20鋼鋼板總脫碳層深度測量不確定度的評定

吳凱飛 章芳芳（浙江省特種設備檢驗研究院，浙江 杭州 310000)

20鋼鋼板總脫碳層深度測量不確定度的評定

吳凱飛 章芳芳（浙江省特種設備檢驗研究院，浙江 杭州 310000)

隨著當代經(jīng)濟全球化、高新技術的迅猛發(fā)展，對各行業(yè)實驗室檢測結果的可靠性要求越來越高，除了要獲得檢測結果之外，還要求知道檢測結果的測量不確定度。測量不確定度就是表征合理地賦予被測量值的分散性，與測量結果相聯(lián)系的參數(shù)。不確定度越小，則測量結果的可疑程度越小，測量結果的水平和質量越高。本文采用綜合評定法對20鋼鋼板總脫碳層深度的測量不確定度來源進行了分析，并且對每個不確定度分量進行了評定，從而得到了最后結果，即可靠的擴展不確定度。

1 概述

測量方法：依據(jù)GB/T224-2008《鋼的脫碳層深度測定法》。

環(huán)境條件：試驗溫度為22℃，濕度為58%RH。

測量設備：奧林巴斯GX71金相顯微鏡，川大CIAS-M2000金相圖像分析軟件，經(jīng)計量單位檢定合格。

檢測對象：滿足GB/T224-2008要求的20鋼鋼板試樣。

測量過程：根據(jù)GB/T224-2008《鋼的脫碳層深度測定法》的規(guī)定，將樣品置于100倍的顯微鏡下觀察，選取具有代表性的5個區(qū)域，用川大CIAS-M2000金相圖像分析軟件對每個區(qū)域進行5次測量。按同樣的方法，由3人進行測量。

2 建立數(shù)學模型

根據(jù)GB/T224-2008，綜合評定法的數(shù)學模型為：

式中，y——輸出量，總脫碳層深度測量設備讀出值；

x——輸入量，總脫碳層深度測定結果。

3 測量不確定度來源的分析

主要來源：由測量重復性引入的測量不確定度分量u1(x)；由金相顯微鏡放大倍率的不準確性引入的測量不確定度分量u2(x)；由金相顯微鏡測定系統(tǒng)的分辨力所引入的測量不確定度分量u3(x)；CIAS-M2000軟件測量標準尺準確度引入的不確定度分量u4(x)。

4 測量不確定度的評定

4.1 由測量重復性引入的測量不確定度分量u1(x)

對選定的20鋼鋼板進行總脫碳層深度的測定，選擇樣品的3個不同的區(qū)域共進行了15次測定，由3人進行測量，其結果見表1。

表1 20鋼鋼板總脫碳層深度的3組測定值

測定的總脫碳層深度平均值為：

式中，xi——總脫碳層深度的第i次測試值，μm；

根據(jù)表1數(shù)據(jù)，分別計算出標準偏差s1，s2和s3，即：

同理，計算出：s2=3.44μm,；s3=4.67μm。

合并樣本標準差為：

標準差sj的標準差為：

根據(jù)GB/T224-2008標準，觀測次數(shù)k=5，則u1(x)為：

自由度為：

4.2 由金相顯微鏡放大倍率的不準確性引入的測量不確定度分量u2(x)

本測定項目中，所使用的奧林巴斯GX71金相顯微鏡的放大倍率為100倍，由檢定證書可知放大倍率的不準確定為± 2.0%，屬于正態(tài)分布，若置信概率取95%，由總平均值255.04μm作為測定20鋼鋼板總脫碳層深度的最終結果，則u2(x)為：

4.3 由金相顯微鏡測定系統(tǒng)的分辨力所引入的測量不確定度分量u3(x)

金相顯微鏡測定系統(tǒng)的分辨力為0.01μm，屬于均勻分布，其所引入的測量不確定度分量u3(x)為：

4.4 CIAS-M2000軟件測量標準尺準確度引入的不確定度分量u4(x)

CIAS-M2000軟件測量標準尺的準確度（即測量誤差）為2μm，由于測量的是放大的圖像，所以實際引入的誤差按放大倍數(shù)縮小，所以誤差為≤±0.02μm，屬于均勻分布，則u4(x)為：

5 合成標準不確定度的計算

由于各分量間彼此不相關，故合成標準不確定度uc為：

6 擴展不確定度的評定

取k=2，則擴展不確定度為：

根據(jù)JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》標準，出具的不確定度報告只允許兩位有效數(shù)字，故取U=6.3μm。

7 測定結果

20鋼鋼板總脫碳層深度的測量不確定度報告為：

總脫碳層深度測量值為255.04μm，U=6.3μm，k=2。

其意義是：可以期望在（255.04-6.3）μm至（255.04+6.3）μm的區(qū)間，包含了20鋼鋼板總脫碳層深度測量結果可能值的95%。