測量不確定度在工程檢測領域的應用

李舒萍

摘要：按照CHAS RL07-2011《測量不確定度的要求》，檢測實驗室應有能力對每項有數值要求的測量結果進行測量不確定度評估。

關鍵詞：測量不確定度 工程檢測領域 應用

中圖分類號：O434文獻標識碼： A

前言：

在工程施工類試驗檢測機構的日常工作中，對某個項目或參數的測量不確定度的計算與評定是較為薄弱的環節。2011年起，中國合格評定國家認可委員會(CNAS)提出，所有獲得認可的實驗室，應有能力對每項有數值要求的測量結果進行測量不確定度評估，以反映實驗室對所測項目或參數測量結果的偏差的評估能力，從而不斷提升檢測技術水平，更好地做好試驗檢測工作。以工程施工類試驗檢測機構一些常規項目為例，闡述測量不確定度在工程施工類試驗檢測機構中的應用方法、影響程度及其報告的編制，可為工程施工類試驗檢測機構開展測量不確定度的計算與評定提供參考。

一、測量及測量不確定度

按照計量學的定義，測量是一個廣義的概念，在工程建設施工中，測量這個概念既包含“測”又包含“量”，即既包含對某工程項目或部位的幾何尺寸度量，又包含試驗檢測、物資和能源計量等所有能確定量值的工作。

JJF 1059-1999《測量不確定度評定與表示》規定，測量不確定度是表征合理地賦予被測量之值的分散性，與測量結果相聯系的參數;也可理解為對某一測量結果的可疑程度，或是由測量結果給出的被測量估計值的可能誤差的度量，是對被測量的真值所處范圍的評定。

過去，習慣使用“誤差”這個概念，但測量誤差與測量不確定度是完全不同的概念，不應混淆或誤用。例如，對同一被測量，不論其測量程序、測量條件如何，對于相同的測量結果，其誤差完全相同，而在重復性條件下，對于相同的測量結果，可能會產生完全不相同的不確定度。因操作方法、設備故障、技術水平等原因產生的測量和讀數等錯誤不屬于測量不確定度的評定范疇。

測量不確定度適用于各種測量和測量中所用到的各種數據，即具有普遍適用性。由于測量方法、程序、條件、設備和操作人員技術水平等原因，一切測量結果都不可避免地具有不確定度，因此，如何計算和評價測量結果的可疑程度，是表征檢測機構對某一項目或參數測量結果準確度范圍、反映檢測機構綜合技術能力的一個十分重要的方面。

二、測量不確定度的評定

由于總是存在于隨機誤差在測量過程中，并沒有完全消除或修正系統誤差，沒有實際測量，可以獲得測量的真值，測量結果總是不準確。測量結果的測量不確定度評估是決定確定的程度及其對應的置信概率，賦予一定的置信概率的測量不確定度。

1、 A類評定

2、 B類評定

B類不確定度評定的信息來源：B類這種不確定度主要來自于各種不同類型的儀器和測量方法，該方法的應用測量理論不同的近似模型，等等。因此，B類評價的不確定性主要是從以上幾個方面獲取信息。在實際測量，測量方法可以優化，理論模型近似可以修改，它們產生測量不確定度基本上可以忽略不計，重點考慮的應該是各種不同類型的不確定性產生的儀器。

當估計測量值xi不是通過反復觀察取得，標準的不確定度u（xi）的可用xi來評估相關的信息或數據可能會改變。

特征的測量儀器可以使用的最大允許誤差、條款如描述的錯誤。在測量儀器中規定的技術規范、規程，以允許誤差范圍，稱為“最大允許誤差”或“允許誤差限”。這是工廠對一些類型的儀器誤差值在規定的允許范圍，而不是一個儀器誤差的實際。最大允許誤差測量儀器可以檢測到的設備規格，或根據儀器，如水平，劃分價值估計。最大允許誤差測量儀器不是測量不確定度，但可以作為依據測量不確定度的評估。測量結果的不確定性引入的測量儀器可以根據最大允許誤差的儀器和評價方法評價B類。

