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        測量不確定度分析在力學(xué)計量中的應(yīng)用

        2021-01-09 00:49:33張改娥何飛王娜王晶山西新華防化裝備研究院有限公司山西太原030008
        化工管理 2021年35期
        關(guān)鍵詞:讀數(shù)力學(xué)計量

        張改娥,何飛,王娜,王晶(山西新華防化裝備研究院有限公司,山西 太原 030008)

        0 引言

        為了使力學(xué)檢測及計量時的相關(guān)數(shù)據(jù)得到更進一步規(guī)范,文章將會從一些常見的物理測量儀器的測量步驟以及數(shù)據(jù)進行分析,并針對測量過程當(dāng)中出現(xiàn)的一些不確定度進行更深一步的研究。在研究的過程當(dāng)中可以針對不同的物理測量儀器來構(gòu)建相關(guān)的數(shù)學(xué)模型,通過構(gòu)建出來的數(shù)學(xué)模型,來分析這些不確定度的來源。明確這些不確定度的來源,對后續(xù)繼續(xù)研究力學(xué)測量中不確定度具有一定的指導(dǎo)意義。

        1 測量的重要意義

        眾所周知,物理實驗在進行時,是離不開測量的。而根據(jù)被測量對象的不同,測量又被分為直接測量與間接測量。直接測量就是在對被測量對象進行測量時,測量工具與被測量對象之間不用進行函數(shù)關(guān)系的轉(zhuǎn)化來輔助計算。而間接測量則與此相反,還需要通過函數(shù)關(guān)系的轉(zhuǎn)化來輔助計算,才能得出測量結(jié)果。

        另外,隨著中國對于力學(xué)計量當(dāng)中相關(guān)的政策的頒布,力學(xué)計量對于相關(guān)計量單位測量過程當(dāng)中的不確定度分析起到了一定的參考作用[1]。由此可見,做好力學(xué)計量當(dāng)中不確定度的分析對物理實驗所需要的數(shù)據(jù)作出了巨大的貢獻。在此基礎(chǔ)之上,文章將重點來介紹不確定度的概念,根據(jù)如何確定計量中不確定度的來源來進行方法上的探究,在探究的過程當(dāng)中,將重點以一些市場上比較常見的物理測量儀器為依據(jù)進行相關(guān)數(shù)據(jù)的分析概括總結(jié)。

        2 測量不確定度的概念

        在介紹不確定度的來源之前,首先應(yīng)該明確什么是測量不確定度。而測量不僅僅是局限于物理實驗當(dāng)中的,因為測量的范圍比較廣,除了物理實驗,還會被應(yīng)用到農(nóng)業(yè)工業(yè)出口貿(mào)易等各個領(lǐng)域當(dāng)中。之所以進行測量,主要是為了確定被測量對象的量值,之所以要確定被測量對象的量值,主要是因為測量的質(zhì)量直接會與國家的安全,國家的經(jīng)濟發(fā)展水平等掛鉤。因為測量在國家領(lǐng)域來說應(yīng)用的范圍比較廣泛,尤其是航空航天領(lǐng)域,對一些精密的航天儀器在測量時,如果因為測量度不夠準(zhǔn)確,就會造成巨大的失誤。另外在國際進出口貿(mào)易上,如果測量的量度不夠準(zhǔn)確,或者在測量時出現(xiàn)了不確定度,就會使得在國際貿(mào)易出口上存在一定的經(jīng)濟損失。

