李 鋼 紀(jì)迎平 李志銳 方素香

（天津大學(xué)內(nèi)燃機(jī)研究所 天津 300072）

引言

在產(chǎn)品檢測(cè)的領(lǐng)域中，測(cè)量不確定度（uncertainty of measurement）是一個(gè)非常重要的項(xiàng)目，它是指根據(jù)所用到的信息，表征賦予被測(cè)量的量值分散性的非負(fù)參數(shù)，也就是針對(duì)某個(gè)檢測(cè)項(xiàng)目在考慮了所有的引起測(cè)量值分散的因素后可能引起的測(cè)量結(jié)果的某一概率下的偏離區(qū)間。國(guó)際上在測(cè)量不確定度領(lǐng)域主要用到的標(biāo)準(zhǔn)為ISO/IEC GUIDE 98-3-2008《測(cè)量不確定度第三部分：測(cè)量不確定度表示指南》（Uncertainty of measurement-Part 3:Guide to the expression of uncertainty in measurement）。該標(biāo)準(zhǔn)也是我國(guó)JJF 1059-2012《測(cè)量不確定度評(píng)估與表示》的重要技術(shù)來(lái)源。針對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)檢測(cè)項(xiàng)目不確定度，歐洲沒(méi)有該領(lǐng)域的系統(tǒng)性指導(dǎo)文件。對(duì)于機(jī)動(dòng)車(chē)燈光檢驗(yàn)項(xiàng)目，在聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)國(guó)際汽車(chē)照明及光信號(hào)裝置專(zhuān)家組（GTB）光學(xué)工作組制定的《燈光實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)確度導(dǎo)則》（《Photometry Laboratory Accuracy Guidelines》）的附件D中有相應(yīng)的規(guī)定。我國(guó)這方面的標(biāo)準(zhǔn)為中華人民共和國(guó)國(guó)家計(jì)量技術(shù)規(guī)范JJF1059-2012。在機(jī)動(dòng)車(chē)檢測(cè)領(lǐng)域，中國(guó)合格評(píng)估國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)于2014年9月1日發(fā)布并實(shí)施了CNASGL35《汽車(chē)和摩托車(chē)檢測(cè)領(lǐng)域典型參數(shù)的測(cè)量不確定度評(píng)估指南及實(shí)例》，該文件既給出了測(cè)量不確定度評(píng)估的基本程序，也列舉了包括機(jī)動(dòng)車(chē)前照燈配光性能在內(nèi)的7個(gè)汽車(chē)和摩托車(chē)檢測(cè)項(xiàng)目的不確定度評(píng)估實(shí)例。2017年1月1日，新國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB19152-2016《發(fā)射對(duì)稱(chēng)近光和/或遠(yuǎn)光的機(jī)動(dòng)車(chē)前照燈》實(shí)施[1]，新標(biāo)準(zhǔn)與老標(biāo)準(zhǔn)在檢驗(yàn)方法、坐標(biāo)系等關(guān)系到不確定度的方面均有變化，因此，對(duì)于CNAS-GL35給出的評(píng)估實(shí)例也應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。本文就基于GB19152-2016，參考CNAS-GL35中的實(shí)例針對(duì)機(jī)動(dòng)車(chē)前照燈配光性能項(xiàng)目對(duì)中歐的測(cè)量不確定度要求進(jìn)行分析。

1 項(xiàng)目介紹

根據(jù)GB19152-2016《發(fā)射對(duì)稱(chēng)近光和/或遠(yuǎn)光的機(jī)動(dòng)車(chē)前照燈》的要求，建立了數(shù)學(xué)模型，測(cè)量示意圖如圖1所示。

圖1 測(cè)量示意圖

1.1 發(fā)光強(qiáng)度值

在距離樣品基準(zhǔn)中心點(diǎn)25 m的屏幕上測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)要求的各個(gè)測(cè)試點(diǎn)上的發(fā)光強(qiáng)度值I0，根據(jù)光學(xué)平方反比定律：

式中：L為轉(zhuǎn)臺(tái)基準(zhǔn)中心到照度計(jì)垂直距離，E0為照度計(jì)測(cè)得的該點(diǎn)照度值。

1.2 靈敏系數(shù)

