楊俊杰

（珠海市金灣區(qū)建設工程質量監(jiān)測站，廣東珠海 519041）

一切測量結果都具有不確定度。不論是CMA 資質認定還是CNAS 能力認可評審，都要求檢驗檢測機構具備對每一項檢測參數數值進行測量不確定度評定的能力。在實際工作中，當檢測結果與標準要求限制非常接近時，在不給出不確定度的情況下，直接依照檢測結果進行結論判定往往會承擔巨大的誤判風險。當前，對不確定度的研究已比較成熟，已有相關標準對不確定度進行規(guī)范化流程指引。而在實際工作中，尤其是在建材檢測領域，由于各實驗室能力參差不齊，檢測人員素質高低有別，不確定度評定這項工作往往未能被正確對待。通過提煉總結建材檢測的特點，梳理出一種簡化過的、具有普遍適用性的不確定評定流程，可為建材實驗室的不確定度評定工作提供借鑒，從而大大降低不確定度評定工作難度，提升實驗室測量不確定度評定工作的整體水平。

1 建材實驗室測量方法特點

建設工程領域建材檢測實驗室主要為建設工程材料進場驗收提供第三方檢測服務，按照樣品特點，試驗可主要分為可重復試驗的非破壞性檢驗和單個樣品無法重復測量的破壞性檢驗。建材檢測往往單一檢測方法較簡單，但樣品種類和檢測參數繁多，對每個檢測結果逐一進行不確定度評定難度較大。檢測機構常常因為評定過程煩瑣，而忽略了測量不確定的評定工作。

在本單位建材檢測項目的不確定評定過程中，對不確定主要貢獻進行統(tǒng)計分析時，發(fā)現(xiàn)不確定度貢獻最大的為重復測量所計算所得的系統(tǒng)誤差。因此，設計一個好的重復試驗可將檢測模型簡化為幾個基本分量。在此基礎上，提出一種通用簡化的測量不確定度評定方法，可大大降低不確定度評定工作難度，提高可操作性。

2 測量數學模型的建立

在建材檢測中，常見的測量物理量為載荷、尺寸、質量、溫度等，這些測量數據基本都能通過直接讀數所得，且不相關。某一項檢測參數的結果，為上述基本物理量實測數據經過公式計算而來，如強度等于載荷除以受力面積等。用公式表達可為：

在實際應用中，根據檢測項目確定具體計算公式，公式中有多少直接測得的物理量，即可認為有多少個不確定度的分量。

3 各分量不確定度的評定

3.1 合理設計獨立重復試驗

考慮不同因素對各分量不確定度的影響，一般從人員操作、設備準確度和重復性、樣品的均勻程度等方面來考慮。設計包含所有不確定因素的獨立重復試驗，重復試驗次數見表1。每個不確定度分量的獨立重復測量總次數以不少于10 次為宜。

表1 獨立重復試驗次數分布

3.2 計算各分量重復試驗結果的實驗標準偏差

根據貝塞爾公式，計算各個分量測得值的試驗標準偏差：

式中：xk-單次測量結果；x-重復測量結果的平均值。

在具體檢測方法中，若某個分量取值為取m 個檢測值的平均值，則該分量的A 類標準不確定度為：

3.3 計算各分量的靈敏系數

對式（1）求導，得：

式中：C1-分量X1的靈敏系數；C2-分量X2的靈敏系數，以此類推。

3.4 設備設備引起的B 類不確定度

查閱設備技術資料和校準證書，找出設備準確度，可認為設備示值在準確度范圍內均勻波動，服從均勻分布。設其波動半寬為a，由設備引起的不確定度可統(tǒng)一表示為：

4 合成不確定度

將各分量合成，按式（6）進行計算

5 結果表達

測量不確定的結果宜表示為擴展不確定度，擴展不確定度由合成標準不確定乘以包含因子所得，包含因子一般取值為k=2。

因此，最終不確定度可以表示為U=k·UC，k=2。

不確定計算時，結果修約應與檢測數據結果位數保持一致。

6 應用實例（以水泥三天抗壓強度為例）

6.1 試驗方法

水泥強度檢驗采用《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO 法）》（GB/T 17671—1999）進行檢驗。準確稱取450g 水泥樣品，與1350g 標準砂和225g 水混合，攪拌后裝入試模成型，振實后在20±1℃，相對濕度不大于90%的養(yǎng)護箱養(yǎng)護24h 后脫模，隨后放入20±1℃的水中養(yǎng)護至規(guī)定齡期。取出后，在壓力試驗機上使用專用夾具進行強度試驗。

6.2 測量數學模型及不確定度來源分析

強度公式：RC=FC/A，F(xiàn)C-極限載荷；A-受壓部分面積。

根據強度公式可知，強度與極限載荷和受壓部分面積有關，而在水泥3d 抗壓試驗時，受壓部分面積取固定值40×40=16000mm2，因此A 可看做是常數。其抗壓強度值主要受極限載荷單一因素影響，因此測量數學模型可進一步簡化為：Y=X。

6.3 重復試驗

進一步分析可知，不同操作人員操作習慣，不同設備的計量特性可能會對試驗結果產生影響。本單位實驗室在日常檢測中，有兩臺抗壓設備隨機選用，有3 名檢測人員隨機取用樣品進行檢測，在設計重復試驗時，盡量能還原日常檢測過程，以充分考慮不同因素產生的影響。

選取了一份約10kg 的水泥樣品，經勻質化處理后均分成18份，每名試驗員成型6 組抗壓強度樣品后，分別在兩臺壓力試驗機上進行3d 抗壓強度試驗，每組樣品6 個強度數據的平均值作為本組抗壓強度值。具體試驗數據如表2。

表2 重復試驗檢測結果匯總

6.4 不確定度計算

利用貝塞爾公式：S（x）=1.6MPa。

由前述分析可知，抗壓強度不確定度被簡化為僅有隨機效應這一個誤差，各影響因素已被包含到重復試驗中。同時，在進行計算時，直接將6 個平均值作為單次測量結果，因此，A 類標準不確定應為：u（x）=S（x）=1.6MPa。

擴展不確定度為：U=ku=2×1.6=3.2MPa，k=2。

7 結語

本文在總結建材檢測實驗室不確定評定的基礎上，提煉出了一種適用于簡單測量模型（通常是物理檢測）的不確定度通用評定方法。針對日常不確定度評定中難以確定不確定來源，并難以對各來源進行量化評價的難點，利用合理設計重復試驗的方法確定各分量不確定度的具體計算過程。該計算方法的不足之處在于，將檢測模型簡化為獨立不相關的幾個直接測得物理量的簡單數學運算，對于一些非直接讀數（如需要工作曲線準換數據）所得的物理量，其不確定度評定數據精確度大大降低，計算結果往往偏大。在對不確定度評定沒有嚴格的精確度要求的情況下，參考此流程，可大大降低不確定度評定難度，可對實驗室檢測能力及數據應用，提供有益參考。