物理学评职论文发表范文测量不确定度应用实例分析

　　摘要：许多重要的结果都是建立在测量分析的基础上，这些结果在多大程度上是可靠的，这对于分析结果的用户是很重要的。实验室通常用测量不确定度来表示测量结果的质量，测量不确定度通过度量结果的可信度来证明结果的适宜性。本文以游标卡尺测量结果不确定度评定方法为例来说明其评估分析过程。

　　关键词：测量,不确定度,评估

　　一、测量不确定度定义：

　　测量不确定度是指"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"。测量不确定度从词义上理解，意味着对测量结果可信性、有效性的怀疑程度或不肯定程度，是定量说明测量结果的质量的一个参数。实际上由于测量不完善和人们的认识不足，所得的被测量值具有分散性，即每次测得的结果不是同一值，而是以一定的概率分散在某个区域内的许多个值。虽然客观存在的系统误差是一个不变值，但由于我们不能完全认知或掌握，只能认为它是以某种概率分布存在于某个区域内，而这种概率分布本身也具有分散性。测量不确定度就是说明被测量之值分散性的参数，它不说明测量结果是否接近真值。

　　为了表征这种分散性，测量不确定度用标准〔偏〕差表示。在实际使用中，往往希望知道测量结果的置信区间，因此，测量不确定度也可用标准〔偏〕差的倍数或说明了置信水准的区间的半宽度表示。为了区分这两种不同的表示方法，分别称它们为标准不确定度和扩展不确定度。

　　二、测量不确定度的来源

　　在实践中，测量不确定度可能来源于以下10个方面：

　　⑴对被测量的定义不完整或不完善;

　　⑵实现被测量的定义的方法不理想;

　　⑶取样的代表性不够，即被测量的样本不能代表所定义的被测量;

　　⑷对测量过程受环境影响的认识不周全，或对环境条件的测量与控制不完善;

　　⑸对模拟仪器的读数存在人为偏移;

　　⑹测量仪器的计量性能的局限性。测量仪器的不准或测量仪器的分辨力、鉴别力不够;

　　⑺赋与计量标准的值和参考物质(标准物质)的值不准;

　　⑻引用于数据计算的常量和其它参量不准;

　　⑼测量方法和测量程序的近似性和假定性;

　　⑽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。

　　三、不确定度分量：

　　用对观测列的统计分析进行评定得出的标准不确定度称为A类标准不确定度，用不同于对观测列的统计分析来评定的标准不确定度称为B类标准不确定度。将不确定度分为"A"类与"B"类，仅为讨论方便，并不意味着两类评定之间存在本质上的区别，A类不确定度是由一组观测得到的频率分布导出的概率密度函数得出：B类不确定度则是基于对一个事件发生的信任程度。它们都基于概率分布，并都用方差或标准差表征。两类不确定度不存在那一类较为可靠的问题。一般来说，A类比B类较为客观，并具有统计学上的严格性。测量的独立性、是否处于统计控制状态和测量次数决定A类不确定度的可靠性。

　　"A"、"B"两类不确定度与"随机误差"与"系统误差"的分类之间不存在简单的对应关系。"随机"与"系统"表示误差的两种不同的性质，"A"类与"B"类表示不确定度的两种不同的评定方法。随机误差与系统误差的合成是没有确定的原则可遵循的，造成对实验结果处理时的差异和混乱。而A类不确定度与B类不确定度在合成时均采用标准不确定度，这也是不确定度理论的进步之一。

　　四、测量不确定度的评估过程

　　以游标卡尺测量结果不确定度评定方法为例说明

　　(一)概述：

　　1、 测量方法：依据JJG30-2012通用卡尺检定规程

　　2、 环境温度：温度(23±2)℃，湿度(50±10)% RH

　　3、 测量标准：5等量块，其长度尺寸不确定度不大于(0.5+5L)um(L:测量长度，单位：m)，包含因子为2.7;

　　4、 被测对象：测量范围为0-500mm，分度值为0.02mm的游标卡尺，最大允许示值误差为±0.02-±0.05mm。

　　5、 测量过程：对于测量范围为0-300mm的游标卡尺测量点分布不少于均匀分布3点，对于测量范围大于300mm的游标卡尺不少于均匀分布6点。被测量游标卡尺各点示值误差以该点读数值(示值)与量块尺寸(测量标准)之差确定。

