计量与测试技术￣２ｏ１５丰第４２豢第３期 三等量块测量不确定度评定 刘桂忠 （中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３） 摘要：不确定度是测量工作的质量和测量结果可信赖程度和评价。按ＪＪＦ１０５９．１—２０１２标准规定，对三等量块不确定度评定。 文献标识码：Ａ 国家标准学科分类代码：４１０．５５ 关键词：量块；不确定度；评定 中图分类号：ＴＢ９３２ ＤＯＩ：１０ １５９８８／ｊ．ｃｎｋｉ．１００４—６９４１．２０１５．０３．０３９ Ｔｈｒｅｅ Ｅｑｕａｌ Ｂｌｏｃｋｓ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ Ｌｉｕ Ｇｕｉｚｈｏｎｇ １概述 为： ＝Ｌｓ＋ｄ（见图１） 不确定度是与测量结果相联系的，用以表征测值的 分散性。不确定度用以说明基准标准、检定测试水平，作 为量值溯源的依据，表示测量设备的质量。一个测量结 果，只有当知道它的测量不确定度时才有意义，才表明该 测量结果的可信赖程度。 在长度计量中，量块是进行量值溯源的主要途径，是检 定和校准各种长度计量器具示值的基准。它还可用于精密 机床的调整和检验，以及机械加工精密划线和定位等。 １．１ 测量方法 依据ＪＪＧ１４６—２００３《量块检定规程》，采用比较测量法。 １．２测量标准的测量器具及配套设备 测量器具 图１量块检足万法原理 ２．２建立测量模型 经分析被测量块的中心长度为： ｆ＝ｆ ＋ｄ—ｌｓｏｔ Ａｔ—ｆ △ （ｔ一２０）一６ （ＡＰ ）＋６（△Ｐ） 量块的测量范围：０．５ｍｍ～１００ｍｍ；允许误差极限： （０．１０＋２ Ｘ １）Ｉｘｍ。 式中：Ｚ一被测量块在标准条件下的中心长度， ｍ； 配套设备 ２ 一标准量块在标准条件下的中心长度，ｔｘｍ； ｄ一电脑量块测量仪比较测量得到标准量块与被测 电脑量块比较仪的型号规格：ｚ０．５—２８Ｐ；测量范 围：０．５ｒａｍ～５００ｒａｍ；允许误差极限：０．０３ ｍ。 平晶的型号规格：￣ｂ６０ｍｒｎ；允许误差极限：０．０２ｌｘｍ。 量块中心长度差值， ｍ； 标准量块的线膨胀系数，ｌ０ ｃｌＣ ； ～１．３校准（检定）环境条件 温度要求：２０℃；湿度要求：≤６５％。 实际情况：温度：２０℃；湿度：≤６５％。 ２测量原理 △ 一标准量块与被测量块的温度差，℃； △ 一标准量块与被测量块的线膨胀系数之差， １０一 ℃。。： ￡一被测量块的温度，℃； ２．１检定方法 依据ＪＪＧ１４６—２００３（量块检定规程》，被测量量块的 中心长度是与相同标称尺寸的标准量块中心长度比较测 量的，在电脑量块比较仪上测量头对准标准量块中心长 ６ （ＡＰ ）、６（ＡＰ）一测量位置偏离标准和被测量块中 心所产生的测量误差， ｍ。 度并读数，再将测量头对准被测量块中心长度并与标准 量块进行比较，计算长度差值ｄ，被测量量块的中心长度 收稿日期：２０１４—０９—０９ 由上式可知，量块中心长度的测量不确定度主要来 源于ｆ 、ｄ、 、Ａｔ、Ａａ、ｔ、６ （ＡＰ ）、６（ＡＰ）等影响量，并且相 互问不相关，合成标准不确定度表达式为： ｕ ＝ｃ ・／Ｚ２（ｚ ）＋ｃ ・Ｍ （ｄ）＋ｃ；・Ｍ （ ）＋ｃ ・ｕ （Ａｔ） ＋ｃ；・ （△ ）＋ｃ：・ （ｔ）十ｃ；・ （△ ）＋ｃｉ・Ｕ （Ａｐ） 刘桂忠：三等量块测量不确定度评定 式中．