閆志文

(山西省農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展中心，山西 太原 030002)

0 引言

測量不確定度是根據(jù)所用到的信息表征賦予被測量值分散性的非負(fù)參數(shù)，此參數(shù)與測量結(jié)果相聯(lián)系，表明測量結(jié)果量值的可信程度和不可確定程度[1-2]。因此，在給出測量結(jié)果的同時給出測量不確定度，以確定測量結(jié)果的可信程度，這樣的測量結(jié)果才是完整且有意義的[3]。同時，作為測量技術(shù)的重要概念，測量不確定度也是保證計量、檢測質(zhì)量的重要要素[4]。測量不確定度常以標(biāo)準(zhǔn)偏差來表示，稱為標(biāo)準(zhǔn)不確定度。標(biāo)準(zhǔn)不確定度一般由若干分量組成，按數(shù)值評定方法，這些分量可歸為A和B兩類[1]。其中A類評定是對重復(fù)性測量條件、期間精密度測量條件或復(fù)現(xiàn)性測量條件下測得的量值用統(tǒng)計分析的方法進(jìn)行的測量不確定度分量的評定，B類評定是用不同于A類評定的方法對測量不確定度分量的評定。這兩類評定方法在本質(zhì)上是相同的，都是以標(biāo)準(zhǔn)偏差的形式給出，都可以評定其自由度，區(qū)別在于所用的數(shù)值計算方法不同[5]。

近幾年，隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度的不斷提高，以旋耕機(jī)為代表的耕整地機(jī)具應(yīng)用非常廣泛[6-8]。在南方水稻生產(chǎn)、北方水稻生產(chǎn)、蔬菜種植和旱地滅茬整地中被廣泛使用[6-9]。耕整地作業(yè)性能不僅是評價旋耕機(jī)的重要內(nèi)容，也是影響其推廣應(yīng)用和用戶評價的重要指標(biāo)，為了提高測量數(shù)據(jù)的可靠性，檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)應(yīng)根據(jù)需要建立和保持應(yīng)用評定測量不確定度的程序，給出的測量結(jié)果應(yīng)含有不確定度的信息[10]。

本文以旋耕機(jī)重要的性能指標(biāo)“耕深”為研究對象，對測量結(jié)果的不確定度評定方法進(jìn)行介紹，為質(zhì)量鑒定和檢驗(yàn)檢測提供參考。

1 試驗(yàn)概述

1.1 測量方法及條件

根據(jù)DG/T 005—2019《旋耕機(jī)》的規(guī)定，旋耕機(jī)耕深的測量方法：在產(chǎn)品使用說明書規(guī)定的速度下作業(yè)一個行程，在測區(qū)內(nèi)，沿機(jī)組前進(jìn)方向每隔2 m左右兩側(cè)各測1個點(diǎn)，各測11次，計算耕深平均值。

測量條件：旋耕機(jī)作業(yè)速度在說明書規(guī)定的范圍內(nèi)。

1.2 測量儀器

測量所用儀器為5 m鋼卷尺，精度1 mm，準(zhǔn)確度等級為Ⅰ級，量程和準(zhǔn)確度要求滿足DG/T 005—2019《旋耕機(jī)》的規(guī)定，且在檢定有效期內(nèi)。輔助工具為耕深尺，僅用于尋找測量基準(zhǔn)面，不進(jìn)行讀數(shù)。

1.3 數(shù)學(xué)模型

根據(jù)測量方法，耕深計算如式(1)所示。

(1)

xi——第i個點(diǎn)的耕深值，cm

n——測定點(diǎn)數(shù)

2 測量不確定度來源

旋耕機(jī)耕深測量結(jié)果的不確定度主要來源于以下3個方面：①重復(fù)性測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uA，按照A類方法評定；②鋼卷尺測量引入的不確定度分量uB1，按照B類方法評定；③鋼卷尺精度引入的不確定度分量uB2，按照B類方法評定。

3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量評定

3.1 重復(fù)性測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

旋耕機(jī)的耕深測量是在田間完成的，測量環(huán)境比較惡劣。土塊移動、地表植被變形、測量儀器擺放及試驗(yàn)人員的測量技術(shù)等因素都可能會影響測量結(jié)果，而且多次測量也會破壞測量現(xiàn)場，導(dǎo)致測量結(jié)果出現(xiàn)誤差。試驗(yàn)過程中，為了減少測量誤差，測量次數(shù)取3次。在重復(fù)性條件下，使用鋼卷尺對耕幅左側(cè)和右側(cè)各11個點(diǎn)的耕深分別連續(xù)測量3次得到測量結(jié)果如表1所示。

表1 耕深測量結(jié)果Tab.1 Test results of tillage depth

假定測量結(jié)果的分布均接近正態(tài)分布，采用極差法評定獲得不確定度分量[11]。計算方法如式(2)所示[1]。

(2)

式中R——極差

C——極差系數(shù)

n——測量次數(shù)

由JJF1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》中表1可知，測量次數(shù)n=3時，極差系數(shù)C=1.69，自由度v=1.8。

表2 耕深測量值的極差和不確定度分量Tab.2 Range and uncertainty components of measurement results of tillage depth

對于統(tǒng)計控制下的測量過程，其A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度可以用合并樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差Sp表征，它是根據(jù)多個被測量的重復(fù)性條件或復(fù)現(xiàn)性條件下重復(fù)觀測所得結(jié)果的分散性標(biāo)準(zhǔn)偏差。因試驗(yàn)中每個點(diǎn)的測量次數(shù)都相同，合并樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差按式(3)計算[1，12]。

(3)

使用表2中22組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，由式(3)計算得Sp=0.041 6 cm，即由重復(fù)性測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量uA=0.041 6 cm。

3.2 鋼卷尺檢定引入的不確定度分量

3.3 鋼卷尺精度引入的不確定度分量

4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

旋耕機(jī)耕深測量結(jié)果不確定度匯總?cè)绫?所示。

表3 不確定度分量匯總Tab.3 Summary of uncertainty components

5 擴(kuò)展不確定度的評定

擴(kuò)展不確定度U為合成不確定度uc與包含因子k的乘積。取置信概率95%，包含因子k=2，則試驗(yàn)測量的擴(kuò)展不確定度U=k×uc=0.111 cm。

6 結(jié)論