不確定度與檢測(cè)工程

1、不確定度與檢測(cè)工程        摘要：該文針對(duì)工程檢測(cè)闡述工程測(cè)量中不確定度的評(píng)定方法與步驟，旨在與廣大讀者交流、學(xué)習(xí)，共同推廣測(cè)量不確定度在工程實(shí)踐中的應(yīng)用，提高檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)水平，使工程檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果更具可信度，并與國(guó)際接軌。 關(guān)鍵詞：測(cè)量不確定度；工程檢測(cè) 測(cè)量是人們定量認(rèn)識(shí)事物的一種手段，測(cè)量結(jié)果的好壞以測(cè)量不確定度表示。測(cè)量結(jié)果與參考值比較或測(cè)量結(jié)果之間比較時(shí)，其差異只有用不確定度才能說明。 按照GB/T15481-2000校準(zhǔn)和檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求1已明確了檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量不確定度的評(píng)定要求。中國(guó)實(shí)驗(yàn)室國(guó)家認(rèn)

2、可委員(CNAL)也提出了檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室在其檢測(cè)報(bào)告中有關(guān)測(cè)量不確定度的要求。 我國(guó)質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局計(jì)量司頒發(fā)JJF1059-1999測(cè)量不確定度評(píng)定與表示。已有多年，但國(guó)內(nèi)對(duì)測(cè)量不確定度的評(píng)定，仍只存在于校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室，幾乎所有檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室在提供測(cè)量結(jié)果時(shí)，仍沒有給出測(cè)量不確定度，許多工程技術(shù)人員對(duì)測(cè)量不確定度缺乏了解，這在經(jīng)濟(jì)全球化的形勢(shì)下，仍未能與國(guó)際接軌是必然會(huì)吃虧的。 本文就工程就不確定度在工程中如何應(yīng)用的問題進(jìn)行評(píng)定，并借此與廣大讀者交流，希望能為推進(jìn)測(cè)量不確定度在工程實(shí)踐中的應(yīng)用盡一點(diǎn)微力。 一、關(guān)于測(cè)量不確定度 測(cè)量不確定度評(píng)定是評(píng)定測(cè)量水平的指標(biāo)，是判定測(cè)量結(jié)果可信度的依據(jù)。測(cè)量不確定度

3、定義為測(cè)量結(jié)果帶有的一個(gè)參數(shù)，用以表征合理賦予被測(cè)量的分散性，它是被測(cè)量客觀值在某一量值范圍內(nèi)的一個(gè)評(píng)定。不確定度理論將不確定度按照測(cè)量數(shù)據(jù)的性質(zhì)分類:符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律的稱為A類不確定度，而不符合統(tǒng)計(jì)規(guī)律的統(tǒng)稱為B類不確定度。A類評(píng)定方法卻是計(jì)算出測(cè)量數(shù)據(jù)的平均值標(biāo)準(zhǔn)差，B類評(píng)定方法需要了解測(cè)量?jī)x器、技術(shù)資料、測(cè)量方法、檢定證書等。 根據(jù)現(xiàn)代計(jì)量學(xué)觀點(diǎn)，計(jì)量或測(cè)量結(jié)果可信的程度是需要通過分析和評(píng)定來確定的。在使用傳統(tǒng)方法對(duì)誤差結(jié)果進(jìn)行評(píng)定時(shí)，首先因?yàn)闇y(cè)量誤差是表明測(cè)量結(jié)果偏離真值的差值，而真值客觀存在但人們無法準(zhǔn)確得到，所以嚴(yán)格意義上的誤差也無法得到。其次在不同的國(guó)家、不同的領(lǐng)域或不同的人員對(duì)測(cè)量

