动态汽车衡测量不确定度分析与评定方法的研究.docx

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1、成都理工大学2014届学士学位论文动态汽车衡测量不确定度分析与评定方法的研究作者姓名：王振磊 专业班级：机械三班 指导教师：刘艳华摘 要随着改革开放的深入和经济的快速发展，边境贸易不断增加，高速公路的快速发展，港口货物吞吐量迅速增长。实现快速准确的计量,有着非常重要的现实意义。现阶段我国的动态称重系统在研究上有了很大的进展，但还有一些问题需要解决。这些问题包括如何提高测量精度，因为在汽车通行速度比较低的时候，测量精度较高，但在汽车通行速度高时，我们所希望满足的精度无法达到。车辆在进行动态称重时是一个复杂的测量过程，许多影响因素会干扰系统获得车辆的真实轴重。如：车辆的通行速度、车辆自身运动产生的

2、振动、车辆轮胎对系统的作用力。这些干扰因素，严重影响了WIM系统的测量精度。因此在后续的研究中，如何在各种干扰因素的干扰下获得准确的真实轴重是动态称重系统的研究难点和重点。本文主要通过对动态汽车衡测量的不确定性的分析与研究，将提高测量的准确性，以期使系统具有最好的性能, 满足对运输车辆的管理要求。动态称重系统的发展将会对社会做出巨大的贡献，它将会有效的减少交通事故发生的数量，减少路面的损坏，大幅节约路面维护资金。关键词：动态汽车衡；动态称重系统；不确定度分析；不确定度评定Research of Dynamic truck scale measurement uncertainty analys

3、is and evaluation methodsAbstractWith the rapid development of reform and opening up of the economy border trade, the rapid development of highway, the rapidly increased throughput of port cargo .To achieve fast accurate measurement has very important practical significance.At present Dynamic weighi

4、ng system of our country has made great progress on the research, but there are also some problems need to be solved. These questions including how to improve the accuracy of measurement. Because cars in low speed will get high accuracy of measurement, but when cars at high speed, we cannot get the

5、accuracy which we hope to meet. Vehicles process in the dynamic weighing measurement is complex, many factors can interfere with the system to obtain real axle load of the vehicle. Such as: the vehicles traffic speed, the vibration of the vehicle movement itself, vehicle tire forces on the system. T

6、hese interference factors seriously influence the measuring accuracy of WIM system. Therefore in the follow-up study, how to obtain accurate under various interference factors of interference real axle load is the research emphasis and difficulty of dynamic weighing system.This article mainly throug

7、h to the dynamic truck scale to measure the uncertainty of the analysis and research, to improve the accuracy of measurement, in order to make the system has the best performance, satisfies the requirement of the management of the transport vehicle. Vehicle dynamic weighing technology development wi

8、ll be beneficial to reduce the number of traffic accidents, reducing pavement damage, save national highway maintenance funds and so on, it will have a direct and indirect economic benefits. To prevent tollbooth collector cheat, Governance overload flood and overload protection provided important me

9、ans for the highway.Key words: Dynamic truck scale; Dynamic weighing system; The uncertainty analysis ; The uncertainty evaluation目录第一章 动态汽车衡的发展现状51.1 研究背景51.2 车辆动态称重51.3 汽车衡发展趋势61.4 国内外动态汽车衡称重系统的发展与现状61.4.1 国外动态汽车衡称重系统的发展与现状61.4.2 国内动态汽车衡称重系统的发展与现状71.5 存在问题71.6 研究的目的与意义81.7 本文研究的内容8第二章 动态汽车衡称重系统的构成

10、与工作原理92.1 结构组成92.2 汽车衡的工作原理102.3 动态汽车衡相关标准与规程112.4 动态汽车衡静态称量的检定122.4.1 动态汽车衡作为非自动衡器使用122.4.2 动态汽车衡作为控制衡器使用122.5 动态汽车衡动态称量的检定122.5.1动态检定标准器122.5.2参考车辆轴重和车重的确定12第三章 测量结果不确定度143.1 测量不确定度的发展历史143.2 测量不确定度的基本概念143.3 不确定度的评定方法153.3.1 A类不确定度的评定方法153.3.2 B类不确定度的评定方法163.4测量结果及其不确定度的表示18第四章 动态汽车衡测量结果不确定度的主要影响

