力学计量中测量不确定度的应用分析

高红

（盘锦检验检测中心，辽宁 盘锦 124201）

在国际计量领域，对于计量结果，可采用两种表现形式，包括校准示值以及测量不确定度，因此，在我国质量管理和保证体系中，对于不确定度的关注度比较高。力学计量为独立学科，研究范围广泛，通过选择适宜的力学计量仪器进行测量，能够准确表达多种参数，包括硬度、密度等等。在力学研究中，逐渐产生很多新型技术，力学计量仪器和测量方法也逐渐增多，但是在力学计量中，精度差、误差大的问题依然比较常见，因此，继续对力学计量不确定度进行深入探究。

一、力学计量仪器的检定

（一）计量检定概述

在计量过程中，首先需对力学计量仪器设备的使用性能和各项参数进行检查，然后再严格依据相关规范和程序进行计量检定。在获得检测结果后，还需对结果进行全面细致的分析，确保能够满足实验室各项规定和需求。通过开展计量检定，能够对计量仪器的使用性能进行判断分析，在判断合格后，还需出具合格证明。计量检定环节比较多，具体可划分为周期性检定、出厂检定、修后检定等等，在不同检定中所得效果也有所不同。比如，在周期性检定中，需制定检查周期，然后定期进行检定，及时发现问题，而在出厂检定中，需对各类力学仪器设备进行检查，判断是否符合相关标准。

（二）计量检定主要方法

在计量检定中，需采用适宜的检定方法，确保能够顺利完成检定工作，同时保证检定结果的准确性。通常情况下，在计量检定中，可采用整体检定以及部分检定方式，不同检定方法均有一定的应用优势。比如，在整体检定中，应将计量标准中的各项规定作为依据，并对力学计量仪器进行评定分析，在检定完成后即可获得各项参数，能够有效提升检定结果准确性。另外，还应注意，在计量检定中，应适当增加检定次数，并对结果偏差进行修订[1]。

二、测量不确定度在力学测量中应用重要性

在对结果质量等级进行分析时，需对不确定度进行检测，将其作为关键指标。我国社会经济发展迅速，不确定度的应用领域也逐渐增多，在各类证书文件校准过程中均需应用不确定度。另外，校准的应用范围也十分广泛，能够有效发挥技术保障以及分包优势。比如，在设备安装阶段检测过程中，如果无法满足安装标准，则可应用科学合理的校准程序进行调控，在检测和校准过程中，首先需做好完善的准备工作，将实验室标准作为依据。校准应用范围广泛，同时分包方式具有多样性特征，为提高竞争能力，要求实验室加强创新，在评定过程中根据实际需要联合应用多种设备，包括千斤顶、回弹仪等等。

三、测量不确定度在力学测量中的应用研究

（一）测量不确定度的流程

1.建立数学模型。通过创建数学模型，能够有效开展不确定度分析工作，在模型创建过程中，应对测定工作环境进行分析，确定测量对象和关系量之间的关联，对于测量对象，可设定为Y，而对于关系量，则可设定为Xi，二者可应用Y=f(X1、X2、…XN)进行描述。在数学模型分析过程中，应重点考虑不确定度以及各类作用因素，提高测量程序的合理性。对于X1、X2、…XN数值以及Y，可进行整合处理，在获得前者最理想数值X1、X2、…XN后，即可对后者最理想数据Y进行控制，同时，对于Xi的不确定度问题，也应进行合理分析[2]。

2.分析不确定度来源。在不确定度来源分析中，要求以数学模型的实际情况作为基础，在测量对象分析中，要求将影响的多个分量进行有效结合，保证分量的准确性。不确定度来源可能有遗漏，如果没有及时采取有效的处理措施，则如果Y不确定度不足，则随着反复问题的不断出现，不确定度会随之增加。在不确定度来源分析方面，要求对修正数据进行整合处理，并进行全面细致的分析，确保不确定度来源完整性，同时在数据分析中，如果发现部分数据不符合标准，则也应做好处理措施，进而提升数据准确性。

3.设计测量不确定度的A类评定方法。在这一角度分析中，在评定过程中，要求对所有数据进行整体观测，对于不确定度，可设定为u，而对于标准差，则可设定为σ，对于u，可采用观测全部数值的方式形成σ。在此过程中，要求确定被测对象预估值，然后对测定次数以及具体数值进行分析，可设定为n、Xi(i=1，2，…n)，对于平均数值，可设置为，在对测定数值进行计算分析时，可依据公式。要求合理掌握测量后所有数值的不确定度，然后再设定为，再根据以下公式进行计算：。在标准差分析运算中，分析方式比较多，要求根据实际情况选择适宜的分析方式。

