20钢钢板总脱碳层深度测量不确定度的评定

吴凯飞 章芳芳（浙江省特种设备检验研究院，浙江 杭州 310000)

20钢钢板总脱碳层深度测量不确定度的评定

吴凯飞 章芳芳（浙江省特种设备检验研究院，浙江 杭州 310000)

随着当代经济全球化、高新技术的迅猛发展，对各行业实验室检测结果的可靠性要求越来越高，除了要获得检测结果之外，还要求知道检测结果的测量不确定度。测量不确定度就是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。不确定度越小，则测量结果的可疑程度越小，测量结果的水平和质量越高。本文采用综合评定法对20钢钢板总脱碳层深度的测量不确定度来源进行了分析，并且对每个不确定度分量进行了评定，从而得到了最后结果，即可靠的扩展不确定度。

1 概述

测量方法：依据GB/T224-2008《钢的脱碳层深度测定法》。

环境条件：试验温度为22℃，湿度为58%RH。

测量设备：奥林巴斯GX71金相显微镜，川大CIAS-M2000金相图像分析软件，经计量单位检定合格。

检测对象：满足GB/T224-2008要求的20钢钢板试样。

测量过程：根据GB/T224-2008《钢的脱碳层深度测定法》的规定，将样品置于100倍的显微镜下观察，选取具有代表性的5个区域，用川大CIAS-M2000金相图像分析软件对每个区域进行5次测量。按同样的方法，由3人进行测量。

2 建立数学模型

根据GB/T224-2008，综合评定法的数学模型为：

式中，y——输出量，总脱碳层深度测量设备读出值；

x——输入量，总脱碳层深度测定结果。

3 测量不确定度来源的分析

主要来源：由测量重复性引入的测量不确定度分量u1(x)；由金相显微镜放大倍率的不准确性引入的测量不确定度分量u2(x)；由金相显微镜测定系统的分辨力所引入的测量不确定度分量u3(x)；CIAS-M2000软件测量标准尺准确度引入的不确定度分量u4(x)。

4 测量不确定度的评定

4.1 由测量重复性引入的测量不确定度分量u1(x)

对选定的20钢钢板进行总脱碳层深度的测定，选择样品的3个不同的区域共进行了15次测定，由3人进行测量，其结果见表1。

表1 20钢钢板总脱碳层深度的3组测定值

测定的总脱碳层深度平均值为：

式中，xi——总脱碳层深度的第i次测试值，μm；

根据表1数据，分别计算出标准偏差s1，s2和s3，即：

同理，计算出：s2=3.44μm,；s3=4.67μm。

合并样本标准差为：

标准差sj的标准差为：

根据GB/T224-2008标准，观测次数k=5，则u1(x)为：

自由度为：

4.2 由金相显微镜放大倍率的不准确性引入的测量不确定度分量u2(x)

本测定项目中，所使用的奥林巴斯GX71金相显微镜的放大倍率为100倍，由检定证书可知放大倍率的不准确定为± 2.0%，属于正态分布，若置信概率取95%，由总平均值255.04μm作为测定20钢钢板总脱碳层深度的最终结果，则u2(x)为：

4.3 由金相显微镜测定系统的分辨力所引入的测量不确定度分量u3(x)

金相显微镜测定系统的分辨力为0.01μm，属于均匀分布，其所引入的测量不确定度分量u3(x)为：

4.4 CIAS-M2000软件测量标准尺准确度引入的不确定度分量u4(x)

CIAS-M2000软件测量标准尺的准确度（即测量误差）为2μm，由于测量的是放大的图像，所以实际引入的误差按放大倍数缩小，所以误差为≤±0.02μm，属于均匀分布，则u4(x)为：

5 合成标准不确定度的计算

由于各分量间彼此不相关，故合成标准不确定度uc为：

6 扩展不确定度的评定

取k=2，则扩展不确定度为：

根据JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》标准，出具的不确定度报告只允许两位有效数字，故取U=6.3μm。

7 测定结果

20钢钢板总脱碳层深度的测量不确定度报告为：

总脱碳层深度测量值为255.04μm，U=6.3μm，k=2。

其意义是：可以期望在（255.04-6.3）μm至（255.04+6.3）μm的区间，包含了20钢钢板总脱碳层深度测量结果可能值的95%。