超声波厚度测量不确定度的分析与计算

　　1　引言

　　一切测量结果都不可避免地具有不确定度。所谓不确定度实际上就是表征合理地赋予被测量值之间的分散性与测量结果相联系的参数。广义而言,它指的是对测量结果的可疑程度,由多个分量组成。在超声波测厚的实际操作中,由于影响因素很多,必然会产生测量结果的可疑程度。本文根据国际通用的《测量不确定度表示指南》对超声波测厚仪厚度测量进行了不确定度的评定和表述。

　　2　超声波测厚厚度测量不确定度分析与计算

　　根据JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》标准中对不确定度的定义和评定要求,我们对本单位超声波测厚仪测量10 mm厚度不确定度进行评定。

　　根据GB11344-1989《接触式超声波脉冲回波法测厚》进行测厚操作,厚度测量的合成不确定度涉及超声波测厚仪(AD-3253B)、标准量块和被测样品及其他因素。

　　第一步:定性分析误差源及不确定度分量(见表1)。

　　第二步:定量分析及正确计算不确定度分量(见表2)

　　2.1　测量不确定度的A类分量计算

　　测试样品采用双晶直探头钢板标准试块10 mm厚度,由一名技术人员进行实际操作,一次测量3点,测量4次。每次测量完毕,测厚仪复位至初始状态,关闭电源,拆除探头及连接电缆,其目的在于使每次测量结果彼此独立。厚度测量值见表3:

　　根据JJF1059-1999标准4.1中(7)、(9)、(11)公式,计算如下:

　　(1)12次观测结果的算术平均值:

　　2.2　测量不确定度的B类分量计算

　　用不同于对观测列进行统计分析的方法来评定标准不确定度,称为B类不确定度,记为u(xi)。它主要由测厚仪精度限制和其它系统性因素所产生。最大误差可以从测厚仪说明书和标准试块计量校准书以及以前的观测数据中获得,它表征测厚仪及其系统,在正常使用条件下,一次测量可能产生的最大误差。可看做均匀分布,分布因子3 ,对应表2的B类不确定度分量计算如下:

　　(1)测量仪说明书中给出的测量精度,25℃时为:±0.1±0.5%Tmm,记为△10=0.15 mm

　　(4)在常温工况下环境温度对测量结果没有影响,u(x6)≈0

　　2.3　标准不确定度的评定

　　因被测量y为相互独立的输入量xi的线性函数,合成标准不确定度的计算如下:

　　2.4　扩展不确定度的评定

　　测量结果不确定度的给定概率p= 95%时,包含因子kp=k95=2。扩展不确定度表示大约是置信概率区间的半宽度,计算如下:U=uc(y)×kp= 0.095×2 =0.19 mm

　　3　测量结果的表述和意义