11、因素分析204.1 车辆运动状态204.2 车辆运动速度224.3 其他影响因素24第五章 动态汽车衡测量不确定度的评定分析255.1 静态称量的不确定度分析255.1.1 无细分分度值动态汽车衡静态测试不确定度分析255.1.2 有细分分度值动态汽车衡静态测试不确定度分析275.2 动态称量的不确定度分析295.2.1 总车重动态称量示值的不确定度分析295.2.1 双轴刚性车辆单轴动态测试结果的不确定度分析31第六章 动态汽车衡测量结果不确定度评定方法的实践验证366.1动态汽车衡作为非自动秤静态称量结果的不确定度分析376.1.1静态测试分辨力376.1.2 静态测试重复性386.2 动

12、态汽车衡作为控制衡器静态测试示值误差的不确定度分析386.3 动态汽车衡动态试验示值及示值误差的不确定度分析406.4轴刚性车辆轴载荷修正平均值的不确定度分析42第七章 结论467.1 全文总结467.2 结论46参考文献48第一章 动态汽车衡的发展现状1.1 研究背景我国高速公路传统的收费模式是按车型（以核定装载质量为依据）来征收通行费（图1-1）。在我国国民经济和交通事业飞速发展的今天，高速上行驶的卡车数量飞速增长，导致超载超限现象愈演愈烈，成为高速公路管理上一个顽疾的存在。从两千零一年开始，我国相继在各地实行了货车计重收费政策，以加强对超载超限的运输管理。这种运用经济手段与行政手段相结合

13、来综合治理超载超限的方法，使动态汽车衡称重技术在交通运输业得到了广泛的应用。但是经过10余年的应用和改进，动态称重技术以及动态汽车衡的使用和计量等环节都出现了一些严重的问题。图1-1 动态汽车衡1.2 车辆动态称重动态称重系统采用动态称重技术（WIM，Weight In-Motion），动态称重(WIM)技术是在短时间内用特定的精度来测量快速移动的车辆，通过测量可以获得车辆的总重、轴重，以及通过该系统的车辆数、车的种类、车速、交通量。该称重系统受多种外界因素的影响，包括车辆的结构、车辆的振动、轮胎的弹性、车辆的运动以及外界环境如天气、温度的影响。同时还受系统自身方面的影响，如传感器本身的误差，

14、系统的数据算法。动态称重是在车辆运动的状态下进行的，车不需停下就可以完成对汽车各方面的测量。这使他与静态称量相比具备了很高的效率，大大缩短时间，不会影响正常的交通运行。1.3 汽车衡发展趋势数字式汽车衡将全面取代模拟式汽车衡。科技的进步使客户对WIM的测量精度和稳定性的要求越来越高，模拟式汽车衡已经不能满足客户的这一需求。模拟式汽车衡获得的信号为模拟信号，它的传输是从传感器采集信号，然后经过二三十米的导线，最终到达数据处理中心。模拟式汽车衡获得的模拟信号在传输的过程中受到环境的干扰，如温度、湿度等。在到达数据处理中心后，信号已经不是原来的信号，最终车辆的测量结果就会不准确，给公司和客户带来不必

15、要的损失。模拟式汽车衡的安装调试过于依靠人工，使汽车衡在测量时有很大的误差。模拟式汽车衡在平时的使用过程中，易受周围环境的干扰，如温度会影响传感器的性能。特殊情况如秤体的振动在与车辆的振动频率一致时，共振带来的测量误差会非常高。数字式汽车衡的传感器获得的信号为数字信号，不会受传输距离和周围环境因素的干扰，因此易获得真实的数据。数字式汽车衡的调试通过电脑完成，不会带来像模拟式汽车衡一样的误差。以上的概述表明，模拟式汽车衡已经脱离了社会发展的步伐，未来将从计量区消失。数字式汽车衡将会登上计量的舞台大放光彩。1.4 国内外动态汽车衡称重系统的发展与现状1.4.1 国外动态汽车衡称重系统的发展与现状世

