工程材料检测中不确定度的评定方法研究
黄秋锋分享
摘 要:对于工程材料检测检验实验室,为提高测量不确定度评定的可靠性,必须合理制定测量不确定度的评定程序。本文重点探讨钢筋拉伸试验测量不确定度的评定方法和数学表达。并对评定程序和方法进行分析，对今后类似测量中的不确定度评定提供参考。
关键词:材料检测;测量不确定度;数学模型;评定
1.前言
从原则上讲，在给出任何测量结果的同时均应该给出测量结果的不确定度。在国家实验室认可工作中，ISO/IEC17025：1999标准规定，检测实验室应该有能力对所有的检测结果进行不确定度的评定。
本文结合“福建省公路工程试验检测中心”国家实验室认可工作，对测量不确定度评定中，如何建立数学模型，如何分析与计算不确定度分量，非线形数学模型处理，包含因子的取值，以及是否需要计算自由因子等问题，提供一些具体的实用性的解决思路。本方法适合于检测实验室的测量不确定度的评定。
2.试验原理
钢筋试件的截面为圆形。拉伸强度以试验过程中最大作用力除以试件的截面积表示。忽略温度和应变率对测量结果的影响。试件直径用千分尺测量。
3.数学模型
第一步找出所有对测量结果有影响的影响量，即所有的测量不确定度来源，再建立满足测量所要求准确度的数学模型。
在温度和其他条件不变时，钢筋拉伸强度表示为：
式中， Rm—抗拉强度(MPa)；
F—试件断裂时的拉力(N) ；
S。—试件截面积(mm2)；
d—试件直径(mm)。
由于上述数学模型存在显著的非线形，所以不确定度传播定律中的所有不确定度全部改用相对不确定度来表示，而不需考虑高阶项。
于是，测量不确定度评定的数学模型为：
u2crel(Rm)=u2rel(F)+4u2rel(d)
4.测量不确定度的评定步骤
4.1 计算各测量不确定度分量，ui(y)
4.1.1 直径测量引入的不确定度分量，urel(d)
试件标称直径10mm,直径测量不确定度由两部分组成，即千分尺的示值误差导致的不确定度和操作者所引入的测量不确定度。
（1）千分尺示值误差导致的不确定度，u1(d)
若千分尺的最大允许误差为±3,以均匀分布估计，则：
4.1.2 拉力Fm测量所引入的不确定度分量，urel(F)
拉力F的测量不确定度来源于仪器校准的不确定度，仪器的测量不确定度和读数不确定度等三方面。
（1）仪器校准的不确定度，u1rel(F)
若仪器校准的不确定度为U95=0.2%，于是标准不确定度为：
（3）读数的不确定度，u3rel(F)
以满刻度为200KN，分度值为0.5KN的指针式仪表为例，若可以估读到五分之一分度，即0.1KN，依相对值估计为0.05%。
由于被测件不一定在满刻度处断裂，并且在选择仪器的测量范围时通常使断裂时指针的位置不小于满刻度的五分之一。假设测量时断裂即发生在该处，则0.1KN即相当于0.25%。假定其为均匀分布，故标准不确定度为：
5.测量不确定度报告
拉伸强度Rm=（509.3±5.6）MPa。其中扩展不确定度U=5.6MPa是由标准不确定度uc =2.8MPa乘以包含因子k=2得到。
6.评定方法效果评价
实践表明，对于工程材料力学测量中不确定度的评定，用直接评定法无法评定的具有一定难度的检测项目，都可参照上述方法进行评定。该评定法对检测结果不确定度的评定具有可行性，并且提高了试验结果测量不确定度的准确性和可靠性，解决了不确定度评价中的某些难点。本研究证实了中国合格评定国家认可委员会新发布的CNAS-GL10：2006《材料理化检验测量不确定度评估指南及实例》所给予的指导是正确的。该方法实施效果，必将在今后工程材料检测中得以彰显。
参考文献：
[1]测量不确定度评定与表示（JJF 1059-1999）.
[2]中国实验室认可委员会编著·中国实验室注册评审员培训教程，中国标准出版社，2001.