4.设计测量不确定度的B类评定方法。从这一角度进行分析，在测定过程中，无需反复测定，并且可采用非统计运算方式，在B类评定方法分析中，可根据以往经验，对于测量对象，可设定为X，在B类评定分析方面，首先需确定X预测值。通过对B类评定信息源头层面进行分析，信息的来源比较多，不仅包括测量设备使用性能，同时还包括与准确度相关的各类参数信息，在B类方差描述分析中，可应用预测方差u(Xi)[3]。

（二）材料试验机示值误差测量结果的不确定度评定

首先，需制定测量方案，并创建测量模型，同时将二者与不确定度进行有效融合。在测量方案制定过程中，要求涉及测量准备工作、测量机制、测量方式等。在测量准备阶段，应确定实验目标，然后再应用专业的试验机，并合理设置外部环境参数，具体包括温度因素、温度指标以及温差变动，对于温度，需控制在10℃～35℃之间，对于温度指标，需控制在80%以内，对于温差变动，需控制在2℃/h 以内。另外，合理设置测量机制，根据实际需要准备测量设备，同时确定测量装置状态。除此以外，还应选择适宜的测量方法，并设定测量程序。在测量位置规划布局方面，应坚持均匀性原则，如果需要增加外部力，则要求和检测位置保持相同，进而提升测量数据准确性。在测量模型创建郭晨高中，应对试验机数据进行分析，并取标准测量仪标准值、3 次示值平均值等等。在具体的计算分析中，对于算术平均值，可设定为F，而对于标准力值，可设定为，对于标准测力仪温度修正系数，可设定为K，对于标准测力仪定度温度，可设定为t0，而对于环境温度，则可设定为t。对于试验机示值误差，可根据 ∆F=F−F[1 +K(t−t0)]进行计算。

（三）千斤顶的不确定度评定

首先，需制定测量方案，并创建测量模型，同时将二者与不确定度进行有效融合。在测量方案制定过程中，要求涉及测量准备工作、测量实验原理、测量方式等。在准备过程中，应选择液压装置，同时，还应确定桩基础检测误差以及结构项目检测误差，对于桩基础检测误差，需控制在3%以内，而对于结构检测误差，应控制在2%以内，同时，对于检测装置外部环境，也应采取有效的控制措施，将环境温度控制在5℃～35℃之间。对千斤顶油管和压力表运行 情况进行检查，并与标准器进行连接，为了提高外部荷载，应启动油泵，然后对指示器运行参数进行观察和校准，保证数值准确性。在测量模型创建过程中，对于标准测量仪标准力，可设定为F，对于校准方程斜率，可设定为b，对于压力修正值，可设定为a，在计算分析中，可参考液压千斤顶调整公式：Pe=bF+a。在不确定度评定分析过程中，应仔细观察千斤顶压力表，然后对检验程序进行优化调整，对误差进行有效控制，保证压力表准确性[4]。

（四）混凝土回弹仪率定值测量结果不确定度评定

在这一评定过程中，首先需选择适宜的测量方法和模型，然后再应用专业回弹仪检测设备，再对回弹仪率数值开展试验分析。在具体的试验操作过程中，可按照4个方向进行试验，并确定杆装置旋转角度，一般可设定为90°左右，在选择适宜的数值后，即可做好记录，在此过程中，对于数字回弹仪率定值的每次测量示值以及标准钢钻率定值，需进行整合分析，并分别设置为iL和L，并根据公式进行计算，在上述公式中，0L指的是弹击锤弹回距离。在回弹仪率定值不确定度评定分析中，可采用A类方式或者B类方式。

四、测量不确定度在工程力学应用中相关问题的研究

（一）有关测量不确定度评定中数据的有效数字

在数值分析中，很多数字为近似数，包括循环小数、不循环小数等等。在不确定度测量过程中，显示设备分辨数据应为整数倍，以保证数值计算合理性。在实验完成后，如果所得结果为不确定度，则首先需确定不确定度范围，然后再对数值进行逐个分析，最后确定结论范围。

（二）数据的修约规则

在数值修约中，首先需确定需修约的数字，然后根据实际需要保留位数，然后对其他数位进行计算，要求选择适宜的修约数替代。

（三）近似数的运算

在近似数运算中，如果数据数量在10 个以内，可采用加减法进行计算，计算方式简单。另外，还可采用乘除法进行计算，在近似数运算中，将数字比较少的近似数作为依据，而对于其他数字的有效位，可保留一位。

总结

综上所述，本文主要对测量不确定度在力学计量中的应用方式进行了详细探究。在本次研究中，选择试验机示值误差、千斤顶以及回弹率进行分析，在测量不确定度的实际应用中，需制定完善的测量方案，并创建测量模型，然后对不确定度进行评定分析。