16、界上如美国、德国、法国等发达国家非常重视对公路称重系统的研究。二十世纪五十年代末，美国开始了长达十几年的WIM系统的研究，在1974年开始在车辆载荷研究中使用WIM系统。在相同的年份，法国取得了Vibracoax（压电缆动态车辆称重器）专利。1983年，法国开始将Vibracoax在公路上使用。1983年，美国开始研究在WIM系统中使用PVDF（一种压电材料）。同年9月，美国公路管理局开始研究低成本WIM系统。在1984年，36个州相继安装了WIM系统。1985年，低成本WIM系统开始在公路管理局的支持下投入使用。1988年，英国研究出一种比Vibracoax拥有更改性能的Vibetek5（传

17、感器），在接下来的三年内将Vibetek5升级改造为新型的Vibetek20。1994年，欧盟开始在严酷的条件下对世界各国研发的WIM系统进行评估测试，德国、美国的WIM系统性能处于世界先进水平。1.4.2 国内动态汽车衡称重系统的发展与现状中国WIM系统的发展源自于“七五”期间，在此时间段内，国内开始吸收引进国外先进WIM系统，同时也开始了我国自主WIM系统的研发。然而不管是吸收引进，还是自主研发，我国的WIM系统始终达不到世界先进水平。我国WIM系统的短板主要表现在以下几方面：对于车速的适应范围窄，只适应于低速范围。测量的精度较低。传感器没有国外的精细化、小型化，体积过于庞大导致安装维修不

18、方便。现阶段国内WIM系统的研究主要缺乏对WIM系统影响因素的详细分析，在对信号处理的环节无法做到深入。为了追求更高的测量精度，测量应该在信号衰减值稳态的时候，然而这就要求汽车要低速通过较长的载荷板，导致测量精度无法提高，平均误差波动可达5%30%，相对较大。因此测量精度和车速的影响问题一直还未得到实质性的解决。1.5 存在问题虽然国内对WIM系统的研究已经有了很大进步，但在研究过程中还存在许多问题需要解决。经济性。国内制造商在WIM系统总普遍采用测量多个周期来获得结论。多个周期的测量会要求称重平台要足够长，这就会导致传感器数目和其他设施的增多，使WIM系统研发费用大幅增加。因此，要获得合理的

19、经济性，必须在很短的时间内完成对车辆的准确测量。对称重车辆的研究不足。车辆是WIM系统测量的必备条件，对车辆的运动、振动、动力学等方面的深入研究，将有利于提高测量精度。然而在实际研究问题中，一般只注重WIM系统硬件设施，信号采集、处理和最后数据算法的研究，将车辆本身对测量的影响抛之于脑后。这将严重阻碍WIM系统的创新和发展。软件方面不重视。软件的开发对WIM系统有着非同寻常的作用。首先通过软件可以对测量算法进行优化来提高测量精度。其次随着软件功能的多样化，一些软件可以替代硬件的功能来减少研发费用。最后软件是一个开放性的平台，它可以与未来的智能交通实现数据共享。1.6 研究的目的与意义通过对动态

20、汽车衡原理、结构、技术水平以及生产使用诸多方面的研究，深入分析影响测量结果不确定度的因数，为动态汽车衡测量结果的不确定度评定和分析提供方法和步骤, 完成对其测量结果不确定度的评定。通过对其测量结果不确定度评定的研究,为生产商和使用者提供共同都能接受和认可的评定测量结果质量好坏的一种方法和手段。1.7 本文研究的内容动态汽车衡国内外技术现状；动态汽车衡国家检定规程与标准；动态汽车衡称量精度的影响因素；动态汽车衡测量结果不确定度分析与评定。第二章 动态汽车衡称重系统的构成与工作原理2.1 结构组成称重系统主要由一个轮胎识别器、一组红外线车辆分离器、一个线圈和一套低速动态称重设备构成。如图2-1图2

21、-1 称重系统组成轮胎识别器:轮胎对识别器内的压电式传感器产生压力，通过压力的变化判断轮胎的格式。一般情况下，汽车的轮胎数十两侧对称的，因此只需在称重系统的一侧安装轮胎识别器就可以检测出整车的轮胎数。红外车辆分离器:它是通过红外光的发射和接收，将光信号转换为电信号来实现对车辆数据的检测。车道两旁分别放置红外光发射器和接收器，当车辆通过时阻断了红外光的发射和接收。以此来判断车辆通过车道与否，车辆完全通过车道的时间。环形线圈:一般埋设在车道的下方，通过线圈磁场的变化来检测出车辆的流量、速度等。他是红外车辆分离器的辅助，可将车辆与车辆分离，减少车辆的误判。动态称重设备:由承重系统、传感器和示值显示器