1）轉(zhuǎn)臺(tái)基準(zhǔn)中心至屏幕HV點(diǎn)的實(shí)際距離L對(duì)測(cè)量結(jié)果的靈敏系數(shù)為：

2）照度值對(duì)測(cè)量結(jié)果的靈敏系數(shù)為：

2 不確定度的來(lái)源

不確定度來(lái)源有重復(fù)性測(cè)量誤差、檢驗(yàn)設(shè)備精度或誤差（如照度計(jì)精度）等，具體見(jiàn)圖2所示。

圖2 不確定度來(lái)源示意圖

3 不確定度評(píng)估方法的選擇

3.1 CNAS-GL35與GB19152-2016

通過(guò)對(duì)前照燈配光性能測(cè)量過(guò)程進(jìn)行分析，影響測(cè)量結(jié)果的主要因素如圖2所示。其中由于試驗(yàn)人員對(duì)樣品（含試驗(yàn)夾具）安裝帶來(lái)的影響可以通過(guò)A類(lèi)方法進(jìn)行評(píng)估，其他因素可以通過(guò)B類(lèi)方法進(jìn)行評(píng)估。所有來(lái)源具體如下：

1）重復(fù)性測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uA，采用A類(lèi)方法評(píng)估；

2）轉(zhuǎn)臺(tái)基準(zhǔn)中心至屏幕HV點(diǎn)的實(shí)際距離L的測(cè)量誤差引起的不確定度，采用B類(lèi)方法評(píng)估；

3）照度值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（E），采用B類(lèi)方法評(píng)估。

根據(jù)CNAS組織開(kāi)展過(guò)的調(diào)查分析，環(huán)境因素（溫濕度、雜散光等）對(duì)試驗(yàn)結(jié)果帶來(lái)的影響極小，因此評(píng)估時(shí)不考慮由環(huán)境因素對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成的不確定度。

3.2 GTB

1）給出了重復(fù)測(cè)量的評(píng)估方法，未具體說(shuō)明使用條件；

2）給出了光度測(cè)試系統(tǒng)光強(qiáng)分量、角度分量和標(biāo)準(zhǔn)燈泡分量的不確定度評(píng)估值。

4 各不確定度分量的評(píng)估

各設(shè)備精度等數(shù)值為實(shí)際說(shuō)明書(shū)中參數(shù)或計(jì)量檢定證書(shū)中的結(jié)果。

4.1 常規(guī)方法

對(duì)于重復(fù)性測(cè)量引入的不確定度，目前中國(guó)與歐洲通常都是對(duì)被測(cè)量多次測(cè)量后使用貝塞爾公式計(jì)算得出，因該不確定度評(píng)定為常規(guī)方法，本文不再進(jìn)一步給出示例。

4.2 轉(zhuǎn)臺(tái)基準(zhǔn)中心至屏幕HV點(diǎn)的實(shí)際距離L的測(cè)量誤差引起的不確定度u（L）

1）CNAS-GL35與GB19152-2016[2-3]：該不確定度主要由激光測(cè)距儀的測(cè)量精度引起。查激光測(cè)距儀的精度為0.000 7 m，k=2。則

2）GTB：未考慮該部分的不確定度分量。

4.3 測(cè)量點(diǎn)至回轉(zhuǎn)中心的連線(xiàn)和基準(zhǔn)軸線(xiàn)的夾角的測(cè)量誤差引起的不確定度u（α）

1）CNAS-GL35與GB19152-2016：因GB19152-2016中已將平面坐標(biāo)系改為球面坐標(biāo)系，從原理上消除了cos3（α）的修正項(xiàng)，因此不考慮該項(xiàng)目的影響[4-5]。

2）GTB：俯仰和旋轉(zhuǎn)的不確定度貢獻(xiàn)值均為0.289°，轉(zhuǎn)臺(tái)調(diào)節(jié)量引起的不確定度貢獻(xiàn)值為0.0288°，合成角度不確定度貢獻(xiàn)值為0.41°。