4、誤差評(píng)定的方法往往各不相同。這些原因?qū)е铝瞬煌臏y(cè)量結(jié)果之間缺乏可比性，因此需要用測(cè)量不確定度來統(tǒng)一評(píng)價(jià)測(cè)量結(jié)果。 目前國(guó)際上統(tǒng)一使用的對(duì)檢測(cè)和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室資格的通用要求IS0/IEC17025技術(shù)要求中涉及不確定度條款明確指出工程檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室適當(dāng)時(shí)，還應(yīng)包括測(cè)量不確定度評(píng)定。2測(cè)量結(jié)果不確定度的評(píng)定和表示方法經(jīng)過20多年?duì)幷?、研究和發(fā)展，業(yè)已趨于成熟，許多發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家已經(jīng)普遍采用，國(guó)際間的量值比對(duì)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的比較，更是要求提供包含因子或置信水準(zhǔn)約定的測(cè)量結(jié)果的不確定度。CNAL結(jié)合國(guó)際實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可活動(dòng)的需要和中國(guó)實(shí)施測(cè)量不確定度工作的現(xiàn)狀，還制定測(cè)量不確定度政策(CNAL/AR11:200

5、2)，其明確指出檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室應(yīng)有能力對(duì)工程檢測(cè)中每一項(xiàng)有數(shù)值要求的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行測(cè)量不確定度評(píng)定。4當(dāng)不確定度與檢測(cè)結(jié)果的有效性或應(yīng)用有關(guān)、或在用戶要求時(shí)，或當(dāng)不確定度影響到規(guī)范限度的符合性時(shí)，當(dāng)測(cè)試方法中有關(guān)規(guī)定時(shí)和認(rèn)可委員會(huì)有要求時(shí)，檢測(cè)報(bào)告必須提供測(cè)量結(jié)果的不確定度。同時(shí)由于被測(cè)量的真值，又稱被測(cè)量之值不可能通過測(cè)量得到，借助測(cè)量不確定度可以了解到被測(cè)量之值在什么范圍內(nèi)，測(cè)量不確定度越小，測(cè)量結(jié)果越可靠。測(cè)量不確定度還可以定量說明一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)水平程度，所以實(shí)驗(yàn)室有必要對(duì)工程檢測(cè)的測(cè)量結(jié)果不確定度進(jìn)行評(píng)定。檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室在實(shí)施工程檢測(cè)測(cè)量不確定度評(píng)定時(shí)常常遇到一些問題，有些問題是共同的。本人針

6、對(duì)這些問題，談?wù)剛€(gè)人的理解。 二、針對(duì)測(cè)量不確定度理解上的偏移 測(cè)量不確定度過去往往在計(jì)量和校準(zhǔn)部門使用，檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室從未接觸過，常存在概念不清，認(rèn)識(shí)不足的問題。根據(jù)JJF1059-1999測(cè)量不確定度評(píng)定與表示，測(cè)量不確定度定義為表征合理地賦予被測(cè)量之值的分散性，與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。其中“合理”一詞譯自reasonbly，是指合理地對(duì)被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量。3這些測(cè)量所得出的結(jié)果表明產(chǎn)生的分散性。怎樣算合理，即在統(tǒng)計(jì)控制狀態(tài)下的測(cè)量?！胺稚⑿浴保辉~譯自dispersion，指測(cè)量結(jié)果的分散性，分散性的物理概念為一個(gè)量值區(qū)間，即測(cè)量結(jié)果在這個(gè)區(qū)間出現(xiàn)，而不是一個(gè)定值?！跋嗦?lián)系”一詞譯自associ