[3]ISO/TAG4/WG3·Guide to zhe Expression of Uncertainty in Measurement ,1993.
[4]倪育才主编·测量不确定度评定实用讲义,2002.
关键词:材料检测;测量不确定度;数学模型;评定
1.前言
从原则上讲，在给出任何测量结果的同时均应该给出测量结果的不确定度。在国家实验室认可工作中，ISO/IEC17025：1999标准规定，检测实验室应该有能力对所有的检测结果进行不确定度的评定。
本文结合“福建省公路工程试验检测中心”国家实验室认可工作，对测量不确定度评定中，如何建立数学模型，如何分析与计算不确定度分量，非线形数学模型处理，包含因子的取值，以及是否需要计算自由因子等问题，提供一些具体的实用性的解决思路。本方法适合于检测实验室的测量不确定度的评定。
2.试验原理
钢筋试件的截面为圆形。拉伸强度以试验过程中最大作用力除以试件的截面积表示。忽略温度和应变率对测量结果的影响。试件直径用千分尺测量。
3.数学模型
第一步找出所有对测量结果有影响的影响量，即所有的测量不确定度来源，再建立满足测量所要求准确度的数学模型。
在温度和其他条件不变时，钢筋拉伸强度表示为：
式中， Rm—抗拉强度(MPa)；
F—试件断裂时的拉力(N) ；
S。—试件截面积(mm2)；
d—试件直径(mm)。
由于上述数学模型存在显著的非线形，所以不确定度传播定律中的所有不确定度全部改用相对不确定度来表示，而不需考虑高阶项。
于是，测量不确定度评定的数学模型为：
u2crel(Rm)=u2rel(F)+4u2rel(d)
4.测量不确定度的评定步骤
4.1 计算各测量不确定度分量，ui(y)
4.1.1 直径测量引入的不确定度分量，urel(d)
试件标称直径10mm,直径测量不确定度由两部分组成，即千分尺的示值误差导致的不确定度和操作者所引入的测量不确定度。
（1）千分尺示值误差导致的不确定度，u1(d)
若千分尺的最大允许误差为±3,以均匀分布估计，则：
4.1.2 拉力Fm测量所引入的不确定度分量，urel(F)
拉力F的测量不确定度来源于仪器校准的不确定度，仪器的测量不确定度和读数不确定度等三方面。
（1）仪器校准的不确定度，u1rel(F)
若仪器校准的不确定度为U95=0.2%，于是标准不确定度为：
（3）读数的不确定度，u3rel(F)
以满刻度为200KN，分度值为0.5KN的指针式仪表为例，若可以估读到五分之一分度，即0.1KN，依相对值估计为0.05%。
由于被测件不一定在满刻度处断裂，并且在选择仪器的测量范围时通常使断裂时指针的位置不小于满刻度的五分之一。假设测量时断裂即发生在该处，则0.1KN即相当于0.25%。假定其为均匀分布，故标准不确定度为：
5.测量不确定度报告
拉伸强度Rm=（509.3±5.6）MPa。其中扩展不确定度U=5.6MPa是由标准不确定度uc =2.8MPa乘以包含因子k=2得到。
6.评定方法效果评价
实践表明，对于工程材料力学测量中不确定度的评定，用直接评定法无法评定的具有一定难度的检测项目，都可参照上述方法进行评定。该评定法对检测结果不确定度的评定具有可行性，并且提高了试验结果测量不确定度的准确性和可靠性，解决了不确定度评价中的某些难点。本研究证实了中国合格评定国家认可委员会新发布的CNAS-GL10：2006《材料理化检验测量不确定度评估指南及实例》所给予的指导是正确的。该方法实施效果，必将在今后工程材料检测中得以彰显。
参考文献：
[1]测量不确定度评定与表示（JJF 1059-1999）.
[2]中国实验室认可委员会编著·中国实验室注册评审员培训教程，中国标准出版社，2001.
[3]ISO/TAG4/WG3·Guide to zhe Expression of Uncertainty in Measurement ,1993.
[4]倪育才主编·测量不确定度评定实用讲义,2002.
