以萬能試驗機做的“不確定度”分析

1、檢測實驗室不確定度分析初探Discover of testing laboratories for uncertainty丁志成 摘 要1999 年國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局計量司頒發(fā) JJF 1059-1999測量不確定度評定與表示， 但廣大檢測實驗室依然對“不確定度”知之不多，所進行的“不確定度”分析、計算、表示，也 僅僅存在于校準實驗室；本文僅就檢測實驗室的檢測項目 ，進行“不確定度”分析。關(guān)鍵詞不確定度 檢測實驗室1、規(guī)范要求根據(jù)中華人民共和國國家標準檢測和校準實驗室能力的通用要求(General requirements forthecompetenceof testingandcalibr

2、ationlaboratories)GB/T15481-2000idtISO/IEC 17025：1999 的 5.4.6 測量不確定度的評定要求：“檢測實驗室應具有并應用評定測量不確定度 的程序。某些情況下，檢測方法的性質(zhì)會妨礙對測量不確定度進行嚴密的計量學和統(tǒng)計學上的有 效計算。這種情況下，實驗室至少應努力找出不確定度的所有分量且作出合理評定，并確保結(jié)果 的表達式不會對不確定度造成錯覺。合理的評定應依據(jù)對方法性能的理解和測量范圍，并利用諸 如過去的經(jīng)驗和確認的數(shù)據(jù)?！?，“在評定測量不確定度時，對給定條件下的所有重要不確定度 分量，均應采用適當?shù)姆治龇椒右钥紤]。”其中，構(gòu)成不確定度的來源包

3、括(但不限于)所用 的參考標準和標準物質(zhì)、方法和設(shè)備、環(huán)境條件、被檢測或校準物質(zhì)的性能和狀態(tài)以及操作人員 等。2、“不確定度”簡介“不確定度一詞源于英語“uncertainty，原意為不確定，不穩(wěn)定，疑惑等性質(zhì)和狀態(tài)， 是定性表示的名詞?，F(xiàn)在用于測量不確定度評定時，則將其含義擴展為定量表示，即定量表示測 量結(jié)果的不確定度，中文譯為“不確定度”的意思就是后者。測量不確定度的概念，及其評定和 表示方法的采用是計量科學技術(shù)一個突破和進展。從 1963 年美國 NBS 數(shù)理統(tǒng)計專家埃森哈特提 出測量不確定度概念，到1993年國際計量委員會正式發(fā)布GUM,整整經(jīng)歷了三十年。可見要突 破傳統(tǒng)的經(jīng)典理論，不

4、是一朝一夕的事。直到 1999 年國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局計量司頒發(fā) JJF 1059-1999測量不確定度評定與表示也已經(jīng)是整整四年時間了，但廣大檢測實驗室依然對“不 確定度”的概念知之不多，甚至是知之甚少。所進行的“不確定度”分析、計算、表示，也僅僅 存在于校準實驗室，對于廣大檢測實驗室的檢測項目 ，急需進行“不確定度”分析，對于檢測 實驗結(jié)果急需進行用“不確定度”表示的該版。在這樣的大背景下，本文僅就萬能試驗機金屬拉伸試驗做“不確定度”分析。3、金屬拉伸不確定度分析測量方法（依據(jù) GB/T 228-1987金屬拉伸試驗方法）本實驗室的金屬拉伸試驗是利用萬能試驗機上下夾頭夾住試樣，然后橫梁移動，

5、使金屬拉 伸，而萬能試驗機的負荷傳感器對所加荷載每隔0.6“ s自動采集記錄一次，從而測定金屬抗拉 強度的一種方法。數(shù)學模型在實際工作中由于各種因素的影響，除萬能機本身的誤差而造成的測量不確定度外，還有 溫、濕度、夾具滑動、加荷速率、試樣同軸度等因素的影響，所以建立如下模型（其各種影響因 素互不相干）。式中”所受應力，MPaS試樣橫截面面積，mm2F萬能機所米集的荷載值，N夾具滑動影響系數(shù)。禺一試樣與夾具同軸度影響系數(shù)。溫、濕度影響系數(shù)。J 4 加荷速率影響系數(shù)。引入相對不確定度的概念根據(jù)其數(shù)學模型：7 = Z/2Z/4 y對被測量的測量結(jié)果由其他 N 個量的最佳值乘除而得的情況尹 =了（疋1

6、，疋2,疋3 *心）=巧吃 也Xn故當分量無關(guān)時故當分量無關(guān)時引入相對不確定度引入相對不確定度得 得 y 的相對不確定度：即召的相對標準不確定度的平方和為y的相對標準不確定度的平方。相對分量標準不確定度的計算3.4.1由萬能試驗機本身所引起的相對不確定度分量殳；根據(jù)廣東省計量研究所的標定證書，其相對最大誤差為 0.7%，考慮其為均勻分布它很可靠，取其自由度V1 =3.4.2由規(guī)范規(guī)定的公稱面積所引起的相對不確定度分量 心由于試樣本身實際面積與公稱面積之間存在著差距，經(jīng)估算肚2=0-8%， 它具20%不可靠，故其自由度訃扣0%宀123.4.3由于夾具滑動所引起的相對不確定度分量 認經(jīng)估計專3=0

7、.1%，它具50%不可靠，故其自由度v3 = i(50%)-2=23.4.4由于同軸度所引起的相對不確定度分量 必由于試樣與上下夾具軸線間同軸度的差異，經(jīng)估計必=0.2%,它具10%不可靠，故其自由3.4.5由于溫、濕度引起的相對不確定度分量込經(jīng)估計克5=0.1%，它具10%不可靠，故其自由度匕專（10%嚴=503.4.6由于加荷速率引起的相對不確定度分量氓經(jīng)估計肚e =0.4%，它具50%不可靠，故其自由度升二扣W宀2相對標準不確定度分量一覽表表 1 相對標準不確定度分量一覽表相對標準不確定度分量必相對不確定度來源相對標準不確定度（）自由度買；萬能試驗機本身誤差0.4ca公稱面積所引起的誤差0.812夾具滑動所引起的誤差0.12同軸度所引起的誤差0.250溫、濕度引起的誤差0.150加荷速率引起的誤差0.42合成相對標準不確定度=7(0.4%)2 +(0.8%)2 +(0.1%)2 +(0.2%)2 +(0.1%)2 +(0.4%)2=1.0%有效自由度根據(jù)韋爾奇一薩特思韋(welchsatterthwaite)公式計算:=21相對擴展不確定度v二2.091.0%=2.09%報告萬能試驗機金屬拉伸的相對擴展不