吳凱飛 章芳芳（浙江省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，浙江 杭州 310000)

20鋼鋼板總脫碳層深度測(cè)量不確定度的評(píng)定

吳凱飛 章芳芳（浙江省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，浙江 杭州 310000)

隨著當(dāng)代經(jīng)濟(jì)全球化、高新技術(shù)的迅猛發(fā)展，對(duì)各行業(yè)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)結(jié)果的可靠性要求越來越高，除了要獲得檢測(cè)結(jié)果之外，還要求知道檢測(cè)結(jié)果的測(cè)量不確定度。測(cè)量不確定度就是表征合理地賦予被測(cè)量值的分散性，與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。不確定度越小，則測(cè)量結(jié)果的可疑程度越小，測(cè)量結(jié)果的水平和質(zhì)量越高。本文采用綜合評(píng)定法對(duì)20鋼鋼板總脫碳層深度的測(cè)量不確定度來源進(jìn)行了分析，并且對(duì)每個(gè)不確定度分量進(jìn)行了評(píng)定，從而得到了最后結(jié)果，即可靠的擴(kuò)展不確定度。

1 概述

測(cè)量方法：依據(jù)GB/T224-2008《鋼的脫碳層深度測(cè)定法》。

環(huán)境條件：試驗(yàn)溫度為22℃，濕度為58%RH。

測(cè)量設(shè)備：奧林巴斯GX71金相顯微鏡，川大CIAS-M2000金相圖像分析軟件，經(jīng)計(jì)量單位檢定合格。

檢測(cè)對(duì)象：滿足GB/T224-2008要求的20鋼鋼板試樣。

測(cè)量過程：根據(jù)GB/T224-2008《鋼的脫碳層深度測(cè)定法》的規(guī)定，將樣品置于100倍的顯微鏡下觀察，選取具有代表性的5個(gè)區(qū)域，用川大CIAS-M2000金相圖像分析軟件對(duì)每個(gè)區(qū)域進(jìn)行5次測(cè)量。按同樣的方法，由3人進(jìn)行測(cè)量。

2 建立數(shù)學(xué)模型

根據(jù)GB/T224-2008，綜合評(píng)定法的數(shù)學(xué)模型為：

式中，y——輸出量，總脫碳層深度測(cè)量設(shè)備讀出值；

x——輸入量，總脫碳層深度測(cè)定結(jié)果。

3 測(cè)量不確定度來源的分析

主要來源：由測(cè)量重復(fù)性引入的測(cè)量不確定度分量u1(x)；由金相顯微鏡放大倍率的不準(zhǔn)確性引入的測(cè)量不確定度分量u2(x)；由金相顯微鏡測(cè)定系統(tǒng)的分辨力所引入的測(cè)量不確定度分量u3(x)；CIAS-M2000軟件測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)尺準(zhǔn)確度引入的不確定度分量u4(x)。

4 測(cè)量不確定度的評(píng)定

4.1 由測(cè)量重復(fù)性引入的測(cè)量不確定度分量u1(x)

對(duì)選定的20鋼鋼板進(jìn)行總脫碳層深度的測(cè)定，選擇樣品的3個(gè)不同的區(qū)域共進(jìn)行了15次測(cè)定，由3人進(jìn)行測(cè)量，其結(jié)果見表1。

表1 20鋼鋼板總脫碳層深度的3組測(cè)定值

測(cè)定的總脫碳層深度平均值為：

式中，xi——總脫碳層深度的第i次測(cè)試值，μm；

根據(jù)表1數(shù)據(jù)，分別計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)偏差s1，s2和s3，即：

同理，計(jì)算出：s2=3.44μm,；s3=4.67μm。

合并樣本標(biāo)準(zhǔn)差為：

標(biāo)準(zhǔn)差sj的標(biāo)準(zhǔn)差為：

根據(jù)GB/T224-2008標(biāo)準(zhǔn)，觀測(cè)次數(shù)k=5，則u1(x)為：

自由度為：

4.2 由金相顯微鏡放大倍率的不準(zhǔn)確性引入的測(cè)量不確定度分量u2(x)

本測(cè)定項(xiàng)目中，所使用的奧林巴斯GX71金相顯微鏡的放大倍率為100倍，由檢定證書可知放大倍率的不準(zhǔn)確定為± 2.0%，屬于正態(tài)分布，若置信概率取95%，由總平均值255.04μm作為測(cè)定20鋼鋼板總脫碳層深度的最終結(jié)果，則u2(x)為：

4.3 由金相顯微鏡測(cè)定系統(tǒng)的分辨力所引入的測(cè)量不確定度分量u3(x)

金相顯微鏡測(cè)定系統(tǒng)的分辨力為0.01μm，屬于均勻分布，其所引入的測(cè)量不確定度分量u3(x)為：

4.4 CIAS-M2000軟件測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)尺準(zhǔn)確度引入的不確定度分量u4(x)

CIAS-M2000軟件測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)尺的準(zhǔn)確度（即測(cè)量誤差）為2μm，由于測(cè)量的是放大的圖像，所以實(shí)際引入的誤差按放大倍數(shù)縮小，所以誤差為≤±0.02μm，屬于均勻分布，則u4(x)為：

5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算

由于各分量間彼此不相關(guān)，故合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc為：

6 擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

取k=2，則擴(kuò)展不確定度為：

根據(jù)JJF1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》標(biāo)準(zhǔn)，出具的不確定度報(bào)告只允許兩位有效數(shù)字，故取U=6.3μm。

7 測(cè)定結(jié)果

20鋼鋼板總脫碳層深度的測(cè)量不確定度報(bào)告為：

總脫碳層深度測(cè)量值為255.04μm，U=6.3μm，k=2。

其意義是：可以期望在（255.04-6.3）μm至（255.04+6.3）μm的區(qū)間，包含了20鋼鋼板總脫碳層深度測(cè)量結(jié)果可能值的95%。