钢卷尺示值误差测量结果的不确定度评定

刘璐

摘 要：在测量过程中，钢卷尺的主要使用目的是对物体的长度以及空间距离进行测量，在实际测量过程中，钢卷尺的测量准确性直接影响测量工作的完成质量，进而影响工程的设计计算和施工。在测量中，测量结果的真值难以获得，因此，在测量之前，技术人员要对钢卷尺测量中的结果分散性进行量化描述，即对测量结果的不确定性进行说明。测量的不确定性是指测量中测量结果分布在一定区域内的数值，量化不确定度对于提升测量准确性有很大的影响。

关键词：钢卷尺；示值误差；测量不确定度

引言：在使用钢卷尺进行测量的过程中，可能造成测量误差的主要因素包括测量时的人眼误差、钢卷尺的变形、钢卷尺的本身误差以及重复测量造成的不确定度分量。为了提升测量结果的准确性，在设计中对测量结果的不确定度进行评定是必要对策。

一、实验概述

为了提升钢卷尺的测量经确定，在进行测量之前，技术人员需要对钢卷尺的不确定度进行评定。一般测量过程按照国家钢卷尺检定规程进行，以便于保证测量过程的规范性。同时为了避免环境因素造成卷尺变形，影响测量结果，一般会将实验环境设定为温度在20摄氏度左右，相对湿度在75%之下，保证卷尺的结构。不同测量等级的卷尺的示值误差允许值存在差异，在本文的实验过程中通过对5m钢卷尺进行实验，进而获得不同规格钢卷尺的示值误差以及测量不确定度。

通过检定被认为合格的衡器，在使用过程之中其误差会逐渐变化，逐渐增的测量误差会影响计量检定过程的精确度，因此，为了检测的准确，国际法制计量组织要求定期对卡尺的精确度进行检测，并进行校正，使用过程之中最大允许误差可以放宽为首次检定的两倍。由于当前的测量和检定标准之中并未针对钢卷尺的测量不确定度来源的分析过程和计算过程进行规定，使得测量人员在日常工作之中的测量过程往往存在误差。

在钢卷尺的误差测量过程之中，其示值误差的分析应当根据国家对于误差的标准来进行。在测量之中为了保证准确性应当使用三级或是五等以上的测量块进行检定过程。实验的进行过程之中为了测量效率一般会选择多个检定点来进行测量，在检定点的选定上，实验人员可以根据钢卷尺的实际测量范围来进行检定点的确定。在测量过程中，实验人员会将装有拉环等结构的钢卷尺在检定台上进行平铺，使用机械设备进行拉力的施加，并在这个过程中将实验卷尺和I级的标准钢卷尺进行比较，并读出两者的误差值。在满足这一误差值的前提之下，不同规格的钢卷尺可以直接使用的本文中的不确定度。

在检测过程之中，环境的变化会对检定的准确度造成影响。因此，在检测之中，實验环境的温度和湿度要满足国家计量检定规程的规定，在检测之中，要保证实验环境的稳定，不会由于环境之中的振动、气流和磁场等因素的影响，保证工作检测平台的平整和稳固，提高检定的准确度。工作台在选择上尽量选择具有一定刚度和防震抗震效果的平台，避免晃动等情况的影响。同时，钢卷尺作为较为精密的计量仪器，在其保存过程之中要注意一些因素的影响，卡尺在检定场所之中的存放时间会对其测量精确度造成影响，在检测之前，针对参与检测的卡尺，其要开箱存放至少24小时，使得结构之中的机械部件达到一定的平衡状态，保证卡尺内部的机械结构和室内温度相适应，提高检定精度。在检验之中，计量器具的鉴定和质量检验是保证计量器具实验信息正确程度的必要方法。通常在现代的产品质量检验过程之中，对计量鉴定仪器的检验要依照实验规范为依据进行。首先，要确定实验计量仪器的外观和性能等是否符合实验的要求。在一般的计量工作之中，计量规程之中的内容主要是对计量器具功能的概述、器具计量工作的性能要求、使用技术和熟练读要求、适合使用的鉴定条件、项目和实验方法，针对计量器具的鉴定特性来看，实验规范主要是针对不同的产品检测方法来给出器具的性能特性。

