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超聲波厚度測量不確定度的分析與計算
發布時間：2017-09-01
1引言
一切測量結果都不可避免地具有不確定度。所謂不確定度實際上就是表征合理地賦予被測量值之間的分散性與測量結果相聯系的參數。廣義而言,它指的是對測量結果的可疑程度,由多個分量組成。在超聲波測厚的實際操作中,由于影響因素很多,必然會產生測量結果的可疑程度。本文根據國際通用的《測量不確定度表示指南》對超聲波測厚儀厚度測量進行了不確定度的評定和表述。
2超聲波測厚厚度測量不確定度分析與計算
根據JJF1059-1999《測量不確定度評定與表示》標準中對不確定度的定義和評定要求,我們對本單位超聲波測厚儀測量10 mm厚度不確定度進行評定。
根據GB11344-1989《接觸式超聲波脈沖回波法測厚》進行測厚操作,厚度測量的合成不確定度涉及超聲波測厚儀(AD-3253B)、標準量塊和被測樣品及其他因素。
第一步:定性分析誤差源及不確定度分量(見表1)。
第二步:定量分析及正確計算不確定度分量(見表2)
2.1測量不確定度的A類分量計算
測試樣品采用雙晶直探頭鋼板標準試塊10 mm厚度,由一名技術人員進行實際操作,一次測量3點,測量4次。每次測量完畢,測厚儀復位至初始狀態,關閉電源,拆除探頭及連接電纜,其目的在于使每次測量結果彼此獨立。厚度測量值見表3:
根據JJF1059-1999標準4.1中(7)、(9)、(11)公式,計算如下:
(1)12次觀測結果的算術平均值:
2.2測量不確定度的B類分量計算
用不同于對觀測列進行統計分析的方法來評定標準不確定度,稱為B類不確定度,記為u(xi)。它主要由測厚儀精度限制和其它系統性因素所產生。最大誤差可以從測厚儀說明書和標準試塊計量校準書以及以前的觀測數據中獲得,它表征測厚儀及其系統,在正常使用條件下,一次測量可能產生的最大誤差。可看做均勻分布,分布因子3 ,對應表2的B類不確定度分量計算如下:
(1)測量儀說明書中給出的測量精度,25℃時為:±0.1±0.5%Tmm,記為△10=0.15 mm
(4)在常溫工況下環境溫度對測量結果沒有影響,u(x6)≈0
2.3標準不確定度的評定
因被測量y為相互獨立的輸入量xi的線性函數,合成標準不確定度的計算如下:
2.4擴展不確定度的評定
測量結果不確定度的給定概率p= 95%時,包含因子kp=k95=2。擴展不確定度表示大約是置信概率區間的半寬度,計算如下:U=uc(y)×kp= 0.095×2 =0.19 mm
3測量結果的表述和意義
測量不確定度是對測量結果準確性的定量表征,完整的測量結果至少含有兩個基本量:一是被測量的測量值;二是描述該測量結果分散性的大小,即測量結果不確定度。不確定度需要有兩個數表示,一個是置信概率,另一個是對應該置信概率的區間寬度。
所以可以說前述的厚度測量值測定為9.98±0.19 mm,有95%的置信概率。可以寫成:9.98±0.19mm,置信概率為95%。這個表述是說對厚度10 mm試樣的厚度測量值在9.79 mm到10.17 mm之間有95%的把握。
4結論
在實際操作中對超聲波測厚的影響因素較多,評定不確定度較為復雜,但只要運用正確的方法同時對各種影響因素準確賦值,那么對其不確定度的評定也就較為簡單了。
摘自：中國計量測控網