ｃ 一ｌ老ｌ 这里的Ｘｉ代表ｆ ｄ、 ，Ａｔ △ 、 ＰＪ △Ｐ的估计值。 ２．３灵敏系数 对（２）式中各影响量求偏导数，可得对应各影响量 的灵敏系数： Ｃ１＝ｌ Ｏｌ｛＝１ Ｃ２－－ ＩＯｌ ｌ＝１ Ｏｌ △ Ｃ３＝ ｃ ＝ ｃ ＝ｌ （卜２０）ｃ６＝ Ｏｌ＿２ １ ａｆ Ｉ ｈ Ｉ Ｏｌ ｌ ｈ ｃ７ ！ Ｉ ｃ８ Ｉ Ｊ 式中：ｈ 、 ～标准量块和被测量块的长度变动量 ３不确定度来源 三等标准量块的标准不确定度分量ｕ ；测量长度差 引入的不确定度 ；标准量块的线膨胀系数引入的不确 定度分量‰；标准量块与被测量块的温度差引入的不确 定度分量ＩＩ， ；标准量块与被测量块的线膨胀系数之差引 入的不确定度分量 ；被测量块的温度引入的不确定度 分量 ；标准量块测点位置的偏离引入的不确定度分量 ｕ，；被测量块测点位置的偏离引入的不确定度分量ｕ 。 ４不确定度分量的评定 ４．１ 三等标准量块引入的不确定度分量ｕ 根据ＪＪＧ１４６—２０１ １量块检定规程可知，三等量块长度 测量不确定度为：０．１０ｇｉｎ＋１×１０－”１ ，取其自由度 ＝５０。 表１ 三等量块引入的不确定度分量ｕ一 ４．２测量长度差引入的不确定度分量 测量长度差引入的不确定度可通过实测按Ａ类评 定。任取一组标准和被测量块重复测量６次，其测量值分别 为：－０．０６ｔｘｍ、一０．ｃｒ７ 肌、一０．（ｒ７ ｍ、一０．０８ｇｍ、一０．０７ｇ￣ｎ、 一０．０９ｔｊ￣ｎ，其算术平均值的实验标准偏差为 ：４ｎｍ。 ４．３ 标准量块的线膨胀系数引入的不确定度分量ｕ。 钢制量块的线膨胀系数应在（１１．５±１）Ｘ １０ ｃＣ 范围内，现假定其在该范围内等概率分布，可得其标准不 确定度 （ ）为： １ （０［。）＝ ＝０．５７７ ｘ １０ 。Ｃ √３ 检定三等量块时温度最大差△ 以０．０４￣Ｃ计算，于是 对应的不确定度分量为： Ｚ＝４．５ｍｍ ３＝Ｃ３ （ ）＝４．５×１０６ Ｘ ０．０４ Ｘ ０．５７７ ×１０～＝０．０１ｎｍ ５０ｒａｍ ３＝Ｃ３ｕ（ ）＝５０ Ｘ １０ Ｘ ０．０４ Ｘ ０．５７７ Ｘ ｌ０＿。。＝０．１２ｎｍ ｆ＝１００ｍｍ ｕ３＝Ｃ３“（Ｏ／ ）＝１００×１０ｏ×０．０４×０．５７７ ×ｌ０～：２．３ｎｍ ４．４标准量块与被测量块的温度差引入的不确定度分 量 检定三等量块时温度最大差△ 在±０．０４％范围内 估计，假定其在该范围内等概率分布， 则其标准不确定度“（△ ）为： ｕ（△ ）：０ ．０４：０．０２３１￣Ｃ √３ 于是对应的不确定度分量为： Ｚ＝４．５ｍｍ ｕ ＝Ｃ４ｕ（△￡）＝４．５×１０。×１１．５ Ｘ １０ ｘ０．０２３１＝０．１１ｌｌｍ ｆ－５０ｒａｍ ｕ４＝ｃ４１／，（△ｔ）＝５０ Ｘ １０。Ｘ １１．５ Ｘ １０ Ｘ ０．０２３ｌ＝１．２３ｎｍ ｚ＝１００ｍｍ ４＝Ｃ４Ｕ（△ ）＝１００ Ｘ １０。×１１．５ Ｘ １０ Ｘ０．０２３１＝２６．６ｎｍ ４．５标准量块与被测量块的线膨胀系数之差引入的不 确定度分量 钢制量块的线膨胀系数应在（１１．