22、组成。集控制、打印、显示等现代电子技术于一身，使称重设备有了更多的功能和更高的效率。传感器是整个的核心部分，它决定了计量系统的性能好坏，以及整个系统的精度和稳定性。2.2 汽车衡的工作原理当车辆进入称重收费车道时车辆分离器检测到车辆到达，产生一个信号通知动态称重设备进入称重工作状态；车辆各轴依次通过动态称重设备时可实时测量各轴负载重量并进行记录；轮胎识别器根据车辆轮轴特征检测车辆所属类型依据标准进行分类；当车辆完全通过后系统产生一个信号通知控制机进入数据处理状态；根据称重控制机累加所记录的轴负荷计算车辆总负荷，根据检测到的车型分类计算该车辆是否超限以及超限的具体数量，并将车型分类、车辆总负荷、

23、车辆限载值等数据通过标准接口输出至收费控制室，同时进行显示。用户可要求实现数据分析、统计查询和打印报表等功能称重系统前置安装于收费车道的出口，是一个完整的、可以独立工作的子系统, 收费车道前检测, 车辆的行驶情况变化较多(加速、减速、倒车), 称重系统与收费软件是以一辆车为一个流程，因而要求不仅应能够处理各种情况，而且必须确保证准确获取每一车辆的数据，确保两者间的数据一一对应。下图2-2为其工作过程流程图：图2-2 动态汽车衡称重系统工作流程图称重传感器称重传感器位于称重平台下方的四个角上，他们有相同的规格，可以将重量信号转化为电信号。接线盒因为四个传感器的规格不可能完全一致，会产生一定的误差

24、。接线盒连接4个传感器，可以调节4个传感器之间的误差，使其具有一定的一致性。称重仪表称重仪表有以下几部分组成：放大器，它将传感器获得的重量信号进行放大。滤波器，它可将信号中的高频噪声滤去。A/D转换器，它将放大后的信号采样，然后转换为数字信号。数据处理部分，它对电信号进行预处理，运用算法进行更高的处理，处理的最后结果就是称重系统获得的质量轴重。上位工控机上位工控机也就是工业控制计算机，用于测量过程中的测量流程、数据参数的监测、控制和数据储存。如果监测到车辆超重，系统会自动报警。它可以为操作员和用户提供直观的数据，方便管理。2.3 动态汽车衡相关标准与规程ASTM-E1318是现阶段全球惟一正式

25、发行的动态称重系统标准，由美国德克萨斯大学撰写发表。它对各种称重系统进行了规范，被全球内动态称重制造商广泛采用。它不仅对动态称重系统做了详细的分类，还对系统的性能要求，用户的使用做了规定。ASTM-E1318规定称重系统以16kmh作为车辆的分界速度，高速公路上的称重系统属于高速系统（16），车辆称重的总重误差为6%。低速系统为4%。欧洲科技委员会颁布的COST323与ASTM-El318类似，但它比ASTM-El318拥有更为丰富的内容和技术水准。COST323规定15-20km/h为车辆的分界速度，在精度方面分的更为详细。山西省地方检定规程可以看成我国最早的动态称重系统标准，它的相关标准包

26、括以下几点，如表2-3。表2-3 不同类型动态称重系统的精度要求功能精度（置信度95%）I类II类III类IV类载荷kgkg轮载荷25%-20%2300100轴载荷20%30%15%5400200轴群载荷15%20%10%11300500车辆载荷10%15%6%272001100I 类:固定式系统，用于交通数据采集，适用车速 16km/h113km/h。 II 类:移动式系统，用于交通数据采集，适用车速 16km/h113km/h。 III 类:用于超限检测，用以识别可能的超重车辆，即辅助实施限重法规，适用车速24km/h50km/h。 IV 类:用于超限检测，用以识别超重车辆实施限重法规，适