計(jì)算得：u（α）=0.41°=0.007 2 rad

4.4 照度值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度u rel（E）評(píng)估

光通量與電流的關(guān)系：同一燈泡在標(biāo)稱(chēng)電流附近其電流與光通量成正比。即

式中：Κ1為該燈泡特有的系數(shù)。

照度值與光通量的關(guān)系：同一燈具測(cè)量屏幕上任何一點(diǎn)的照度與其光源光通量成正比。即：

式中：Κ2為該燈具該點(diǎn)的配光性能系數(shù)。

于鶴軒來(lái)找主任，點(diǎn)了下遲恒采訪(fǎng)陵礦危庫(kù)治理工程的事，話(huà)一轉(zhuǎn)，說(shuō)教育局要做半個(gè)頭版報(bào)道，三萬(wàn)，給你社會(huì)部做行了吧？主任找遲恒通氣，遲恒分析：“這樣交換，錢(qián)面上過(guò)得去，但我這個(gè)海寧日?qǐng)?bào)社會(huì)新聞部的遲記者，今后還會(huì)不會(huì)被人踹出門(mén)，就不好說(shuō)了?！?/p>

4.5 配光標(biāo)準(zhǔn)燈泡引起的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度u rel（E1）評(píng)估

4.5.1 CNAS-GL35與GB19152-2016 1）道路機(jī)動(dòng)車(chē)燈絲燈泡測(cè)量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

2）全自動(dòng)燈具配光分析系統(tǒng)的電流表準(zhǔn)確度引起的光通量相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度urel（φ2）：

urel（E1）=urel（φ）=0.32%

4.5.2 GTB

1）無(wú)道路機(jī)動(dòng)車(chē)燈絲燈泡測(cè)量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的內(nèi)容；

4.6 照度計(jì)的相對(duì)不確定度u rel（E2）

1）CNAS-GL35與GB19152-2016：由校準(zhǔn)證書(shū)中，照度計(jì)相對(duì)擴(kuò)展不確定度為1.2%（k=2）

2）GTB：照度計(jì)相對(duì)不確定度為GTB：

urel（E2）=1.154%

4.7 照度計(jì)的合成相對(duì)不確定度

5 前照燈配光性能測(cè)量的B類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)不確定度

前照燈配光性能測(cè)量的B類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)不確定度匯總?cè)绫?所示。

6 B類(lèi)合成相對(duì)不確定度

1）CNAS-GL35與GB19152-2016：

表1 前照燈配光性能測(cè)量的B類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)不確定度

7 結(jié)論

1）無(wú)論是CNAS-GL35結(jié)合GB19152-2016給出的實(shí)例還是GTB給出的不確定度影響因素，其重要不確定度來(lái)源均包括測(cè)量點(diǎn)至回轉(zhuǎn)中心的連線(xiàn)測(cè)量誤差引起的不確定度和照度值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度這兩個(gè)因素。

2）在產(chǎn)生不確定度的因素中，由距離和角度等由精密測(cè)量或精密機(jī)械實(shí)現(xiàn)的項(xiàng)目，其測(cè)量誤差產(chǎn)生的不確定度比較小，合成后所占的權(quán)重更小，甚至可以忽略。

3）兩種不確定度的評(píng)估中都是照度值的相對(duì)不確定度最大，但在其分量中CNAS-GL35結(jié)合GB19152-2016給出的實(shí)例中的電流表誤差造成的不確定度大于照度計(jì)本身的不確定度。而GTB中該項(xiàng)不確定度主要有照度計(jì)誤差產(chǎn)生。從這個(gè)角度也可以得出減小測(cè)量不確定度的方法和角度。

4）文中CNAS-GL35結(jié)合GB19152-2016給出的實(shí)例所得出的不確定度值小于通過(guò)GTB給出的指標(biāo)計(jì)算出的值不代表歐洲的項(xiàng)目的不確定度更大，GTB給出的只是最低的要求，實(shí)際使用的設(shè)備應(yīng)優(yōu)于給出的指標(biāo)，因此不確定度值應(yīng)低于本文所計(jì)算的結(jié)果。