５±１）Ｘ １０ Ｉ６℃ 范围内，现假定标准量块和被测量块的线膨胀系数均在 ±１ Ｘ １０ ℃ 范围内等概率分布，则两量块的线膨胀系 数之差△ 应在４－２×１０－６℃ 范围内，并服从三角分布。 则其标准不确定度ｕ（△ ）为： （△ ）： ：０．８１６×１０一 ℃一１ √６ 测量时被测量块温度对标准温度２０％的偏差不超 过０．３￣ｅ， 于是对应的不确定度分量为： ｌ＝４．５ｍｍ ５＝ｃ５ （△ ）＝４．５×１０ ×０．３×０．８１６ Ｘ１０～＝０．１１ｎｍ ２＝５０ｒａｍ ５：Ｃ５Ｍ（△ ）＝５０ Ｘ １０６×０．３×０．８１６ Ｘ １０一：ｌ２．２ｎｍ ｆ＝１００ｍｍ ｕ ＝Ｃ５ （△ ）＝１００ Ｘ １０。×０．３ Ｘ ０．８１６ ×１０～：２４．５ｎｍ ４．６被测量块的温度引人的不确定度分量 量块比较测量时一般均不测量被测量块的温度ｔ，即 认为温度ｔ等于２０℃。因此ｔ与２０％的差就是ｔ的不确 定度范围。由ＪＪＧ１４６—２０１１量块检定规程中表Ｂ．２可 查得被测量块温度对２０％的偏差允许值。若ｔ在（２０± ０．３）℃范围内等概率分布，则其标准不确定度ｕ（ｔ）为： ｕ（￡）： √３ ：０．１７３。Ｃ 由于量块线膨胀系数差△ 在±２ Ｘ １０Ｉ６℃ 范围内 服从三角分布，△ 的绝对值取其最大值的一半估算，即 为１ Ｘ１０ ｏｅ～。则其对应的不确定度分量为： 计量与测试技术￣２ｏ１５年第４２豢第３期 ｌ＝４．５ｍｍ Ｍ６＝Ｃ６ （ｔ）：４．５ Ｘ １０ Ｘ １×１０一 Ｘ ０．１７３＝０．７８ｎｍ “。＿ｃ８ （ ＝ ：５４．６ｎｍ Ｚ＝５０ｒａｍ ６＝Ｃ６Ｈ（ｔ）＝５０ Ｘ １０ Ｘ １ Ｘ １０一Ｘ ０．１７３ ＝８．６５ＢＥ ５ 合成标准不确定度的计算 以上各项不确定度分量相互问不相关，合成标 “６＝Ｃ６／Ｚ（ｔ）＝１００ Ｘ １０ Ｘ １ Ｘ １０ × ｆ－１００ｒａｍ０．１７３＝１７．３ｎｍ 准不确定度表达式为： Ｕ ＝ｃ ・ （ｚ ）＋Ｃ；・ｕ （ｄ）＋Ｃ ・ （ ）＋Ｃ：・Ｕ ４．７ 标准量块测点位置的偏离引入的不确定度分量ｉｔ， 估计测点位置在量块中心附近１ｍｍ区域内等概率 分布，则其标准不确定度ｕ（ＡＰ ）为： １ （△ｆ）＋ｃ；・ｕ２（△ ）＋ｃ：・Ｕ （ｔ）＋ｃ；・ｕ （ａＰ ）＋Ｃ；・Ｕ （△Ｐ） 则： ４．５ｍｍ ｆ＝５０ｍｍ ２－１００ｒａｍ＝０．０７３ ｍ “（△Ｐ ）＝ ＝０。５７７ｍｍ √３ ＝０．０９４ｔｘｍ Ⅱ ＝０．１２５Ｉｘｍ 对应的不确定度分量为： ｌ＝４．５ｍｍ ｈ ＝１６０ｎｍ ６扩展不确定度的评定的计算 ＝２５．０ｎｍ （ａＰ Ｚ＝５０ｒａｍ ｈ。＝１８０ｎｍ 取置信概率Ｏ．９５，包含因子 ＝２ 则扩展不确定度： ｆ：４．５ｍｍ Ｕ＝０．１５ ｍ （ＡＰ １＝１００ｍｍ ｈ ：２００ｎｍ ＝２８．１ｎｍ ｆ：５０ｒａｍ Ｕ＝０．１９ ｍ Ｚ＝１００ｒａｍ Ｕ＝０．２５ ｍ ｕ７： （ＡＰ ）： ：３１．２ｎｍ 参考文献 ［１］Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ，Ｇｕｉｄｅ ｔｏ ｔｈｅ Ｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ ｏｆ Ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ ｉｎ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ［Ｓ］．