27、用车速 0km/h16km/h 。表2-4为车辆超限超载的认定标准。表2-4车辆超限超载认定标准车辆轴数二轴三轴四轴五轴六轴车辆总重20吨30吨40吨50吨55吨备注双联轴按二个轴计算，三联轴按三个轴计算，以此类推。2.4 动态汽车衡静态称量的检定2.4.1 动态汽车衡作为非自动衡器使用JJG 555-1996规程要求对于称量过程中需要人员干预的秤，为非自动秤，可以作为静态秤使用。作为静态秤使用时，应符合JJG539-1997中级秤或级秤的要求。2.4.2 动态汽车衡作为控制衡器使用JJG 907-2006规程要求用于确定车辆重量的衡器为控制衡器。它可以在静态称量时使用，称为集成控制衡器，也可

28、作为独立的衡器。规程规定控制衡器的误差不超过最大允许误差的1/3。2.5 动态汽车衡动态称量的检定2.5.1动态检定标准器动态检定标准器为符合要求的车辆参考车辆。参考车辆可以为：双轴刚性车辆；三轴/四轴的刚性车辆；至少四轴的铰接挂车；双轴/三轴刚性车辆，再加挂一辆两轴/三轴的拖车。2.5.2参考车辆轴重和车重的确定(1) 双轴刚性车辆轴重和车重的确定双轴刚性车辆（图2-5）轴重通过在控制衡器上静态称量获得。轴重的约定真值按下式计算：图2-5 双轴刚性车辆示意图(a) 单轴载荷的平均值式中：为第轴十次静态称重的平均值；为第轴第次称重的轴重值。(b) 计算参考车辆总重的平均值或：式中：为该车重的平

29、均值；为该车第次单轴称重的轴重值之和，即：(c) 单轴载荷的修正平均值，亦即单轴载荷的约定真值 （21）式中：为单轴载荷的修正平均值；为整车静态称量确定的车辆总质量。车辆总重通过在控制衡器整车静态称量获得，即为整车重量的约定真值第三章 测量结果不确定度3.1 测量不确定度的发展历史1927年，海森堡提出了量子力学中的测不准关系,也就是不确定关系，1970年前后，一些计量学和其他领域学者，逐渐使用不确定度一词，但含义不清。鉴于国际间理解和表示不确定度的不一致，1978年5月，国际计量局（BIPM）发出了不确定度征求意见书。1980年国际计量局在讨论了各国及国际专业组织意见后，提出了实验不确定度建

30、议书INC-1（1980）实验不确定度表示。1986年国际计量委员会（CIPM）第75届会议决定推广INC-1，提出了建议书1（CI-1986）。同年，国际计量委员会（CIPM），由国际标准化组织ISO，国际法制计量组织（OIML），国际电工委员会（IEC）联合组成了国际不确定度工作组，负责制定在标准化、检定、实验室认可及计量服务中使用的测量不确定度指南。1993年国际不确定度工作组经多年研究、讨论，征求各国及国际专业组织意见，反复修改，制定了测量不确定度表示指南。指南得到了ISO、BIPM、IEC、OIML及国际理论与应用化学联合会（IUPAC），国际临床化学联合会（IFCC），国际理论与应

31、用物理联合会（IUPAP）的批准，由ISO出版成为国际组织的重要权威文献。中国计量学院于1996年11月制定了不确定度规范。1991年1月国家质量技术监督局发布了国际计量技术规范JJF 1059-1999 测量不确定度评定与表示。3.2 测量不确定度的基本概念测量不确定度的基本术语主要有：(1)标准不确定度(Standard Uncertainty)以标准差表示的测量结果不确定度，记为 。(2)A类不确定度评定(Type A Evaluation)，可以用统计方法进行评定的不确定度分量，称为A类不确定度评定。(3)B类不确定度评定(Type B Evaluation)，不能用统计方法进行评定的

32、不确定度分量，称为B类不确定度评定。(4)合成标准不确定度(Combined Standard Uncertainty)，将A类和B类不确定度按平方之后加和再开方的方法得到的算术平方根就是合成标准不确定度，记为c。(5)扩展不确定度(Expanded Uncertainty)，指被测量的值以较高的置信概率存在的区间宽度，将合成标准不确定度乘以一个包含因子可得到扩展不确定度，记为U。(6)包含因子(Coverage Factor)，为获得扩展不确定度，对标准不确定度所乘的数值，记为k。3.3 不确定度的评定方法尽管测量不确定度有许多的来源，但按评定方法可将其分为两类：A类不确定度评定：用统计方法

