測量不確定度在工作中的重要性及分析應用

周淑純

（衡陽市計量測試中心，湖南 衡陽 421000）

0 引言

現在國家的經濟得到很大的發展，所以在機械的使用過程當中所使用到的半導體的材料也是非常的廣泛，而半導體主要應用在集成電路、LED等半導體器件之中，而這些材料都是非常精密的一種材料，如果這些材料在生產的過程當中出現了什么問題，那么就會直接影響到后續的使用，更會影響到之后設備的使用[1]。因為半導體器件如果出現了問題，那么就會直接影響它們的性能和良品率。所以在進行這些精密的設備制造的時候是需要非常精細的，這樣才能夠保證在之后的制造的過程當中更加的順利。在進行半導體設備制造時候是涉及到了很多的領域的，其中就包括了零部件的幾何尺寸、形狀公差等參數，這些數據都是非常重要的，如果一旦出現了問題，那么之后的制作就會出現很多的問題。所以為了保證之后在制作半導體的時候更加的精準，就需要將量具制作的更加精密，否則就會直接影響零部件的測量精準度，進而就會影響設備的使用質量。

1 測量不確定度的重要性

在進行一些實驗的時候，很多的實驗數據只會直接影響到整個的實驗結果的，所以在進行實驗的時候要精準的掌握實驗數據。而進行實驗的時候所使用的一些設備也是非常重要的，因為這些設備會對實驗進行分析，所以這些設備對科研有很大的幫助。但是在科研設備研制的過程當中，不管是零部件加工過程的控制，還是整機的裝配關鍵技術等等，都是離不開非常精準的數據參數的，如果數據參數出現問題，那么后續的一切都會存在著誤差。但是也正是在進行一些測量的時候會出現一些誤差，所以才會這些誤差進行自身的定義，在實際的測量過程當中測量出來的值具有不確定性，測量的時候也很難復現的現象，所以人們就為了不斷的追求最佳的一些測量數據就開始對量具有了更加精密的要求。但是在追求的過程當中卻沒與掌握有關測量不確定度的一些概念，也不清楚如何去找到不確定度的來源，估計不確定度的分量，合理進行測量結果不確定度的評定，所以在很多的情況下都沒有進行準確的說明。

2 測量不確定度的定義

既然想要測量出更為精準的數據，那么首先就需要對不確定度進行相應的認識，要對其進行一些定義，這樣才能更好的進行相應的了解。首先就是測量不確定度是與測量結果相關聯的、表征合理地賦予了被測量值分散性的參數，而這個定義主要是針對于三個方面來進行的[2]。（1）不確定度的參數是一個分散性的參數，而且該參數能夠定量的表示測量結果的質量指標，同時它也可以是標準差或者是它的倍數差，這樣也能夠說明所測量的數據的置信水平的區間半寬度。（2）不確定度的參數主要是用于完整的表征測量結果的，不用于其余的測量結果。因為在完整的表征測量結果當中包括了兩個部分，分別是被測量的最佳估計值和分散性參數。這兩個部分對于不確定度的影響還是非常大的。在實際的操作過程當中，對所測量的結果有所影響的因素都是需要進行相應的考慮的，不能夠將其一帶略過。在進行不確定度因素的考慮的時候，首先就是需要建立測量的數學模型的關系，因為在進行不確定度定義當中，數學模型能夠影響最后的結果。在建立數學模型的時候，首先要去尋找分析輸入量、影響量和輸出量之間的數量關系，這樣才能將模型的制造更為準確。其次就是要對數學模型的建立更加簡化，所以在進行建立的時候要將建立的方法進行簡化，要搞清楚主要的來源，然后在這個的基礎上將那些不重要的不確定分量進行舍棄，保留最主要的不確定度的分量，這樣就能夠更加合理的來進行不確定度的評定。

3 量具的測量不確定度在實際的工作中的分析與應用

由于前面簡化了對測量儀器重要性的分析，現在有必要對測量儀器在實際操作過程中的測量不確定度進行分析。實際上，電表分為各種類型。首先是角度測量儀。在測量過程中經常使用角度。另外，在半導體設備的零件檢驗中，使用測角儀的情況也很多。例如，必須使用工作臺上的平行度和垂直高度，但這些儀器直接影響測量的準確性，并影響最后組裝設施的性能參數[3]。以直角測試儀為例，對測量不確定度進行了分析。

