摘要：试验室要保证测量结果的准确性和有效性，所使用的仪器设备正常运行是关键。人、机、料、法、环五大要素相辅相成共同决定了检测结果的准确性。完整的测量结果应包括不确定度的说明，本文通过B20mm热轧带肋钢筋抗拉强度测量不确定度评定的计算分析供大家探讨。
关键词：不确定度；试验检测；应用
引言
完整的测量结果应包括不确定度的说明，使人们能够了解该测得量值的可信程度。进行任何一种测量，都希望获得可靠的测量结果，不管多么精确，都做不到丝毫不差。由于多种因素影响测量过程，所有测量结果都不可能绝对准确。这种误差就是不确定度，它表示了测量结果的误差程度，数值越小，说明测量结果越准确。CNAS要求对有数值的测量结果评估不确定度，其趋势是要求越来越严。JJF 1059.1是采用ISO/IEC Gukde 98-3：2008《测量不确定度表示指南》的方法进行测量不确定度评定，简称GUM法，其主要适用条件为：（1）可以假设输入量的概率分布呈对称分布；（2）可以假设输出量的概率分布近似为正态分布或t分布；（3）测量模型为线型模型、可转化为线性的模型或可用线性模型近似的模型。本文通过假设输出量的概率分布近似为正态分布进行分析计算。
1统计术语及计量术语概述
1.1实验标准偏差（贝塞尔公式法）
由有限次独立重复测量的一系列观测值计算的算术平均值代入式1.1得到的单个测得值的实验标准偏差。用S表示。
式中：n—测量次数；
1.2算术平均值
数值的和除以数值的个数称为算术平均值或平均值。
式中：
1.3测量不确定度
表征赋予被测量值分散性的非负参数。是说明测得值分散性的参数，不说明测得值是否接近真值。
1.4标准不确定度
以标准偏差表示的测量不确定度。
标准不确定度有两类评定方法：A类评定和B类评定。
A类评定：对在规定测量条件下测得的量值用统计分析的方法进行测量不确定度分量的评定。
B类评定：不同于A类评定方法进行测量不确定度分量的评定。常用的B类不确定度的概率分布有三种：①正态分布；②矩形（均匀）分布；③三角分布。
1.5合成标准不确定度
由在一个测量模型中各输入量的标准不确定度获得的输出量的标准不确定度。用uc表示
1.6扩展不确定度
合成标准不确定度与一个大于1的数字因子的乘积。用U表示，U=kuc，k是大于1的数字因子，其大小取决于测量模型中输出量的概率分布及所取的包含概率。在不确定度评定中，若输出量的概率分布接近正态分布，当包含因子k＝2时，测得值落在包含概率约为95%；当包含因子k＝3时，测得值落在包含概率约为99%
1.7 k的确定方法
（1）已知扩展不确定度是合成标准不确定度的若干倍时，则该倍数就是包含因子k。
（2）假设正态分布时，根据要求查表得到k。
正态分布的置信因子k与概率p的关系
（3）假设非正态分布，根据概率分布查表得到k。
几种非正态概率分布的置信因子k
2 GUM法评定测量不确定度的步骤
（1）明确被测量的定义；
（2）明确测量原理、测量方法、测量条件以及所用的测量标准、测量仪器或测量系统；
（3）建立被测量模型，分析并列出对测量结果有明显影响的不确定度来源；
（4）定量评定各输入量的标准不确定度；
（5）计算合成标准不确定度；
（6）确定扩展不确定度；
（7）报告测量结果。
3 B20mm热轧带肋钢筋抗拉强度测量不确定度评定的计算示例
直接测量是我们遇到的最多的也是最基本的测量。通过测量与被测量有函数关系的其他量，按函数关系计算出被测量之值的间接测量方法是建立在直接测量的基础上的测量。
不确定度来源主要包括：
（1）测量重复性，采用A类评定方法评定。
（2）测量设备，包括测量设备的误差或不确定度，以及设备分分辩力（读数）误差，采用B类方法评定。
本次试验采用间接测量方法进行测量。
3.1概述
（1）目的：评定B20热轧带肋钢筋抗拉强度结果的不确定度。
（2）检测依据：《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》（GB/T228.1-2010）
（3）环境条件：室温23±5℃，正常大气压
（4）测量仪器设备：HUT305A微机控制电液伺服万能试验机。技术指标：最大试验力300kN；准确度等级为1级。经检定合格，并在检定有效期内使用。
（5）被测样品及检测参数。B20热轧带肋钢筋抗拉强度
（6）测量方法。此次钢筋抗拉试验在相同的测量程序、相同的试验人员、相同条件、相同地点以及在短时间内重复测量。在夹持试件时，先夹持上部、清零力值后再夹持下部，夹持下部以后不再次进行清零的步骤进行操作；拉伸速率控制模式结合检测规范选择应力速率控制模式进行检测，在弹性和屈服阶段采用位移速率2mm.min-1，屈服之后采用位移速率10mm.min-1直至拉断。
（7）评定结果的使用：只要符合上述条件，一般可直接使用本不确定度的评定方法，但不同的测量结果应有不同的不确定度的值。
3.2数学模型
抗拉强度定义为试验过程中的最大拉力F与初始截面积A之比。