　　(二)数学模型：

　　△L=L-Lb △L：游标卡尺的最大允许示值误差; L：游标卡尺的示值 Lb：量块的长度尺寸

　　(三)输入量的标准不确定度评定：

　　1、输入量L的标准不确定度U(L)的评定：

　　输入量L的不确定主要来源于卡尺尺身标记误差存在的不确定度分项U(L1);游标标记误差存在的不确定度分项U(L2);卡尺标记宽度存在的不确定度分项U(L3);测量面的平面度误差的不确定度分项U(L4);零位误差引起的不确定度分项U(L5);视差引起的不确定度分项U(L6);采用B类方法进行评定。

　　(1)卡尺尺身标记误差存在的不确定度分项U(L1)的评定：

　　据规程规定，尺身标记宽度为(0.08-0.18)mm。故取其最大值半宽为0.18/2=0.09mm，认为其服从均匀分布，故包含因子K取 U(L1)=0.09/ =5.20um

　　(2)游标标记误差存在的不确定度分项U(L2)的评定：

　　据规程规定，游标标记宽度为(0.08-0.18)mm。故取其最大值半宽为0.18/2=0.09mm，认为其服从均匀分布，故包含因子K取 U(L2)=0.09/ =5.20um

　　(3)卡尺标记宽度存在的不确定度分项U(L3)的评定：

　　据规程规定标尺标记宽度差为0.02mm，其半宽为0.02/2mm，认为其服从均匀分布，故包含因子K取 , U(L3)=0.01/ =5.77um

　　(4)测量面的平度误差的不确定分项U(L4)的评定：

　　据规程规定，外量爪测量面的平面度为0.003mm，则两测量面的平面度为2×0.003=0.006um，其半宽为6/2um=3um，认为其服从均匀分布，故包含因子K取 , U(L4)=3/ =1.732um

　　(5)零为误差引起的不确定度分项U(L5)的评定：

　　据规程规定，零标记重合度为±0.005mm，取其半宽a=0.005mm，认为其服从均匀分布，故包含因子K取 , U(L5)=0.005/ =2.89um

　　(6)视差引起的不确定度分项U(L6)的评定：

　　分度值为0.02mm的卡尺，其估读误差为0.02/2mm，认为其服从均匀分布，故包含因子K取 , U(L6)=0.01/ =5.77um

　　2、输入量Lb的标准不确定读U(Lb)的评定：

　　输入量Lb的不确定度主要来源于标准器量块长度尺寸的不确定度，它可根据量块证书给出的长度尺寸的不确定度来评定(采用B类方法进行评定)。

　　测量用的量块其长度尺寸的不确定度不大于(0.5+5L)um，包含因子K取2.7。

　　L=125mm的卡尺，被测尺寸为121.8mm，则标准不确定度U(Lb)为：

　　U(Lb)=a/K=(0.5+5×0.1218)/2.7=0.411um

　　L=150mm的卡尺，被测尺寸为141.8mm，则标准不确定度U(Lb)为：

　　U(Lb)=a/K=(0.5+5×0.1418)/2.7=0.447um

　　L=300mm的卡尺，被测尺寸为291.8mm，则标准不确定度U(Lb)为：

　　U(Lb)=a/K=(0.5+5×0.2918)/2.7=0.726um

　　L=500mm的卡尺，被测尺寸为491.8mm，则标准不确定度U(Lb)为：

　　U(Lb)=a/K=(0.5+5×0.4981)/2.7=1.096 um

　　(四)标准不确定度的评定：

　　1、灵敏系数：

　　数学模型：△L=L-Lb

　　灵敏系数：C1= △L/ L=1 C2= △L/ Lb=-1

　　2、标准不确定度汇总表

　　3、合成标准不确定度Uc的计算：

　　输入量L合Lb彼此独立不相关，则合成标准不确定度可得：

　　Uc2(△L)=[c1u(L)]2+[c2u(Lb)]2

　　Uc(△L)= L=125mm uc(△L)= =11.497≈0.01mm

　　L=150mm uc(△L)= =11.499um≈0.01mm

　　L=300mm uc(△L)= =11.513um≈0.01mm

　　L=500mm uc(△L)= =11.542um≈0.01mm

　　四、扩展不确定度的评定：

　　基于测量系统动态性的特点.研究测量系统全寿命过程中的量值指标和可靠性变化的规律，探索动态不确定度的评定方法，这将为组建最优的测量系统，评价测量系统的质量，预测测量系统的校准或检定周期。以及制定测量系统预防性维护和纠正性维护计划提供依据和参考。

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