工程材料檢測(cè)中不確定度的評(píng)定方法研究
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摘 要:對(duì)于工程材料檢測(cè)檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室,為提高測(cè)量不確定度評(píng)定的可靠性,必須合理制定測(cè)量不確定度的評(píng)定程序。本文重點(diǎn)探討鋼筋拉伸試驗(yàn)測(cè)量不確定度的評(píng)定方法和數(shù)學(xué)表達(dá)。并對(duì)評(píng)定程序和方法進(jìn)行分析，對(duì)今后類似測(cè)量中的不確定度評(píng)定提供參考。
關(guān)鍵詞:材料檢測(cè);測(cè)量不確定度;數(shù)學(xué)模型;評(píng)定
1.前言
從原則上講，在給出任何測(cè)量結(jié)果的同時(shí)均應(yīng)該給出測(cè)量結(jié)果的不確定度。在國(guó)家實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可工作中，ISO/IEC17025：1999標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該有能力對(duì)所有的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行不確定度的評(píng)定。
本文結(jié)合“福建省公路工程試驗(yàn)檢測(cè)中心”國(guó)家實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可工作，對(duì)測(cè)量不確定度評(píng)定中，如何建立數(shù)學(xué)模型，如何分析與計(jì)算不確定度分量，非線形數(shù)學(xué)模型處理，包含因子的取值，以及是否需要計(jì)算自由因子等問(wèn)題，提供一些具體的實(shí)用性的解決思路。本方法適合于檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量不確定度的評(píng)定。
2.試驗(yàn)原理
鋼筋試件的截面為圓形。拉伸強(qiáng)度以試驗(yàn)過(guò)程中最大作用力除以試件的截面積表示。忽略溫度和應(yīng)變率對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。試件直徑用千分尺測(cè)量。
3.數(shù)學(xué)模型
第一步找出所有對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響的影響量，即所有的測(cè)量不確定度來(lái)源，再建立滿足測(cè)量所要求準(zhǔn)確度的數(shù)學(xué)模型。
在溫度和其他條件不變時(shí)，鋼筋拉伸強(qiáng)度表示為：
式中， Rm—抗拉強(qiáng)度(MPa)；
F—試件斷裂時(shí)的拉力(N) ；
S。—試件截面積(mm2)；
d—試件直徑(mm)。
由于上述數(shù)學(xué)模型存在顯著的非線形，所以不確定度傳播定律中的所有不確定度全部改用相對(duì)不確定度來(lái)表示，而不需考慮高階項(xiàng)。
于是，測(cè)量不確定度評(píng)定的數(shù)學(xué)模型為：
u2crel(Rm)=u2rel(F)+4u2rel(d)
4.測(cè)量不確定度的評(píng)定步驟
4.1 計(jì)算各測(cè)量不確定度分量，ui(y)
4.1.1 直徑測(cè)量引入的不確定度分量，urel(d)
試件標(biāo)稱直徑10mm,直徑測(cè)量不確定度由兩部分組成，即千分尺的示值誤差導(dǎo)致的不確定度和操作者所引入的測(cè)量不確定度。
（1）千分尺示值誤差導(dǎo)致的不確定度，u1(d)
若千分尺的最大允許誤差為±3,以均勻分布估計(jì)，則：
4.1.2 拉力Fm測(cè)量所引入的不確定度分量，urel(F)
拉力F的測(cè)量不確定度來(lái)源于儀器校準(zhǔn)的不確定度，儀器的測(cè)量不確定度和讀數(shù)不確定度等三方面。
（1）儀器校準(zhǔn)的不確定度，u1rel(F)
若儀器校準(zhǔn)的不確定度為U95=0.2%，于是標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：
（3）讀數(shù)的不確定度，u3rel(F)
以滿刻度為200KN，分度值為0.5KN的指針式儀表為例，若可以估讀到五分之一分度，即0.1KN，依相對(duì)值估計(jì)為0.05%。
由于被測(cè)件不一定在滿刻度處斷裂，并且在選擇儀器的測(cè)量范圍時(shí)通常使斷裂時(shí)指針的位置不小于滿刻度的五分之一。假設(shè)測(cè)量時(shí)斷裂即發(fā)生在該處，則0.1KN即相當(dāng)于0.25%。假定其為均勻分布，故標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：
5.測(cè)量不確定度報(bào)告
拉伸強(qiáng)度Rm=（509.3±5.6）MPa。其中擴(kuò)展不確定度U=5.6MPa是由標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc =2.8MPa乘以包含因子k=2得到。
6.評(píng)定方法效果評(píng)價(jià)
實(shí)踐表明，對(duì)于工程材料力學(xué)測(cè)量中不確定度的評(píng)定，用直接評(píng)定法無(wú)法評(píng)定的具有一定難度的檢測(cè)項(xiàng)目，都可參照上述方法進(jìn)行評(píng)定。該評(píng)定法對(duì)檢測(cè)結(jié)果不確定度的評(píng)定具有可行性，并且提高了試驗(yàn)結(jié)果測(cè)量不確定度的準(zhǔn)確性和可靠性，解決了不確定度評(píng)價(jià)中的某些難點(diǎn)。本研究證實(shí)了中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)新發(fā)布的CNAS-GL10：2006《材料理化檢驗(yàn)測(cè)量不確定度評(píng)估指南及實(shí)例》所給予的指導(dǎo)是正確的。該方法實(shí)施效果，必將在今后工程材料檢測(cè)中得以彰顯。
參考文獻(xiàn)：
[1]測(cè)量不確定度評(píng)定與表示（JJF 1059-1999）.
[2]中國(guó)實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可委員會(huì)編著·中國(guó)實(shí)驗(yàn)室注冊(cè)評(píng)審員培訓(xùn)教程，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.
