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校准结果不确定度在计量确认中的应用

仪器检定/校准/计量

  • 校准结果不确定度在计量确认中的应用


    黄永亮


    在我国经济建设各领域中离不开对各种可测的量的测量。随着生产和科学技术水平的迅猛发展，对测量的准确度和测量结果的可靠性提出了更高的要求。为使测量结果准确可靠，应选择合适的工作环境，选择的测量仪器应满足被测量的测量范围，并具备良好的稳定性及较高的准确度等级。而所选用的计量器具是否具备上述计量特性，特别是测量准确度与可靠性是否满足预期使用要求，就必须对所选用计量器具进行计量确认。

    计量确认:“为确保测量设备处于满足预期使用要求的状态需要的一组操作”。计量确认主要包括以下两个方面:

    第一，计量器具的校准。所谓校准是指:“在规定条件下为确定测量仪器或测量系统所指示的量值，或实物量具，或参考物质所代表的量值，与对应的由标准所复现的量值之间关系的一组操作。”其目的是确定计量器具的示值误差大小和其他计量特性(如需要时)，使测量仪器的量值具有溯源性。

    第二，对校准结果进行计量验证。主要是根据校准结果判定该仪器是否符合预期的使用要求。若不符合要求，则应进行调修或另行选择；当满足要求时，出具计量确认报告或相应的文件和标识。

    校准后的计量器具是否得到确认，可用校准结果的测量不确定度对仪器示值误差进行符合性判断，这样不仅可定量表示测量水平，且可降低误判的风险。具体表述为，当仪器校准结果的示值误差处于规定允许的误差上、下限之间时，可以用图1作出符合性的判断。

    由图1可知，对校准结果的确认可用示值误差及其测量不确定度两个技术指标进行综合性判定，并将该综合性判定指标作为依据大致划分为8种情况(状态)列于表1，用户可按照表中所列判定依据的不同状态，根据实际需要确定被校准计量器具是否满足预期的使用要求并决定是否予以确认。



    由以上分析不难看出，校准结果的测量不确定度是计量确认中一个重要的技术参数，为获得该参数并使校准结果的不确定度正确应用于计量确认工作中，现以游标卡尺校准结果的不确定度分析为例，说明校准结果测量不确定度的评定方法及在计量确认中的应用。

    一、校准概况

    1.校准对象

    游标卡尺，测量范围为(0～150)mm，分度值为0.01mm，MPE为±0.02mm。

    2.校准标准

    五等量块，其扩展不确定度为：


    3.环境条件

    室温为23℃；相对湿度为70%RH。

    4.校准方法

    按JJG566-1996《电机线圈游标卡尺》检定规程规定的校准点，用标准量块直接校准游标卡尺的示值，各点示值与量块尺寸之差为示值误差。此仅对121.8mm校准点进行分析。且已知其校准结果的示值误差为0.02mm。



    二、数学模式

    ΔL=La-Ls

    式中:ΔL——卡尺的示值误差，单位:mm；La——卡尺的示值，单位:mm；Ls——量块实际尺寸，单位:mm。



    三、标准不确定度评定

    1.输入量La的标准不确定度u(La)主要来源于卡尺估读误差。卡尺的分度值为0.01mm，而由于估读误差引入的标准不确定度为

    u(La)=0.01mm×0.289=0.00289mm

    2.输入量Ls的标准不确定度u(Ls)主要来源于标准量块尺寸的不确定度，五等量块的不确定度为，其包含因子k=2.7，则对于121.8mm点由于量块不确定度引入的标准不确定度为





    四、合成标准不确定度评定

    已知u(La)与u(Ls)互不相关，则121.8mm点的合成标准不确定度为



    五、扩展不确定度的评定

    取k=2，则121.8mm点的扩展不确定度为

    U=kuc(ΔL)=2×0.00292mm=0.00584mm≈0.006mm

    综上所述，已知被校准卡尺示值误差ΔX为0.02mm，其扩展不确定度为0.006mm。现可将这两个参数与示值误差符合性判断图比较，示值误差刚好为允许误差的上限值。再按综合判定表分析比较，其状态处于合格与不合格的可能性各占50%。在这种情况下，该卡尺的校准结果能否得到使用者确认，关键要看该卡尺测量被测对象的允许测量误差的大小。如果卡尺的示值误差对允许测量误差而言，可忽略不计，如两者之间不大于1/3，且其不确定度又小于示值误差的1/3，则该卡尺校准结果可被确认。如果卡尺的示值误差对于允许测量误差而言是不可忽略的，如两者之比大于1/2，则卡尺的校准结果不能得到确认。解决的方法是另选满足准确度需求的游标卡尺。

    作者单位【辽宁省大连市计量检定测试所】
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    +关注 私聊

  • 刘彦刚

    第1楼2023/10/15

    应助达人

    该文内充实丰富，在她山得到了很好的反响，特推介给我们的版友。

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    +关注 私聊

  • yayicuo

    第2楼2023/10/15

    应助达人

    刘老师有心了

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    +关注 私聊

  • 刘彦刚

    第3楼2023/10/15

    应助达人

    我最喜欢说的一句话是：帮到他人，愉悦自已。可惜我人微言轻，要不该句话就会与“送人玫瑰，手留余香”齐名。

    yayicuo(v3253952) 发表:刘老师有心了

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