        除了從國家領(lǐng)域的角度來考慮測量的重要性,還應(yīng)該意識到測量對于人們生活水平以及健康水平的影響,因為在一些藥物領(lǐng)域也要進行測量,藥物領(lǐng)域與人們的生活以及生命安全,身體健康直接掛鉤。在藥物測量當(dāng)中也可以被分為兩個方面來探討。第一個方面就是相關(guān)專業(yè)人士在對某些藥物的計量進行配比時,如果測量的精確度不夠,就會使得配比出來的藥物不能發(fā)揮其療效以及作用[2]。通過以上的這些例子就可以看出,不確定度在測量當(dāng)中發(fā)揮了十分重要的作用,而且測量過程當(dāng)中的不確定度,也可以被解釋為測量結(jié)果的質(zhì)量。通常情況下,測量當(dāng)中的不確定度就是用來測定某一計量單位測量結(jié)果以及質(zhì)量的參考依據(jù),這一參考依據(jù)在應(yīng)用過程當(dāng)中,往往根據(jù)測量的不確定度大小來進行判斷。如果計量單位當(dāng)中測量不確定度過小,就說明該統(tǒng)計單位當(dāng)中測量出來的質(zhì)量較高。相反,如果測得出來的不確定度較大,則說明測量出來的質(zhì)量比較低。而且上述這些例子還說明,在進行決策之前,不能僅僅依靠測量的數(shù)據(jù)或者測量得出的結(jié)論來直接進行某一事項的決策。因為在決策過程當(dāng)中,如果僅僅依靠這些測量的數(shù)據(jù)或者測量時得出的結(jié)論來進行測量的話,就會給后期的工作造成無法預(yù)計的損失[3]。所以,在力學(xué)計量當(dāng)中應(yīng)該進一步探討這些計量過程當(dāng)中出現(xiàn)不確定度的來源,找到這些不確定度存在的來源之后,就可以相對應(yīng)的提出一些解決措施,盡量減少這些不確定度出現(xiàn)的頻率。

        3 測量不確定度的來源

        3.1 在測量時沒有準(zhǔn)確表明相對應(yīng)的測量條件

        在力學(xué)計量過程中,對一些數(shù)值進行測量時,之所以存在許多的不確定度,主要是因為在測量之前沒有對于被測量對象應(yīng)該所處的環(huán)境以及條件進行準(zhǔn)確的描述。以最簡單的測量某一根鋼筋的長度為例,在測量時一些工作人員往往表述為測量某一根鋼筋的長度,從工作人員的表述,就可以看出其在表述過程當(dāng)中并沒有明確測量的單位精確到哪一測量單位,也沒有表述被測量對象鋼筋在測量時所處的環(huán)境。因為這些鋼筋在測量時,如果所處的環(huán)境不同,其所承受的壓力,壓強以及空氣之間的密度等這些參數(shù)都會使測量出來的鋼筋長度數(shù)據(jù)受到影響。因此在對被測量對象測量之前,沒有明確測量的單位被測量對象所處環(huán)境,就會使得測量過程當(dāng)中存在許多不確定度。正因為有了這些不確定度的存在,才會使得所測出來的數(shù)值存在一定的偏差,測量得出的結(jié)果以及質(zhì)量也會受到影響。

        3.2 測量方法不當(dāng)

        測量方法使用不恰當(dāng),也會對被測量對象的精確度造成影響,但是在相關(guān)的學(xué)測量及統(tǒng)計過程當(dāng)中,要想使測量方法得到恰當(dāng)?shù)奶幚?,就需要對被測對象所處的外部環(huán)境進行嚴(yán)格的控制。但是大部分實驗室在進行測量時,并不能按照規(guī)定完整的復(fù)原被測量對象所要達到的測量環(huán)境,因此被測量對象所受到的壓力,壓強,密度等外部環(huán)境因素也不能被改變,所以測得出來的數(shù)值會存在一定的偏差。所以說再進行決策之前,并不能僅僅依靠測量出來的數(shù)據(jù)來作為決策時的參考依據(jù)。但是也不能完全忽略這些測量得出來的數(shù)據(jù),因為通過測量得出來的數(shù)據(jù)具備直接性的特點,所以能更加直接的反應(yīng)被測量對象在所處環(huán)境之下的相關(guān)系數(shù)。在對這些被測量對象進行測量時,還需要不斷調(diào)整測量的方法[4]。調(diào)整測量方法時,可以根據(jù)全國各地不同實驗室具體分布的情況來進行探討。對大部分具有國家批準(zhǔn)資格的實驗室相關(guān)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計,尤其是外部環(huán)境因素對實驗室力學(xué)計量的影響要重點進行統(tǒng)計。將所有統(tǒng)計得來的數(shù)據(jù)進行匯總分析,通過測量數(shù)據(jù)匯總分析之后,就可以按照實際情況來制定一套全國通用的測量標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中還應(yīng)該對于不確定度存在的范圍進行嚴(yán)格的規(guī)定,只要這些實驗室在對力學(xué)計量單位進行測量時存在的誤差不超過所規(guī)定的范圍,其所測得的數(shù)據(jù)就具有參考意義。