[3]ISO/TAG4/WG3·Guide to zhe Expression of Uncertainty in Measurement ,1993.
[4]倪育才主編·測(cè)量不確定度評(píng)定實(shí)用講義,2002.
關(guān)鍵詞:材料檢測(cè);測(cè)量不確定度;數(shù)學(xué)模型;評(píng)定
1.前言
從原則上講，在給出任何測(cè)量結(jié)果的同時(shí)均應(yīng)該給出測(cè)量結(jié)果的不確定度。在國(guó)家實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可工作中，ISO/IEC17025：1999標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該有能力對(duì)所有的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行不確定度的評(píng)定。
本文結(jié)合“福建省公路工程試驗(yàn)檢測(cè)中心”國(guó)家實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可工作，對(duì)測(cè)量不確定度評(píng)定中，如何建立數(shù)學(xué)模型，如何分析與計(jì)算不確定度分量，非線形數(shù)學(xué)模型處理，包含因子的取值，以及是否需要計(jì)算自由因子等問(wèn)題，提供一些具體的實(shí)用性的解決思路。本方法適合于檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量不確定度的評(píng)定。
2.試驗(yàn)原理
鋼筋試件的截面為圓形。拉伸強(qiáng)度以試驗(yàn)過(guò)程中最大作用力除以試件的截面積表示。忽略溫度和應(yīng)變率對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。試件直徑用千分尺測(cè)量。
3.數(shù)學(xué)模型
第一步找出所有對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響的影響量，即所有的測(cè)量不確定度來(lái)源，再建立滿足測(cè)量所要求準(zhǔn)確度的數(shù)學(xué)模型。
在溫度和其他條件不變時(shí)，鋼筋拉伸強(qiáng)度表示為：
式中， Rm—抗拉強(qiáng)度(MPa)；
F—試件斷裂時(shí)的拉力(N) ；
S。—試件截面積(mm2)；
d—試件直徑(mm)。
由于上述數(shù)學(xué)模型存在顯著的非線形，所以不確定度傳播定律中的所有不確定度全部改用相對(duì)不確定度來(lái)表示，而不需考慮高階項(xiàng)。
于是，測(cè)量不確定度評(píng)定的數(shù)學(xué)模型為：
u2crel(Rm)=u2rel(F)+4u2rel(d)
4.測(cè)量不確定度的評(píng)定步驟
4.1 計(jì)算各測(cè)量不確定度分量，ui(y)
4.1.1 直徑測(cè)量引入的不確定度分量，urel(d)
試件標(biāo)稱直徑10mm,直徑測(cè)量不確定度由兩部分組成，即千分尺的示值誤差導(dǎo)致的不確定度和操作者所引入的測(cè)量不確定度。
（1）千分尺示值誤差導(dǎo)致的不確定度，u1(d)
若千分尺的最大允許誤差為±3,以均勻分布估計(jì)，則：
4.1.2 拉力Fm測(cè)量所引入的不確定度分量，urel(F)
拉力F的測(cè)量不確定度來(lái)源于儀器校準(zhǔn)的不確定度，儀器的測(cè)量不確定度和讀數(shù)不確定度等三方面。
（1）儀器校準(zhǔn)的不確定度，u1rel(F)
若儀器校準(zhǔn)的不確定度為U95=0.2%，于是標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：
（3）讀數(shù)的不確定度，u3rel(F)
以滿刻度為200KN，分度值為0.5KN的指針式儀表為例，若可以估讀到五分之一分度，即0.1KN，依相對(duì)值估計(jì)為0.05%。
由于被測(cè)件不一定在滿刻度處斷裂，并且在選擇儀器的測(cè)量范圍時(shí)通常使斷裂時(shí)指針的位置不小于滿刻度的五分之一。假設(shè)測(cè)量時(shí)斷裂即發(fā)生在該處，則0.1KN即相當(dāng)于0.25%。假定其為均勻分布，故標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：
5.測(cè)量不確定度報(bào)告
拉伸強(qiáng)度Rm=（509.3±5.6）MPa。其中擴(kuò)展不確定度U=5.6MPa是由標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc =2.8MPa乘以包含因子k=2得到。
6.評(píng)定方法效果評(píng)價(jià)
實(shí)踐表明，對(duì)于工程材料力學(xué)測(cè)量中不確定度的評(píng)定，用直接評(píng)定法無(wú)法評(píng)定的具有一定難度的檢測(cè)項(xiàng)目，都可參照上述方法進(jìn)行評(píng)定。該評(píng)定法對(duì)檢測(cè)結(jié)果不確定度的評(píng)定具有可行性，并且提高了試驗(yàn)結(jié)果測(cè)量不確定度的準(zhǔn)確性和可靠性，解決了不確定度評(píng)價(jià)中的某些難點(diǎn)。本研究證實(shí)了中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)新發(fā)布的CNAS-GL10：2006《材料理化檢驗(yàn)測(cè)量不確定度評(píng)估指南及實(shí)例》所給予的指導(dǎo)是正確的。該方法實(shí)施效果，必將在今后工程材料檢測(cè)中得以彰顯。
參考文獻(xiàn)：
[1]測(cè)量不確定度評(píng)定與表示（JJF 1059-1999）.
[2]中國(guó)實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可委員會(huì)編著·中國(guó)實(shí)驗(yàn)室注冊(cè)評(píng)審員培訓(xùn)教程，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.
[3]ISO/TAG4/WG3·Guide to zhe Expression of Uncertainty in Measurement ,1993.
[4]倪育才主編·測(cè)量不確定度評(píng)定實(shí)用講義,2002.