測量不確定度 — 讓測力變得輕鬆

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不確定度是在力學測試中需要考慮的諸多變量之一。不確定度源於各種因素的組合，包括可能影響試驗結果的錯誤。盡管許多錯誤可能是累積的，但隻要變量是可以預測的，那麽試驗測量值仍然是正確的。

沒有複雜的不確定度計算，下文從常見的力學試驗情況出發，舉例說明了如何確認力學測試中的不確定度。例如，假設體重秤的指示準確度為 ±1 磅。如果一個人體重 100 磅，那麽可以預測他的真實體重在 99 磅和 101 磅之間。


不確定度的重點
重點是必須考慮測試鏈中的每一個環節從而得出不確定度對於zui終結果的影響。

測力儀：測力儀是測量過程的核心。在力學測試中，用戶必須了解測力儀的參數，這一點很重要。這些參數可以分為兩類：一類是帶有±公差的測量不確定度，另一類是測量的確定度，即測量值超過一定範圍的條件，例如工作溫度、zui小/上限力值範圍等。

工裝、聯軸器、轉接頭和夾具：選擇特定的轉接器來實現固定、夾緊、推拉試樣等動作是不確定度變量方程中需要考慮的因素。夾緊麵選擇不當可能會扯裂或撕裂試樣，而使用不合適的對準技術則會對試驗結果造成負麵影響。

人為因素：一個簡單的原因，人類不可能與機器一樣能夠一直保持準確和穩定，因此用戶需要確保擁有可靠的程序、流程和工具，以盡量減少偏差。當試驗人員狀態好的時候，試驗結果可能不錯，而當他們狀態不好的時候，試驗結果可能會很糟糕，所以有必要對此實施控製，以免由於操作員狀態的好壞而影響試驗結果。

環境：振動、溫度、濕度和靜電也可能影響試驗結果。

試樣製備：如果試樣大小不一，那麽試驗結果就會存在不確定性。

測力儀
在進行力學測試的時候，必須確保試驗不超過特定測試儀的設定參數和能力範圍。測試儀規格的第 1 部分提供了以下信息，供預測不確定度之用：

任何帶有 (±) 公差的參數都表示測量值存在不確定度。如果試樣在 1000N 時斷裂，並且不確定度是 ±10N，那麽用戶應假設測量的力值在 990和1010N 之間。

測試儀規格第 2 部分需要考慮的是通過/失敗或繼續/停止的狀態。例如，如果測試儀的建議工作溫度在 華氏41和95度 之間，而測試儀剛好在這個溫度範圍以外工作，那麽這並不是一個不確定度的問題，而是明顯的無效結果，是不合格或停止狀況。

工裝、聯軸器、轉接頭和夾具
工裝、聯軸器、轉接頭和夾具的錯位和間隙是力學測試中的兩個上限敵人。錯位，有時稱為“側向加載”或“偏移/偏心加載"，會影響載荷傳遞的準確度。載荷傳遞的角度或不垂直度越大，誤差度也會越大。

zui終目標是讓上、下轉接頭相互對中，從而使載荷傳遞保持在一條直線上。少量偏移不一定會影響試驗的準確度，但用戶應始終向測力儀製造商確認設備的偏移加載誤差。

夾具是產生試驗不確定度的另一個因素。夾具選擇不當可能會導致試驗結果不準確。如果夾具對試樣而言夾力過大，可能會導致試樣夾緊麵邊緣過早破裂，如果夾力過小，則可能導致試樣在夾具內打滑。夾緊麵的粗糙度不當也可能導致打滑。

測試多種多樣的材料時，建議用戶對不同的潛在試驗場合進行驗證，以找到材料的試驗場合，當然，同時盡可能減少更換夾緊麵的次數。如果試樣始終無法正確對準，則使用萬向接頭或壓力球可能是的選擇。

人為因素
操作員也是不確定度鏈的一個重要組成部分。這就是人為因素。盡量減少由於操作員表現導致的不確定度的*控製方法是，為操作員提供一套他們不得更改的參數。軟件保護可通過設置密碼防止操作員訪問重要的機器設置和試驗數據。硬件保護包括提供可確保使所有試驗一致的夾具。

當試樣在夾具內的位置鬆動時，將產生不確定度。其中一個解決方案是以帶有對中標記的氣動夾具替代機械夾具，以確保試樣定位的一致。相對於機械夾具，氣動夾具也能更好地控製夾緊壓力。


環境
環境也在不確定度鏈中扮演了一個關鍵的角色。通過使用橡膠緩衝(振動)、環境控製(溫度/濕度)以及正確的接地方式(靜電放電或 ESD)，可以對諸多環境因素實施控製。


試樣製備
試樣的製備必須一致，這一點至關重要。切割、加工、手工製備等都是不確定度鏈需要考慮的因素。試樣製備不良會導致不可預知的試驗結果。模具和模板是其中一些可確保試樣一致性、盡量減少試樣間差異的工具。但如果試樣製備不當，那麽力學測量將會偏差，導致更大的不確定度。


結論
隻要能夠提前確定各種試驗因素，就能正確預測力學測試的不確定度因素，同時做出正確的規劃。然而，組成不確定度鏈的各個元素都需要檢查，包括測力儀、工裝、聯軸器、轉接頭和夾具;人為因素、環境和試樣製備。希望這份簡單的指南能夠幫助測力儀用戶獲得更可靠、更可預測的試驗結果。


技術提示
測力儀是測量過程的核心。在力學測量期間，用戶必須了解測力儀的參數，這一點很重要。
在不確定度變量方程中需要考慮選擇特定的轉接頭來實現固定、夾緊、推拉試樣等動作。確保您具有可靠的程序、流程和工具，以盡量減少偏差。

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