7、atedwith，測(cè)量不確定度是和測(cè)量結(jié)果一起，用來表明在給定條件下對(duì)被測(cè)量進(jìn)行測(cè)量時(shí)，測(cè)量結(jié)果可能出現(xiàn)的區(qū)問。只有理解了定義，才能更好地認(rèn)識(shí)測(cè)量不確定度與測(cè)量誤差的區(qū)別，過去常使用誤差這個(gè)概念，測(cè)量誤差是測(cè)量結(jié)果減去真值，針對(duì)某個(gè)給定測(cè)量值，不同的結(jié)果，誤差不同，與測(cè)量方法、條件、測(cè)量?jī)x器無關(guān);而測(cè)量不確定度如上述，不同的測(cè)量結(jié)果，不確定度可以相同，測(cè)量方法、條件、測(cè)量?jī)x器改變時(shí)，無論測(cè)量結(jié)果如何測(cè)量不確定度都會(huì)改變。 三、如何分析、評(píng)定測(cè)量不確定度 本人認(rèn)為應(yīng)從以下兩方面入手: （一）在評(píng)定中首先要找來源 測(cè)量不確定度的來源主要有: (1)對(duì)被測(cè)量的定義不完整或不完善;(2)實(shí)現(xiàn)被測(cè)量定義

8、的方法不理想;(3)取樣的代表性不夠，即被測(cè)量的樣本不能完全代表所定義的被測(cè)量;(4)對(duì)測(cè)量過程受環(huán)境影響的認(rèn)識(shí)不周全，對(duì)環(huán)境條件的測(cè)量與控制不完善;(5)對(duì)模擬式儀器的讀數(shù)存在人為偏差;(6)測(cè)量?jī)x器計(jì)量性能上的局限性;(7)賦予計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的值和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的值不準(zhǔn)確;(8)引用的數(shù)據(jù)或其他參量的不確定度;(9)與測(cè)量方法和測(cè)量程序有關(guān)的近似性和假定性;(10)在表面上看來完全相同的條件下，被測(cè)量重復(fù)觀測(cè)值的變化。根據(jù)檢測(cè)方法和測(cè)試原理的不同建立測(cè)量數(shù)學(xué)模型，按照以上來源逐一分析是測(cè)量過程隨機(jī)效應(yīng)導(dǎo)致的測(cè)量不確定度，還是偏離方法要求的因素等系統(tǒng)效應(yīng)導(dǎo)致的測(cè)量不確定度，從而確定主要來源。在有些情況下

9、，系統(tǒng)效益引起的不確定度分量本身很小，對(duì)測(cè)量結(jié)果的合成不確定度影響也很小，這樣的分量在評(píng)定不確定度時(shí)就可以忽略。 （二）評(píng)定時(shí)應(yīng)掌握的幾個(gè)原則 1、在一般情況下，測(cè)量不確定度與最大允許誤差之間有一個(gè)可以接受的原則:其擴(kuò)展不確定(MAU)應(yīng)不大于被測(cè)儀器最大允許誤差的1/3-1/5。5 2、以“等”使用的儀器，使用時(shí)要對(duì)示值進(jìn)行修正，量具要使用其實(shí)際值，其由儀器帶來的測(cè)量不確定度可按檢定系統(tǒng)或檢定規(guī)程所規(guī)定的該等別的測(cè)量不確定度。 3、以“級(jí)”使用的儀器，使用時(shí)直接用其示值，量具使用時(shí)用其標(biāo)稱值，其儀器測(cè)量不確定度可按檢定系統(tǒng)或檢定規(guī)程所規(guī)定的該級(jí)別最大允許誤差，一般采用均勻分布，得到示值允差引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為最大允許誤差的根號(hào)3進(jìn)行評(píng)定。 四、結(jié)束語(yǔ) 以上是本人對(duì)工程測(cè)量中不確定度的認(rèn)識(shí)及評(píng)定測(cè)量不確定度的體會(huì)。要做好測(cè)量不確定度的評(píng)定不是件容易的事，要通過多次實(shí)踐，不斷總結(jié)，才能做出較為嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y(cè)量不確定度評(píng)定。盡管本人在本文的寫作中已盡了很大努力，但由于本人知識(shí)水平的局限，仍難免有不少欠妥甚至錯(cuò)誤之處，衷心希望讀者批評(píng)指正，共同將測(cè)量不確定度在工程檢測(cè)中推廣應(yīng)用提高檢測(cè)水平。 參考文獻(xiàn): 1GB