浅析测量不确定度评定及在三坐标测量机的应用

浅析测量不确定度评定及在三坐标测量机的应用

郭剑飞

中车沈阳机车车辆有限公司   辽宁沈阳 110142

摘要：不确定度测量是测量评定指标，是评价测量结果的重要依据。特别是在中国加入世界贸易组织(WTO)的背景下，评定不确定性具有重要的现实意义。不确定度的测量方法进行了讨论，并分析了不确定度测量中的应用。

关键词：测量不确定度；概述；方法：应用

不确定度的测量是质量和过程检查的标准评估方法，也是验证过程的重要要求。随着我国国际地位的提高，我国计量法制的要求越来越严格、标准化，国际计量标准的要求越来越全面，我国计量水平不断提高。因此，有必要提高工作学习和工作技能，将测量范围扩大到测量不确定度的更广泛的应用。

一、测量不确定度概述

测量不确定度主要是测量结果的一个定量特征，它根据测量结果的可靠、真实和可用性来决定测量结果的性能。在当前任务中，指标的可用性在很大程度上取决于不确定性。因此，为了使测量工作，有必要及时解释测量的不确定性，并作为后续工作的参考。在测量不确定度时，总体不确定度的测量是合理的，统计分散性是与测量结果相关的特殊参数。在实际工作分析中，测量不确定度表示符号没有明确，因此不能用标准偏差来证实，一般来说，测量不确定度与人们的生活密切相关，一般的思想、观念和不确定性是根据人们的经验和数据来评价的。因此，根据测试条件得出的结论应该是不同的。

二、测量不确定度评定方法

1.评定静态不确定度。是对测试对象评价的理论统计计算，国内外有许多实验公式和方法，如确定实验对象的最大变化，应用公式进行最小二乘不确定度估计试验不确定度估计模型。这些方法是一系列用于测量标准和规范化静态不确定度的方法。

2.评定动态不确定度。它是一种基于新模型和理论的新型测量方法。动态测量将现代误差理论应用于测试过程，以更准确、更便捷地反映测量结果的质量。然而，由于不确定性的动态测量方法的发展，应用存在局限性。为了确保质量管理的准确性，必须考虑动态和静态组合。

三、测量不确定度评定流程

1.不确定性分析的数学模型。在测量方法和原理的基础上，建立数学模型，以相应地分析不确定性的来源，揭示不确定性的组成。

2.评估条件的不确定性分量。在方评定A和B类中不确定度的标准分量，并对此处给出的测量结果进行了统计分析，以确定最佳估计和最佳估计之间的测试标准偏差。B类分布特征，用于根据权威机构颁发的测量信息、材料标准证书、校准证书、测量设备的测量精度和人员经验计算测量元件的标准不确定度。

3.计算不确定性合成标准。在计算之前，有必要计算灵敏度系数，并确定不确定度的不同分量之间是否存在相关性，最后，使用方和根的方法来计算标准不确定度。

4.不确定性扩展。标准不确定度乘以系数k的扩展不确定度，除非另有说明，否则系数通常为2。

5.总体测量的结果代。表估计的不确定性，其范围和价值应根据概率和因子的取值。

四、不确定度评定实例

作为三坐标测量机应用示例，在实验室中引入了二等标准量块，其中包含50 mm坐标长度。LH10128使用1000 x 1200 x 800 mm的测量范围和Metsoft CM测量软件。测试在标准长度L=50 mm的二等量块进行，测量结果的不确定性由JJF1059测量的不确定性提供。

1.任务。长度为二等钢质L=50 mm量块。

2.原理。接触、直接法、绝对测量法

3.方法。将测量单元L=50mm放在坐标测量机的二等钢质上，调整测量机的坐标以满足测量要求。块长度测量程序旨在测量块长度测量结果和块长度测量过程自动化的最终结果。

4.条件。实验室温度（20±2）℃梯度1℃，湿度≤65%。经过验证的坐标测量工具和二等量块全年安装在测试实验室中，以满足测试要求。

5.数学模型。数学模型L=Ls基于测量原理和方法，Ls在坐标系中测量的块长度的指定值。

6.不确定度分量在测量值10次的U1复位(A级评定)不确定度的测量范围(n=10)中指定的二等标准量块在表1中。

表1测量结果

由公式贝塞尔：

算术平均值为50，000 mm(最佳估计值)，实验标准偏差s(xk)=0.001491 mm，引入的标准重复测量中不确定度分量。三坐标测量机不确定部分以分量显示，最大允许误差为U2(B类)MPE为（2.0+L/300）μm取决于均匀分布，包括U2=(0+50x10-3/300)/μm=1.155μm。由于环境温度u3(B类)的不确定性，实验室温度在（20±2）℃得到精确控制，因为（10.2±0.5）×10-6℃-1三坐标测量器光栅尺线和钢质膨胀系数（11.5±1.0）×10-6℃-1。温度线膨胀的差异是由于三角分布范围系数差△α应在（1.3±1.5）×10-6℃-1，半宽度a为1.5×10-6℃-1，由被测对象引入的标准不确定度u4（B类评定），二等标准量块的长度在制造过程中存在误差，由此引入一个标准不确定度，又查得该二等标准量块的检定证书上标明其扩展不确定度为0.1+1.0Lμm（L代表两块长度，单位m），包含因子k=2.62，则：u4=（0.1+1.0×50×10-3）/2.62=0.0573μm。

7.综合标准的不确定性。总结基本参考不确定度，测量单位的长度与坐标二等量块L=50mm。

8.不确定性扩展。其中K=2，扩展测量不确定度:U=Kuc=2336μm，二等标准量块L长度=50μm用三个坐标测量，扩展不确定度8.U=2.336μm，不确定性扩展是将标准不确定性乘以包含因子概率约为95%

包括校准、验证、审查和准备学术报告、规范、产品标准合同协议书，以评估与结果测量相关的不确定性，应包括测量不确定度的完整性。随着实验室认证和测量检测领域国家技术标准的全面实施，对检测结果的科学评估、对测量不确定度的理解以及对测量检验专家的方法和途径的评估将成为主要任务。

参考文献：

[1]国家质量技术监督局．中华人民共和国国家技术规范JJFl059，测量不确定度与表示[s]．北京：中国计量出版社，2022．

[2]李彦．测量不确定度评定与表示指南[M]．北京：中国计量出版社，2022．