力学计量中测量不确定度的应用与研究

王家豪

在我们国家日益繁荣昌盛，科学技术不断创新的背景下，力学计量技术得到改进和优化，计量标准体系也正在逐步完善。

力学计量;测量不确定度;应用

1测量不确定度的含义

我们文章所阐述的测量不确定度指的是“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”。通常测量结果能否加以使用会用测量误差来衡量，但是测量误差只能表现出测量的短期质量。而对于测量结果是否能够保持稳定一致就需要用测量不确定度来进行衡量。测量不确定度意为对测量结果正确性或准确性、有效性的可疑程度，它是合理地表征被测量值或其误差分散程度的一个参数，是表达测量结果质量优劣的一个指标。具体的测量和分析工作程序为：（1）标准不确定度也就是通过标准差的形式对所得结果进行表达和描述。（2）相对标准不确定度其指的是相关不确定度跟对应数值之间的比较参数，一般结合百分比进行表达。（3）合成标准不确定度当检测获得的结果通过一定数目的量数值进行运算获得时，按照其他量的方差等参数进行运算而形成的不确定度即为合成标准。其是检测结果误差的预测数值，跟实际数值之间往往存在一定偏差，通常借助符号uc进行描述。方差为标准差相乘所得结果，而协方差为关联性带来的方差。结合协方差的概念来分析，会让不确定度更为显著。在这种情形下得到的不确定度依然是偏差的形式，其结果参数意味着测定结果的分散特征。运用的合成手段，一般被人们叫做不确定传播率，该领域运用的系数就是人们常说的灵敏系数，借助Ci进行描述。此时对于不确定测定获得的结果就是有效自由度，人们常常借助uc进行描述，其指代的是最终结果的稳定性和可靠性。（4）扩展不确定度其概念为确定检测结果范圍的量，科学赋予被测对象数值分布的一般情形都出现在该范围内，少数情形下人们也叫做范围不确定度。这种不确定度结果一般是通过合成标准的相应倍数进行描述，更多的都是运用符号U进行描述：此时不确定度跟对应因子k的相乘所得结果即为整体不确定度（记录成U）。此时的k值通常取2，偶尔取3。需要结合被测对象的重要程度、效益等进行考虑。它提供了范围能够含有的被测定可能性数值的绝大方面（例如95%或99%）。有时也被叫做伸展不确定度等，其设定了检测结果取值范围的半宽度，该范围含有了科学赋予被测对象数值分布中的绝大方面。能够运用两类不同手段进行描述，其一为借助标准差倍数的形式进行描述，也就是合成不确定度跟对应因子进行相乘。另一种为按照掌握的置信可能性水平等来明确该参数。

2力学计量装置发展概况

2.1杠杆式力标准机

借助利用不等臂杠杆系统，可以把已知砝码的重力放大而得到标准力值，然后在被检定的测力仪上可以平稳的施加。其所复现的力值F可表达为：F=kmg（1-ρa/ρw）。该标准机对于力学数值的检测需要借助杠杆原理，通过标准杠杆的设置，可以实现对力学数值的检测，在实际应用中操作简单，极易实现检测。然而，在杠杆原理的限制下，检测精度不高。

2.2传感器装置

传感器装置中融入了先进的现代化技术，标准装置的控制系统中安装了传感器，在计量测试的时候主要结合的是物体质量对传感器的弹性力，用变形的数值来衡量传感器的变化值，这样就能获取信号数据，最终明确质量标量。在这个过程中，还可以用砝码来做质量计量，但是计量的准确性并不是完全取决于砝码，还与其他因素有关。在质量计量的过程中，常常会使用一种压力传感装置，在操作的时候压力是不断变化的，通过压力来计量测试质量。压力传感标准装置的计量误差为2乘以10的负四次方。

2.3静重式标准机

静重式标准机主要是让具体的数据砝码动力当作标准力值，再通过相应的机构或已经编程完成的程序把力值实施于测力仪中，此类装置主要借助静重力基来实现测量准确性和稳定性的提升，能够对重力检测难度实现降低，并保证重力的检测工作能够顺利的进行，这也是静重式标准机具有的重要优势。静重式标准机主要通过直接进行负荷的增加，因此其也被称作直接加荷标准机，此装置力值具有不确定性，其不确定性取决砝码质量不确定、装置安装地点具有重力的加速度不确定以及砝码与空气密度测量的不确定度等，同时其计量的性能还和装置结构、砝码稳定性以及负荷加卸载的方式等有关，其力值的不确定度达到了1×10-5。

2.4弹簧装置

弹簧的弹力比较好，敏感性非常强，弹簧标准装置充分运用了弹簧的这个属性，在计量测试的时候利用弹簧元件在受力的状况下会出现变形，以这个过程中变形数值大小作为标准，这时计量装置就能获取压力值，从而顺利得到计量测试数值。弹簧装置计量测试的时候，压力值的误差与弹簧元件有着直接关系，弹簧装置中经常使用的弹性元件两种，计量误差也是不相同的，膜片式元件的计量误差为10kN，波纹管误差为1kN。弹簧标准装置计量误差为1.3乘以10的负四次方。

3力学计量中测量不确定度的应用

（1）测量准备。选取一台型号是TYS-2000，准确度等级是1级的数字式压力试验机作为被测试的对象，根据《拉力、压力以及万能试验机》（JJG139-2014），外部环境状况：温度（10～35）℃，相对湿度不大于80%，温度波动情况不大于2℃。选取一台型号为LC-3/2MN的0.3级标准测力仪，相对扩展不确定度为U 95=0.061%。（2）测量原理。将0.3级标准测力仪放于试验机的上下受重台之间，紧接着调整进油开关来调整油缸的活塞速度，使得试验机对测力仪进行加载，当加载到预期的测量值的时候，可以得到测力仪显示仪上所显示出的数值和材料试验机指示器上的数值，进而能够得到试验机在这个测量点的误差。（3）测量方法。

结语

通过上述对于测量不确定度评定的介绍以及关于其应用的介绍使我们明白掌握并好好的利用这一技术是必须的，只有这样才能为我们国家的发展起到良好的促进作用。

参考文献

[1]张平，陈俊.浅析力学计量技术标准装置的发展现状[J].科技资讯，2014（2）：217+219.

[2]郑爱平.浅析力学计量技术标准装置的发展现状[J].黑龙江科技信息，2018（36）：70.