试论工程材料的检测与不确定度的分析

摘　要：本文结合工程检测阐述工程测量中不确定度的评定方法与步骤，阐述测量不确定度在工程实践中的应用，提高检测实验室的检测水平，使工程检测数据结果更具可信度。

关键词：测量不确定度、材料检测、数学模型
一、引言
　　出具任何测量结果的同时均应该给出测量结果的不确定度。在国家实验室认可工作中，ISO/IEC17025：1999标准规定，检测实验室应该有能力对所有的检测结果进行不确定度的评定。对测量不确定度评定中，如何建立数学模型，如何分析与计算不确定度分量，非线形数学模型处理，包含因子的取值，以及是否需要计算自由因子等问题，提供一些具体的实用性的解决思路。
一、 测量不确定度
　　测量不确定度评定是评定测量水平的指标，是判定测量结果可信度的依据。测量不确定度定义为测量结果带有的一个参数，用以表征合理赋予被测量的分散性，它是被测量客观值在某一量值范围内的一个评定。不确定度理论将不确定度按照测量数据的性质分类:符合统计规律的称为A类不确定度，而不符合统计规律的统称为B类不确定度。A类评定方法却是计算出测量数据的平均值标准差，B类评定方法需要了解测量仪器、技术资料、测量方法、检定证书等。计量或测量结果可信的程度是需要通过分析和评定来确定的。
    在使用传统方法对误差结果进行评定时，首先因为测量误差是表明测量结果偏离真值的差值，而真值客观存在但人们无法准确得到，所以严格意义上的误差也无法得到。其次在不同的国家、不同的领域或不同的人员对测量误差评定的方法往往各不相同。这些原因导致了不同的测量结果之间缺乏可比性，因此需要用测量不确定度来统一评价测量结果。CNAL结合国际实验室认可活动的需要和中国实施测量不确定度工作的现状，还制定《测量不确定度政策》，其明确指出检测实验室应有能力对工程检测中每一项有数值要求的测量结果进行测量不确定度评定。当不确定度与检测结果的有效性或应用有关、或在用户要求时，或当不确定度影响到规范限度的符合性时，当测试方法中有关规定时和认可委员会有要求时，检测报告必须提供测量结果的不确定度。同时由于被测量的真值，又称被测量之值不可能通过测量得到，借助测量不确定度可以了解到被测量之值在什么范围内，测量不确定度越小，测量结果越可靠。测量不确定度还可以定量说明一个实验室的技术水平程度，所以实验室有必要对工程检测的测量结果不确定度进行评定。检测实验室在实施工程检测测量不确定度评定时常常遇到一些问题，有些问题是共同的。
二、检测实验的原理及模式
　　试验原理。钢筋试件的截面为圆形。拉伸强度以试验过程中最大作用力除以试件的截面积表示。忽略温度和应变率对测量结果的影响。试件直径用千分尺测量。数学模型：找出所有对测量结果有影响的影响量，即所有的测量不确定度来源，再建立满足测量所要求准确度的数学模型。在温度和其他条件不变时，钢筋拉伸强度表示为：式中， Rm—抗拉强度(MPa)； F—试件断裂时的拉力(N) ；S。—试件截面积(mm2)；d—试件直径(mm)。由于上述数学模型存在显著的非线形，所以不确定度传播定律中的所有不确定度全部改用相对不确定度来表示，而不需考虑高阶项。于是，测量不确定度评定的数学模型为u2crel(Rm)=u2rel(F)+4u2rel(d)。测量不确定度的评定步骤。计算各测量不确定度分量，ui(y)直径测量引入的不确定度分量，urel(d)试件标称直径10mm,直径测量不确定度由两部分组成，即千分尺的示值误差导致的不确定度和操作者所引入的测量不确定度。千分尺示值误差导致的不确定度，u1(d)若千分尺的最大允许误差为±3,以均匀分布估计，则：拉力Fm测量所引入的不确定度分量，urel(F)拉力F的测量不确定度来源于仪器校准的不确定度，仪器的测量不确定度和读数不确定度等三方面。仪器校准的不确定度，u1rel(F)若仪器校准的不确定度为U95=0.2%，于是标准不确定度为：读数的不确定度，u3rel(F)以满刻度为200KN，分度值为0.5KN的指针式仪表为例，若可以估读到五分之一分度，即0.1KN，依相对值估计为0.05%。
三、测量不确定度理解上偏差
　　根据JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》，测量不确定度定义为表征合理地赋予被测量之值的分散性，与测量结果相联系的参数。测量不确定度过去往往在计量和校准部门使用，检测实验室从未接触过，常存在概念不清，认识不足的问题。其中合理一词译自reasonbly，是指合理地对被测量进行测量。这些测量所得出的结果表明产生的分散性。怎样算合理，即在统计控制状态下的测量。分散性，一词译自dispersion，指测量结果的分散性，分散性的物理概念为一个量值区间，即测量结果在这个区间出现，而不是一个定值。相联系一词译自associatedwith，测量不确定度是和测量结果一起，用来表明在给定条件下对被测量进行测量时，测量结果可能出现的区问。只有理解了定义，才能更好地认识测量不确定度与测量误差的区别，过去常使用误差这个概念，测量误差是测量结果减去真值，针对某个给定测量值，不同的结果，误差不同，与测量方法、条件、测量仪器无关;而测量不确定度如上述，不同的测量结果，不确定度可以相同，测量方法、条件、测量仪器改变时，无论测量结果如何测量不确定度都会改变。 
四、分析、评定测量不确定度
（一）、评定中要找来源
　　测量不确定度的来源主要有: 对被测量的定义不完整或不完善;实现被测量定义的方法不理想;取样的代表性不够，即被测量的样本不能完全代表所定义的被测量;对测量过程受环境影响的认识不周全，对环境条件的测量与控制不完善;对模拟式仪器的读数存在人为偏差;测量仪器计量性能上的局限性;赋予计量标准的值和标准物质的值不准确;引用的数据或其他参量的不确定度;与测量方法和测量程序有关的近似性和假定性;在表面上看来完全相同的条件下，被测量重复观测值的变化。根据检测方法和测试原理的不同建立测量数学模型，按照以上来源逐一分析是测量过程随机效应导致的测量不确定度，还是偏离方法要求的因素等系统效应导致的测量不确定度，从而确定主要来源。
（二）、评定时的原则
    1、量具使用时用其标称值，其仪器测量不确定度可按检定系统或检定规程所规定的该级别最大允许误差，一般采用均匀分布，得到示值允差引起的标准不确定度分量为

最大允许误差的根号三进行评定。以级使用的仪器，使用时直接用其示值。
　　2、测量不确定度与最大允许误差之间有一个可以接受的原则:其扩展不确定(MAU)应不大于被测仪器最大允许误差的1/3-1/5。
　　3、使用时要对示值进行修正，以等使用的仪器，量具要使用其实际值，其由仪器带来的测量不确定度可按检定系统或检定规程所规定的该等别的测量不确定度。
五、结束语
　　本文对工程测量中不确定度的认识及评定测量不确定度进行了分析。做好测量不确定度的评定很不易，要通过实践、总结，才能做出较为严谨的测量不确定度评定。将测量不确定度在工程检测中推广应用提高检测水平。
参考文献：