１９９３． ４．８被测量块测点位置的偏离引入的不确定度分量 估计测点位置在量块中心附近１ｍｍ区域内等概率 分布，则其标准不确定度“（△Ｐ ）为： ｕ（△Ｐ）： １：０５７７ｍｍ ．［２］ＧＪＢ／Ｊ２７４９—１９９６建立测量标准技术报告的编写要求北京：国防 科工委军标出版社发行部出版，１９９６． ［３］ＪＪＦ１０５９—１９９９测量不确定度评定与表示［Ｓ］．北京：中国汁量出 版社出版，１９９９． √３ 对应的不确定度分量为： ，＝４ ５ｍＦＩｆｌ ｈ＝３００ｎＩＴＩ ［４］ＪＪＧ１４６—２００３量块检定规程［ｓ］．北京：中围计量出版社出版， ２００３． ［５］刘智敏．不确定度及其实践［Ｍ］．北京：中国标准出版社，２０００． “ ：ｃ “（△Ｐ）＝ Ｚ＝５０ｒａｍ ｈ＝３００ｎｍ ＝４６．８ｎｍ ［６］施昌彦．现代计量学概论［Ｍ］．北京：中国计量出版社，２００３． 作者简介：刘桂忠，男，实验师。工作单位：中国科学院长春光学精密机械 （△Ｐ）： Ｚ＝１００ｒａｍ ｈ＝３５０ｎｍ ：４６．８ＲＥ 与物理研究所。通讯地址：１３００３３长春市东南湖大路３８８８号长春光机所 质检中心。 捷克、西班牙科学家在世界上首次开发出硼烷激光 捷克科学家与西班牙科学家合作，基于一种纯净有机材料在 世界上开发出第一束硼烷激光（ｔｈｅ ｉｆｒｓｔ ｂｏｒａｎｅ ｌａｓｅｒ）。 据介绍，这种被称为硼烷（ｂｏｒａｎｅｓ）的硼与氢的化合物（ｂｏｒｏｎ ａｎｄ ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ），能辐射一种高效并抗激光的光源。它的结构类 （ＣＳＩＣ）科学家所组成的合作研究团队。参与研究的西班牙科学 家瑟丹（Ｌｕｉｓ Ｃｅｒｄａｎ）说，这项发明是激光领域的一个重要里程碑。 这种新材料的蓝光高效并能抗损坏（ｈｉｇｈｌｙ ｅｉｃｉｆｅｎｔ ａｎｄ ｒｅｓｉｓｔ— ａｎｔ ｔｏ ｄａｍａｇｅ），从而能够降低制造成本和对环境的不良影响。它 似有机物烷烃的形式，但饱和或不饱和键所链接的是硼，而非碳。 这种新材料将成为未来更加环境友好（ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｌｙ— ｆｒｉｅｎｄｌｙ）和更经济的现代激光的基础。该研究成果发表在当天出 版的权威杂志一《自然通讯》（Ｎａｔｕｒｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）上。 捷克科学院无机化学研究所著名化学家隆德斯伯罗（Ｍｉｃｈａｅｌ Ｌｏｎｄｅｓｂｏｒｏｕｇｈ）领导了由捷克科学家与西班牙国家研究理事会 能够被用在很广的领域，如光谱学和材料处理等方而。课题组的 科学家们正在进行辐射不同波长的新硼烷材料的合成工作。这将 有助于为新应用打开大门，如去除纹身和疤痕的皮肤科治疗等。 世界上第一束激光是在５５年前开发的。随后，科学家们一直 在探索开发出一种高效、可控、稳定的蓝色激光光源，来实现生产 和加工的低成本和简便操作。