（式3.2）
式中：——抗拉强度（N/mm2）
F——最大拉力值（N）
A——试件横截面积（mm2）
d——试件直径（mm）
试验过程中应保持规定的温度和应变速率，因此式3.2是在特定温度和应变速率下的测量抗拉强度数学模型。
3.3测量不确定度的来源
被测量的不确定来源有：
（1）最大拉力值F的测量重复性，属于A类评定方法；
（2）拉力机最大允差引起的最大拉力值F的测量不确定度，属于B类评定方法；
（3）试件横截面积A的测量不确定度，属于B类评定方法。
3.4不确定度传播律
不确定度传播律，该式采用方差合成，可给出由输入分量标准不确定度表示的输出量标准不确定度。忽略应变速率和温度修正系数的影响，输入量F与d互不相关，。则输出量（被测量）的相对标准不确定度为：
（式3.4）
式中：
灵敏系数：C1=1，C2=-2
3.5输入量的标准不确定度的评定
（1）输入量F测量的标准不确定度评定。
输入量F有三个不确定来源：最大拉力值F的测量重复性；拉力机最大允差引起的最大拉力值F的测量不确定度；试件横截面积A的测量不确定度。
①最大拉力值F的测量重复性引入的标准不确定度
采用A类评定方法。从被测试样中随意截取10根长度为600mm的试件，按照《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》（GB/T228.1-2010）的规定，将被测试样在夹持试验机上，夹持试件时，先夹持上部、清零力值后再夹持下部，夹持下部以后不再次进行清零的步骤进行操作；拉伸速率控制模式结合检测规范选择应力速率控制模式进行检测，在弹性和屈服阶段采用位移速率2mm.min-1，屈服之后采用位移速率10mm.min-1直至拉断，进行10次拉断力的测量，并记录相应的拉断力Fi=（i=1，2，……10）.10次测量结果如表3.5.1.1所示。
表3.5.1.11
应用贝塞尔公式计算单次测量的标准偏差
因为抗拉强度测量结果只由1次测量给出，所以重复性引入的标准不确定度=2.077kN
其相对标准不确定度为：
式中是10根长度为600mm的被测试样拉断力的测量平均值。
②材料试验机机最大允差引起的最大拉力值F的测量重复性引入的相对标准不确定度评定
所采用的伺服式液压万能材料试验机的最大允许示值误差为±1.0%，置信概率的分布为均匀分布。区间半宽度a1=1.0%，包含因子k1=，其相对标准不确定度：
③输入量F测量的相对合成标准不确定度评定＝＝1.278%
（2）输入量d测量的标准不确定度评定
由于按GB1499.2-2007《钢筋混凝土用钢第2部分：热轧带肋钢筋》查得B20钢筋试件直径d的允许偏差为±0.5%。假设为均匀分布，区间半宽度a2=0.5mm，包含因子k2=。由直径d的最大偏差引起的相对标准不确定度为：
3.6输出量（抗拉强度）的标准不确定度的评定
因为抗拉强度的数学模型比较简单，不需要逐项评定其标准不确定度的分量，可以直接计算抗拉强度的相对标准不确定度。
3.7抗拉强度扩展不确定度评定
取包含因子k=2，被测量抗拉强度值的分布95%可含于此区间：
不确定度分量评定汇总表
3.8抗拉强度测量的结果报告
（1）测量结果。对1根B20mm热轧带肋钢筋最大拉力F测量结果为：F=182.2kN
用该钢筋的标称直径计算得到的截面积A为：A=
B20mm热轧带肋钢筋抗拉强度测量结果可以计算得到：
（2）测量不确定度报告。测量B20mm热轧带肋钢筋抗拉强度的相对扩展不确定度为：
该钢筋抗拉强度测量扩展不确定度应表述为±，该不确定度
包含因子k=2，服从正态分布，对应包含概率p≈95%。
4结论
从原则上来说不确定度可以表征测量结果的可靠程度，是与测量结果相联系的参数。测量结果后面跟着测量不确定度，表示测量值之间的分散程度：其越值大，分散程度越大，测量结果的质量越差，为了使人们能够了解该测得量值的可信程度，应该从检测中的人、机、料、法、环、管理等各个方面加以控制。一项测量有各种因素影响，形成多个不确定度分量，因此要系统分析、评估，尽可能全面的考虑测量不确定度的来源以及概率分布才能尽可能准确的计算出测量结果的不确定度。通过B20mm热轧带肋钢筋抗拉强度测量不确定度评定的计算示例可以看出，在计算测量不确定度时，进行不确定度的来源、输入量与输出量之间的关系，根据GUM法可以较为全面表征测量结果的可靠程度。并且测量不确定的评定与表示方法适用于各种准确度等级的各类测量领域，如：量值比对的结果评价、测量仪器的内部校准、期间核查等都与工程检测息息相关，作为检验检测试验室管理人员，应掌握这一分析方法，以保证数据的准确性和有效性
论文作者:赵阳惠
论文发表刊物:《基层建设》2018年第13期
论文发表时间:2018/7/10
标签：不确定论文; 测量论文; 抗拉强度论文; 标准论文; 概率论文; 钢筋论文; 正态分布论文; 《基层建设》2018年第13期论文;