淺談測量不確定度的評定在環(huán)境與可靠性實驗室中的應用

趙 娜，孫 軼，王奇鋒，卜 瑩

（中國航空工業(yè)集團公司西安航空計算技術(shù)研究所，西安 710065）

1 引言

通常情況下，測量結(jié)果是用誤差來表示的，但是誤差不能完整有效的表征整個測量過程的穩(wěn)定性，要想完整有效的表征測量過程的控制效果，這就要借助另外一個度量參數(shù)，即測量不確定度，這個參數(shù)可以形象的表征測量結(jié)果的可靠性。因此，在表示一個測量結(jié)果的時候，就應該標注出該測量值的不確定度，這樣才是一個完整的表示方式。此外，CNAS中也對檢測實驗室的不確定度評定提出了要求，而不確定度的評定與表示是眾多檢測實驗室的一個薄弱環(huán)節(jié)，而我們的環(huán)境與可靠性實驗室也屬于檢測實驗室的范疇，因此，為了持續(xù)提高環(huán)境與可靠性實驗室的檢測水平，提高測量不確定度評定與表示水平就顯得尤為重要，故而本文通過分析給出了環(huán)境與可靠性實驗室的測量不確定度評定方法。

2 測量不確定度

2.1 含義

測量過程中，由于各類因素對測量結(jié)果都會有影響，諸如，設備、人員的操作、環(huán)境等，這就導致測量結(jié)果與真值之間存在偏差，那么如何形象的表征測量結(jié)果的精準性，也就是分散性，這就要用到我們說的測量不確定度，其值越大，說明測量能力越差，反之，則越強。

2.2 測量不確定度的分類

測量不確定度的分類如圖1所示。

圖1 測量不確定度分類

3 評定過程

3.1 識別影響試驗結(jié)果的不確定因素

根據(jù)各類試驗設備的機理、樣品的測量方法、環(huán)境條件、被測件的性能和狀態(tài)、所用試劑和消耗材料以及操作人員等，分析影響試驗結(jié)果的不確定因素為：不同試驗檢測人員重復開展試驗檢測工作帶來的不確定度；試驗設備所允許的最大誤差帶來的影響；數(shù)字溫度計的分辨力對測量結(jié)果帶來影響；校準結(jié)果引入的標準不確定度。

3.2 評定流程

在分析完產(chǎn)生不確定的來源后，接下來的問題便是如何評定不確定度，即就是：不確定度的評定流程，其中，圖2、圖3分別給出了A類標準不確定度和B類標準不確定度的評定流程，根據(jù)這個流程我們便可以計算出試驗過程中的標準不確定度。

3.3 評定步驟

3.3.1 建立模型

在評定環(huán)境試驗過程中的不確定度時，首先得將測量過程準確有效地表示出來，要想準確的將被測量和輸入量的關(guān)系清楚的表征出來，這就要求我們在被測量Y與輸入量X1…XN之間以公式的形式形象的保證出他們之間的關(guān)系，這個建立關(guān)系的過程即為建立數(shù)學模型，假設被測量Y的測量結(jié)果為y，輸入量Xi的估計值為xi，則被測量Y與輸入量X1…XN之間的模型可建立為：

圖2 A類評定流程

圖3 B類評定流程

3.3.2 逐項評定測量不確定度

y=f（x1，x2，…，xN）

3.3.2.1 不確定度的A類評定

在計算A類不確定度前，我們首先要做的就是測量，那么，對輸入量Xi進行n（一般取n≥5）次獨立的等精度測量，我們將得到測量結(jié)果記為xi，k，其中k=1，2，3…ni，其估計值也就是其算術(shù)平均值為：xi=，k=1，2，3…ni。那么Xi的A類標準不確定度的計算方法為：

3.3.2.2 不確定度的B類評定

B類標準不確定度不同于A類標準不確定度，它是不能通過重復測量而得到，而是通過分析哪些因素都會影響環(huán)境試驗的測量結(jié)果，從這些因素著手，去得到的測量不確定度就屬于B類。那么，Xi的B類標準不確定度可按照下式進行計算：u(xi)=a/k

式中，a為允許誤差限的絕對值；k與xi在此區(qū)間內(nèi)的概率分布有關(guān)，可通過查詢JJF-1059.1概率分布情況的估計表而得到。

3.3.2.3 合成標準不確定度的評定

合成標準不確定度，是由所建模型中所有標準不確定度進行合成而來，如果不考慮輸入量的相關(guān)性，可通過下式進行計算：

3.3.2.4 擴展不確定度的評定

3.4 評定測量不確定度過程的監(jiān)督

在環(huán)境與可靠性實驗中心中，監(jiān)督工作是必不可少的，故而，監(jiān)督員應對測量不確定度評定的整個實施過程進行監(jiān)督。

4 評定報告

當完成上述一系列工作后，就該編制不確定度報告了。報告測量不確定度首先必須報告測得的量值，由于測量結(jié)果通常表示為單個被測量量值ys和測量不確定度，即。測得的值ys可以是單次測量值或數(shù)據(jù)測量列的算術(shù)平均值。測量不確定度實際上是測量過程中來自測量試驗設備、試驗操作人員、測量方法、測試環(huán)境及被測件所有的不確定度因素的集合。因此，在測量不確定報告中一般以合成標準不確定度、擴展不確定度U(y)或他們的相對形式給出。同時，應注意：一是最后結(jié)論給出的不確定度，有效數(shù)字一般不超過2位。二是帶低位數(shù)的擴展不確定度通常不按數(shù)據(jù)修約規(guī)則取舍，而是直接進位。

5 結(jié)束語

測量不確定度從很大程度上給出了測量結(jié)果的可信程度，反映了整個測量過程中所有誤差對測量結(jié)果的影響。隨著科技的發(fā)展，在試驗過程中對檢測結(jié)果的精準度要求也越來越高，因此，我們應深入研究如何在環(huán)境與可靠性實驗室中應用好不確定度的評估方法，從而提高試驗過程檢測的精準度，進而更進一步提高產(chǎn)品的試驗檢測質(zhì)量。為了加強測量不確定度在試驗領(lǐng)域的應用，還需做以下工作：一是完整準確定義被測量，如，試驗箱內(nèi)傳感器測量溫度的誤差；二是合成不確定度時需要考慮不確定度分量的相關(guān)性，在去除相關(guān)性方面的分析還有待進一步提高。