电阻应变仪示值测量结果的不确定度评定

电阻应变仪示值测量结果的不确定度评定

何意婷 杜建斌 陈鑫伟

中国船舶科学研究中心   江苏  无锡 214082

摘要：浅谈了测量仪器不确定度的类别和影响因素，并根据计量规范的要求，以新购入的某型号动态电阻应变仪为例，采用数字式标准模拟应变量校准器为标准装置，对示值的测量不确定度进行了评定，分析了不确定度的主要来源。

关键词：动态应变仪  测量不确定度  误差

0.引言

我们在对仪器设备进行计量检定的过程中，常常会发现每次的测量结果并不会出现完全相同的情况，而在相同的条件下进行计量检定工作，测量的次数越多，测量结果往往会集中在一个特定的区间之内。这个现象即是说明被测量的真值无法准确复现，测量结果会带有不确定度。而计量检定结果的可信程度由不确定度的评定来体现。

由设备、测量方法、环境变化、人员自身原因等都是不确定度的来源。同时，各种随机因素的影响、修正系统影响的不完善、测量定义和复现抽样的不确定性等特殊情况，也都对测量结果的不确定度有贡献。原则上，各种不确定度来源对测量结果都有影响，不应轻易忽略。但为了简化测量结果的评定工作，在对不确定度来源大小都很清楚的前提下，也应当分清主次。并且，如果这些来源并不相互独立，在分析处理时也应该更加细致地考虑。

为保证科研试验数据的准确可靠，现需要对实验室新购入的DH5981型动态电阻应变仪进行应变示值测量结果的不确定度进行评定。DH5981利用以太网交换机扩展，支持计算机实现多通道动态应变应力同步测试分析。计量标准装置也是新投入使用的DR-12型数字式模拟标准应变量校准器，数字式校准器相比之前的拨盘式校准器操作更为方便，并能够支持自动测量。

现在根据计量规范要求对待测应变仪的示值测量结果进行不确定度评定。

1.测量过程概述

1.1 测量依据：根据JJG 623-2005《电阻应变仪计量检定规程》。

1.2 计量标准：计量标准装置为DR-12型数字式标准模拟应变量校准器，根据说明书及检定证书，它的应变测量范围为±(1～100000)με，准确度级别为0.05级。

1.3 待测仪器：DH5981动态电阻应变仪，其应变测量范围为±(1～50000)με，准确度级别为0.5级。

1.4 环境要求：环境温度：(20±5)℃，相对湿度：(30~80)%。

1.5 测量方法：如下图所示，按说明书要求采用半桥的接线方式，将标准装置与待测仪器相连，待测仪器通过网线与计算机连接，做好接地等准备工作，预热一小时。标准应变值εs由标准模拟应变量校准器DR-12给出，然后在被测仪器上读出对应的应变量读数值εr，二者的差值即是待测仪器的示值误差。

图1 电阻应变仪检定装置的组成

1.6 评定结果的使用

本文分析的是该被测应变仪在指定测量点（10000με）正方向测量结果不确定度的评定。10000με测量点的负方向以及其他测量点的正负方向也可以使用此评定方法。该被测仪器的其他通道乃至于其他待测应变仪也可参照此方法进行不确定度的评定。

2.数学模型

εr=εs+δa +δb

其中，εr为被测仪器的读数值；εs是由计量标准器给出的标准应变值；δa是因为测量重复性而引起的误差；δb则是由环境条件变化引起的误差。δa和δb均用百分数表示。

灵敏系数：c1==1，c2==1，c3==1

3.不确定度分量的计算

3.1 标准不确定度的A类评定

检定时读数的重复性的不一致可能由测量电桥不平衡、放大器的非线性等原因引起，按照A类标准不确定度评定，计算因测量重复性引入的标准不确定度u()。

在符合规程规定的环境条件内，以正方向10000με测量点为例，由应变量校准器输出10000με，连续测量10次，记录读数如表1所示：

表1测量数据（单位：με）

平均值==10004.7με

根据贝塞尔公式，单次测量的实验标准偏差s==0.95με

相对标准不确定度u()= με=0.30με

3.2标准不确定度的B类评定

(1)因计量标准装置引入的标准不确定度u(εs)

计量标准装置引入的标准不确定度按照B类标准不确定度评定。本次计量检定使用的标准装置DR-12是经由上级计量检定机构检定合格的，根据上级检定机构出具的检定证书给出的信息，其准确度等级为0.05级，最大允许误差为±(0.05%×读数+0.2με)。

在10000με处区间半宽度a=(0.05%×10000+0.2) με=5.2με

按均匀分步考虑，取k=，其引入的不确定度分量u(εs)= με≈3.00με

(2)由环境因素引入的标准不确定度u()

因为计量检定工作是在计量室进行的，环境条件近乎恒温恒湿，完全能够符合检定规程的要求，因此，此部分由环境条件引入的标准不确定度可以忽略不计。

4.合成标准不确定度

不确定度分量如表2所示：

表2 标准不确定度一览表

可确定以上各项的不确定度分量互无关联，所以合成不确定度为

uc()==3.01με

5.扩展不确定度

取k=2，U=k uc()=2×3.01με=6.02με

相对不确定度Urel=6.02×10-4(k=2)

6.测量不确定度的报告与表示

被测动态应变仪DH5981通道1的10000με正方向示值误差的扩展不确定度为，U=6.02με(k=2)

相对不确定度Urel=6.02×10-4 (k=2)

7.结语

本文浅谈了不确定度的来源，并以DH5981动态电阻应变仪为例，对其示值的测量结果的不确定度来源进行了分析和评定。示值误差是电阻应变仪进行测量时的重要指标，也是保证电阻应变仪测量结果准确可靠的重要参数。通过对该型号动态电阻应变仪示值误差进行不确定度分析和评定，实现量值溯源，对科研生产的技术保障有着十分重要的意义。

参考文献

[1]JJG 623—2005,电阻应变仪检定规程[S]．

[2]JJF 1059.1-2012,测量不确定度评定与表示[S].