直接測量半導體元件有相對有用的參數。直接測量環境的方法有很多種。直接測量的方法是使用正交法測量，直角測試器是一種機械指示器，主要用于測量0和1范圍內任何長度的垂直度。用光學間隙法判斷是否為直段直型葉口形狀。因此，可以記錄測量數據。測量數學模型時，以方底直角尺的數值作為整個板的基準面，用感應測微計作為測量儀器，如果用直角儀直接測量，則得到相應的數學模型。這種數學模型可與相應零件的測量同時使用。

4 輸入量的標準不確定度的評定

而在進行數據的測量的過程當中，有很多的不確定度因素，但是這些因素也是有一定的標準評判的，而這些標準評定也是為了有更加規范的一些數據出現，而不會出現雜亂的現象。

4.1 標準測量不確定度的來源

其實標準不確定度的來源主要是分為四個部分，而每個部分都代表了不同的意義，因為不同的意義就構成了現在的標準的測量不確定度的來源。首先就是測量的重復性所得到的一個不確定分量，在進行數據的測量的時候，是需要對這些數據進行反復的測量的，只有不斷反復的測量才能對其進行不確定分量的確定。并且在這一個部分當中還可以得到一個標準的重復性，這個重復性被用s表示[4]。其次就是在測量的時候出現了定位出現差錯的現象，而這個現象也會為不確定度引入分量。而定位的誤差主要是支承平板的平面度出現了問題，在進行測量的時候就會出現一些問題。在進行測量的時候首先就需要去檢查支承平板是否出現了問題，如果有問題就需要去進行測量，如果是直角尺長邊與短邊的比值為1.6，那么定位誤差所使用的位置支承平板平面度的比值也為1.6，所以在進行正式測量的時候就需要檢查支承平板是否存在問題。接下來就是直角尺檢定儀的示數值出現誤差所引起的不確定度的分量，因為是利用直角尺檢定儀來進行測量的，所以在其顯示的時候就能夠看到其示數是多少，大師它的示數值每次都是由標準的器具方形角尺進行調止的，所以該分量在一定的區間內是呈現等概率的，這個等概率就會有比較高的置信概率，這個方面也會引起不確定度的變化。最后就是電感測微儀示數值的誤差和讀書估算的分量，因為在進行儀器的使用過程中，是需要使用都電感的，所以電感的測微儀就會存在著一定的誤差，該誤差在一定的區間內也是存在著等概率的分布。

拉力試驗機本身誤差所引起的標準不確定度為：

4.2 合成標準不確定度的評定

上面簡單的介紹了一些不確定分量的來源，雖然有這些來源，但是這些來源都是需要進行標準評定的，也就是這些不確定分量的數值都是有一定要求的，所以在進行標準評定的時候就需要對這些進行規范。首先就是測量重復性的標準，其實在重復性的來源標準不確定度主要是在0.0372這里，這就是標準的一個不確定度的評定。接下來就是對定位誤差分量的評定，它的評定范圍是小于300mm，這個也是根據直角尺檢定儀所測量的結果來進行評定的，所以在評定的時候也是非常準確的一些值[5]。接下來就是直角檢定儀的示數值出現誤差，因為本身的使用過程當中會出現各種各樣的問題，其次就是直角檢定儀也是儀器設備的一種，所以一般的數值都是0.58這個準確的數值。最后就是電感測微儀，它的誤差主要為0.24，除了一些數值上有標準的規定之外，還有就是對不確定分量的評定存在一個置信區間，而這個置信因子一般是2，這樣所測量出來的不準確度才更加準確。

4.3 校準測量能力

當使用直角檢測儀時，它可以重復使用。如果是一個雙手測試器，可以使用感應測微計上下3μ 檔。即使在閱讀穩定性方面，也采用了寬幅方形座椅。一般都是采用的是10次重復測量，這樣所測量出來的數據更為準確。其實在對不確定度進行評定的時候一般都是需要查詢一些標準的數據數值，這樣在測量的時候也會更加的準確[6]。

5 結語

因為在現實的生活當中進行測量的時候，一般都會進行多次的測量，這不僅限于測量時測量非常精確的值，而且測量時只能測量最高估計值。為了充分顯示測量結果，有必要對測量不確定度進行測量，必要的時候還需要標明其出處，這樣才更具有說服力。