        3.3 測量人員讀數(shù)造成的誤差

        力學(xué)計量不同于普通的單位測量,因為力學(xué)計量在物理實驗中應(yīng)用的范圍較廣,所以在對測得的數(shù)據(jù)進行讀數(shù)時,也對讀數(shù)人員有更高的專業(yè)要求[5]。通過調(diào)查問卷,發(fā)現(xiàn)大部分長期從事于實驗室工作的科研人員,在讀數(shù)時具有較高的專業(yè)水平,但是也有一部分工作人員由于長期處于超負荷工作的狀態(tài),所以其所處環(huán)境壓力較大,因此在進行某些實驗的讀數(shù)時,會因為個人原因造成讀數(shù)時的誤差。這些個別的案例也充分說明了力學(xué)計量測量過程當(dāng)中存在不確定度的因素。為了使這一影響因素對于力學(xué)計量單位的不確定度產(chǎn)生的影響降低,就需要減輕一部分實驗室工作人員的工作壓力。對某些需要長期研究的科研項目應(yīng)該合理分工,分工的過程當(dāng)中還應(yīng)該考慮到每個科研人員實際的工作能力與水平。另外,還應(yīng)該分配專業(yè)的指導(dǎo)人士,在普通科研人員與專業(yè)指導(dǎo)人士的互相配合之下,這些科研人員的工作壓力才會得到更進一步的減輕。當(dāng)這些重大科研項目完成之后,應(yīng)該合理安排科研人員進行精神上的放松,這樣做才能緩解其工作時的壓力,使其繼續(xù)在科研過程當(dāng)中發(fā)揮其價值與作用??蒲腥藛T到工作水平與能力得到進一步鍛煉之后,其在讀書過程當(dāng)中產(chǎn)生誤差的可能性也才會更進一步的降低,力學(xué)計量當(dāng)中存在不確定度的影響因素也會慢慢減少。

        3.4 測量過程出現(xiàn)誤差

        (1)測量順序。應(yīng)嚴(yán)格按照測量規(guī)范規(guī)定的進行。遺漏或顛倒某一操作過程都有可能造成測量結(jié)果的誤差,甚至使測量失去意義。

        (2)測量次數(shù)。一般來說測量次數(shù)不同,測量精度也不同,增加測量次數(shù),可以提高測量精度。但n>10以后,已減少得非常緩慢。此外,由于測量次數(shù)愈大,也愈難保證測量條件的恒定,從而帶來新的誤差,因此一般情況下取n=10以內(nèi)較為適應(yīng)。

        (3)測量所需時間。有的測量規(guī)定必須在一定條件下,一定時間內(nèi)完成超出則結(jié)果不準(zhǔn)確。如器具潮態(tài)試驗后的泄漏電流測試必須在5 s內(nèi)完成。

        (4)測量點數(shù)。操作規(guī)范規(guī)定測量若干點。但實際檢測中,為節(jié)省時間或出于其他考慮減少或增加了測量點數(shù),也對最終結(jié)果有影響,如在噪聲測試中。

        (5)瞄準(zhǔn)方式。測量方法不同,采用的測量儀器不同,對應(yīng)的瞄準(zhǔn)方式也不同,如采取目測或用光學(xué)瞄準(zhǔn),其瞄準(zhǔn)精度必然不同。

        (6)方向性。測量結(jié)果須在一定穩(wěn)態(tài)下獲得,實驗中以不同方向趨于穩(wěn)態(tài),對于有些測量設(shè)備,如具有滯后或磁滯性的儀器讀數(shù)是不同的。

        4 結(jié)語

        力學(xué)計量過程當(dāng)中不確定度的存在會使得對于某些力學(xué)單位進行測量時存在測量精度不高的現(xiàn)象,影響測量的質(zhì)量與水平。文章重點介紹了測量過程當(dāng)中不確定度的概念,并就這些不確定度的來源進行了分析,但這些不確定度的來源除了文章介紹到的幾點之外,還有其他的來源。所以需要不斷地發(fā)掘這些不確定度來源,從而使力學(xué)計量的質(zhì)量得到更進一步的提升與保證。

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