二、数学模型

在本文的实验中将实验钢卷尺在标准尺上所对应的读数偏差值作为钢卷尺的示值误差值，两者分别记为Δe与ΔL，即实验中使用的数学模型为：

ΔL=Δe

三、钢卷尺的输入量Δe的实验评定

在实际测量过程中，造成测量输入量Δe的原因主要包括在测量中重复性引起的标准不确定度分量u（Δe1 ）；在测量之前，实验人员在对钢卷尺进行校准时，由于人眼的观测误差造成的标准不确定度分量u（Δe2）；测量中标准钢卷尺测量示值误差引起的不确定度分量u（Δe3）；测量中由于钢卷尺额拉力误差造成的不确定度分量u（Δe4）；测量环境温度高于钢卷尺的标准温度时会造成卷尺的变形，进而引起测量中的不确定度分量u（Δ e5）。

1、测量重复性引起的标准不确定度分量的评定

在测量过程中，实验人员会将所使用的钢卷尺放置在检定台上进行测量，测量中，实验人员会通过增加标准砝码的方式来改变对钢卷尺的拉力，使其保持和标准钢卷尺的平衡，保证两钢卷尺的零刻度对齐，并记录两卷尺在5000mm处的刻度偏差，这一偏差即为示值误差。校准过程中由于人眼观测误差造成的标准不确定度分量

2、标准钢卷尺的示值误差造成的不确定度u（Δe3）的评定

在针对这一示值误差的测量中，实验人员一般使用B类方法进行评定，我国的钢卷尺检定规程之中规定的最大允许示值误差为+（0.02+0.02L）mm，不确定度分量服从正态分布，因此其包含因子k=3，本实验中钢卷尺的长度为L=5m，可以得到不确定度分量为：

u（Δe3 ）= 0.04mm

3、拉力误差造成的标准不确定度分量u（Δe4）的评定

在测量过程中，对拉力误差的影响因素包括钢卷尺的长度、钢卷尺的拉力偏差、弹性系数以及钢卷尺的横截面积，计算公式如下：

，单位为mm。经过计算可以得出拉力误差为

Lmm。通过计算可以得出拉力误差造成的标准不确定度分量为u（Δe4）=0.004mm。

四、不确定度的评定

取置信概率 p =95 %， 按有效自由度 γeff为 100 ， 查 t分布表得 kp值L =5m 时 ， kp =1.984 ， U95 =1.984 ×0.058 =0.12mm由于被检钢卷尺规格不同 ，当长度大于 5m 时， 则应分段进行测量 ，如 50m 钢卷尺则应分 10 段， 故不确定度评定时 ， u（Δe1）为 5m 钢卷尺 u（Δe1）的 10 倍；u（Δe2）为5m 钢卷尺 u（Δe2）的 10倍；u（Δe3）为 5m 钢卷尺 u（Δe3）的10 倍；u（Δe4）为 5m 钢卷尺 u（Δe4）的 10倍；u（Δe5）为 5m钢卷尺 u（Δe5）的 10 倍；u（Δe6）为 5m 钢卷尺 u（Δe6）的 10倍；u（Δe7）为 5m 钢卷尺 u（Δe7）的10 倍。

参考文献：

[1]张伟楠.任意段钢卷尺示值误差测量结果的不确定度评定[J].价值工程，2013（16）：313-314.

[2]苗红梅，黄文虎.钢卷尺示值误差测量结果的不确定度评定[J].工业计量，2013（S1）：132-133.

[3]方丽莉.钢卷尺示值误差测量结果的不确定度评定[J].科技经济导刊，2016（26）：7-8.

[4]公丕剑.采用比较测量法校准钢卷尺的测量结果不确定度评定[J].河南科技，2013（13）：37-38.