在評價方法的不確定性的B類，首先，要解決的問題是，如何假設概率分布。是測量根據“中心極限定理”，雖然價值的概率分布是任意的，但只要測量的次數足夠多，算術平均的一個概率分布為近似正態分布。如果測量是受大量的獨立隨機量的影響，這些影響的概率分布的量各不相同，但每個變量的影響都很小時，被測量隨機變化將服從正態分布。如果測量的影響和影響的隨機系統，和影響的數量沒有任何其他的信息，一般假設均勻分布。在某些情況下，可以使用同事的共識，如微波測量失配誤差是正弦分布等。B類不確定度分析的可靠性取決于可用的信息的質量，要盡可能的充分利用長期價值估計的概率分布的觀察。

三、測量不確定度在工程試驗檢測數據處理中的應用

試驗室根據《試驗室和檢查機構資質認定管理辦法》、《檢測和校準試驗室能力的通用要求》（gb/t27025-2008）建立后，準確的表達量是基于測量不確定度評估來實現。測量不確定度是合理的評估值的分散性給定的測量，測量結果相關的參數，它表示值的真值的測量范圍，并通過測量真值在一定的概率條件下可以有機會試驗得到真值。

評定工程試驗的不確定度的主要程序：（1）根據試驗方法和過程，確定試驗結果的數學模型；（2）考察數學模型，確定各不確定度來源及分量；（3）實施試驗，并計算測量結果；（4）計算各個不確定度分量；（5）確定各不確定度分量是否彼此不相關；（6）變換數學模型，簡化不確定度分量的合成；（7）計算擴展不確定度，并出具不確定度報告。

測量可能導致的測量不確定度的來源主要是操作人員、設備、測試方法、設施、環境條件、提取樣品，如一般主要考慮十個方面： ①測量的定義是不完整的；②重復測量的方法不是完美的；③抽樣的代表性不足，樣本測試并不代表一個定義為測量整體；④測量過程的理解受環境是不適當的或對環境的測量和控制是不完美的；⑤閱讀的模擬儀表人類遷移；⑥測量儀器來測量性能（如靈敏度、分辨率，分辨率，死區和穩定性等）的限制；⑦測量不確定度的標準或參考材料；⑧指的是不確定性的數據或其他參數；⑨測量方法和測量過程的近似和假設；⑩是在同樣的條件下測量的重復觀測的變化。因此可以確定的是，所有不確定度的來源都包括由于測量重復性等隨機效應引入的不確定度分量和由于儀表測量準確度等系統效應引入的不確定度分量。

工程測量試驗的不確定性分為標準不確定度和擴展不確定度。標準不確定度表示測量不確定度的標準偏差。擴展不確定度是使用合成多個表示的不確定性，給出了測量結果的不確定性，與給定概率給出的值包含在范圍的測量。合成標準不確定度的測量結果是由其他幾個數量值，并根據每個組件的標準不確定度的計算方差或（和）協方差，這是估計的標準偏差的測量結果。

很多情況下各不確定度分量之間是相關的，比較這種不確定度分量相關對總不確定度貢獻的大小，盡量忽略各分量之間的相關性，這對于不確定度分量合成的簡化是非常有效的。對于不能忽略的，按照有關規則進行額外的計算。對于大部分工程試驗，各不確定度分量之間的相關性是可以忽略的。

對工程試驗進行不確定度評定，不僅可以有效地提高效益、降低風險，還能根據不確定度分量的大小，在以后的試驗中采取可行的措施，如校準測量儀器并使用證書上給出的校準修正值、對知道的任何（或其它）誤差做進一步修正、選擇最好的測量儀器等，以及養成良好的測量習慣來降低試驗的總不確定度，提高試驗本身的質量。

結語：

測量的不確定性已經受到越來越多的重視，國際組織表達的測量不確定度可以極大地統一對工程試驗測量數據偏離真值的理解和解釋。加強研究與應用測量不確定度的相關分析技術，且提高分析測試水平的同時，能夠更好地統一國內、外的思想方法，使不確定度的分析更趨于合理，從而保證質量控制在工程試驗數據處理應用中具有更靈活的選擇余地和操作。

參考文獻

[1]李永賢.水泥比表面積檢驗不確定度評定[J].交通標準化，2011（11）.

[2]雷利玲.穩定土基層和底基層的質量檢驗和評定[J].中南公路工程，2001（4）.

[3]解先榮.測量不確定度在交通工程試驗檢測數據處理中的應用[J].公路交通科技（應用技術版），2006（6）.

[4]李方東.測量不確定度及其在工程試驗檢測中的應用[J].公路與汽運，2006（3）.

[5]康寧.紡織試驗室測量不確定度和檢測質量控制應用研究[J].南京理工大學，2010（1）.