測量裝置狀態(tài)。除此以外，還應選擇適宜的測量方法，并設定測量程序。在測量位置規(guī)劃布局方面，應堅持均勻性原則，如果需要增加外部力，則要求和檢測位置保持相同，進而提升測量數(shù)據(jù)準確性。在測量模型創(chuàng)建郭晨高中，應對試驗機數(shù)據(jù)進行分析，并取標準測量儀標準值、3 次示值平均值等等。在具體的計算分析中，對于算術平均值，可設定為F，而對于標準力值，可設定為，對于標準測力儀溫度修正系數(shù)，可設定為K，對于標準測力儀定度溫度，可設定為t0，而對于環(huán)境溫度，則可設定為t。對于試驗機示值誤差，可根據(jù) ?F=F?F[1 +K(t?t0)]進行計算。

（三）千斤頂?shù)牟淮_定度評定

首先，需制定測量方案，并創(chuàng)建測量模型，同時將二者與不確定度進行有效融合。在測量方案制定過程中，要求涉及測量準備工作、測量實驗原理、測量方式等。在準備過程中，應選擇液壓裝置，同時，還應確定樁基礎檢測誤差以及結構項目檢測誤差，對于樁基礎檢測誤差，需控制在3%以內(nèi)，而對于結構檢測誤差，應控制在2%以內(nèi)，同時，對于檢測裝置外部環(huán)境，也應采取有效的控制措施，將環(huán)境溫度控制在5℃～35℃之間。對千斤頂油管和壓力表運行 情況進行檢查，并與標準器進行連接，為了提高外部荷載，應啟動油泵，然后對指示器運行參數(shù)進行觀察和校準，保證數(shù)值準確性。在測量模型創(chuàng)建過程中，對于標準測量儀標準力，可設定為F，對于校準方程斜率，可設定為b，對于壓力修正值，可設定為a，在計算分析中，可參考液壓千斤頂調整公式：Pe=bF+a。在不確定度評定分析過程中，應仔細觀察千斤頂壓力表，然后對檢驗程序進行優(yōu)化調整，對誤差進行有效控制，保證壓力表準確性[4]。

（四）混凝土回彈儀率定值測量結果不確定度評定

在這一評定過程中，首先需選擇適宜的測量方法和模型，然后再應用專業(yè)回彈儀檢測設備，再對回彈儀率數(shù)值開展試驗分析。在具體的試驗操作過程中，可按照4個方向進行試驗，并確定桿裝置旋轉角度，一般可設定為90°左右，在選擇適宜的數(shù)值后，即可做好記錄，在此過程中，對于數(shù)字回彈儀率定值的每次測量示值以及標準鋼鉆率定值，需進行整合分析，并分別設置為iL和L，并根據(jù)公式進行計算，在上述公式中，0L指的是彈擊錘彈回距離。在回彈儀率定值不確定度評定分析中，可采用A類方式或者B類方式。

四、測量不確定度在工程力學應用中相關問題的研究

（一）有關測量不確定度評定中數(shù)據(jù)的有效數(shù)字

在數(shù)值分析中，很多數(shù)字為近似數(shù)，包括循環(huán)小數(shù)、不循環(huán)小數(shù)等等。在不確定度測量過程中，顯示設備分辨數(shù)據(jù)應為整數(shù)倍，以保證數(shù)值計算合理性。在實驗完成后，如果所得結果為不確定度，則首先需確定不確定度范圍，然后再對數(shù)值進行逐個分析，最后確定結論范圍。

（二）數(shù)據(jù)的修約規(guī)則

在數(shù)值修約中，首先需確定需修約的數(shù)字，然后根據(jù)實際需要保留位數(shù)，然后對其他數(shù)位進行計算，要求選擇適宜的修約數(shù)替代。

（三）近似數(shù)的運算

在近似數(shù)運算中，如果數(shù)據(jù)數(shù)量在10 個以內(nèi)，可采用加減法進行計算，計算方式簡單。另外，還可采用乘除法進行計算，在近似數(shù)運算中，將數(shù)字比較少的近似數(shù)作為依據(jù)，而對于其他數(shù)字的有效位，可保留一位。

總結

綜上所述，本文主要對測量不確定度在力學計量中的應用方式進行了詳細探究。在本次研究中，選擇試驗機示值誤差、千斤頂以及回彈率進行分析，在測量不確定度的實際應用中，需制定完善的測量方案，并創(chuàng)建測量模型，然后對不確定度進行評定分析。