33、评定的分量；B类不确定度评定：用非统计方法评定的分量。3.3.1 A类不确定度的评定方法（1）贝塞尔法（基本方法）在重复测量的前提下，对一个被测量进行n次等精度测量，得到测量值x：x=x1,x2,xk k=1,2,n（3-1）在数列x中不包括系统误差，粗大误差。x的最佳估计值是n次测量的算数平均值x:x=1nk=1nxk（3-2）由于影响量的随机变化，每次独立观测值xk不一定相同，它与x之间的差异，定义为残余误差或剩余误差 (简称残差)。表征测量结果分散性的量，称为实验标准偏差，简称标准误差或标准差。标准差按下式计算：=k=1nvk2n-1=k=1n(xk-x)2n-1（3-3）式(3-3)称

34、为Bessel(贝塞尔)公式，它是计算标准差最基本的公式。贝塞尔公式是德国测量学家、数学家贝塞尔在研究仪器误差理论时得出的。标准差恰是方差的平方根，因此方差的估计为s2，如式(3-4)所示：s2xk=1n-1k-1n(xk-x)2（3-4）实验标准差或方差都可以说明以x估计x的期望值的接近程度，因此均可做为对x不确定度的度量。尽管方差在不确定度评定与表示中是更为基本的量，但由于标准差与x的量纲相同，更为直观和便于理解，故其使用更加广泛。在使用上述公式时，要注意观测次数n应充分多，以使x成为x的期望值的可靠估计，并使s2xk成为概率分布的方差的可靠估计值，从而使计算出来的不确定度更加可靠。以算术

35、平均值x作为测量结果，则该结果的标准不确定度为：=sn（3-5）(2)其他方法1、最大残差法设测量列服从正态分布，则由最大残差得到标准差的估计为：s=cnmax|v|（3-6）其中cn(n3更准确)是最大参差系数，其取值见表。n123456789101520cn1.771.020.830.740.680.640.610.590.570.510.482、极差法设等精度多次观测得到的测量值x1，x2，xn服从正态分布，从其中选取最大值xmax与最小值xmin，则两者之差称为极差：=xmax-xmin（3-7）由极差的分布函数，可求出极差的数学期望为：E=dn（3-8）则可得的无偏估计为：s=ndn

36、（3-9）式(3-9)中dn (3更准确)为极差系数，其数值见表。n123456789101520dn1.131.692.062.332.532.702.852.973.083.473.733.3.2 B类不确定度的评定方法B类评定方法11不同于统计分析法。当被测量的估计值不能由重复测量得到，其标准不确定度可以由有关信息或资料来评定。B类评定的信息来源：(1)以前的观测数据；(2)对有关技术资料和测量仪器特性的了解和经验；(3)生产部门提供的技术说明；(4)校准证书、检定证书或其他文件提供的数据、准确度的等别或级别，包括目前暂时使用的极限误差等；(5)手册或某些资料给出的参考数据及其不确定度；

37、(6)规定试验方法的国家校准或类似技术文件中给出的重复新限或复现性。B类评定标准不确定度的讨论是建议性的，它是一项发展的和逐步完善的评定，只要掌握充分的参考数据，就能够和A类评定一样可靠。1、已知置信区间和包含因子k 校准证书、检定证书或其他文件提供的信息表明被测量之值xi分散区间的半宽度为a (相当于传统的测量误差限)，且xi落在区间(x-a,x+a)的概率为100%，即全部落在此范围中，通过对其概率分布的估计可以得出，则B类标准不确定度度为：ux=ak（3-10）k的取值与分布状态有关，见表。分布类别置信概率ku(x)正态99.733a3三角1006a6均匀1003a3反正弦1002a2两

38、点1001a在缺乏任何其他信息的情况下，一般假设为服从均匀分布。2、已知扩展不确定度U(x)和包含因子k当估计值x取自有关资料如制造说明书、校准证书、手册或其他来源，且所给出的测量不确定度U(x)为标准差的k倍，指明了包含因子k的大小，则标准不确定度为：ux=U(x)k（3-11）3、已知扩展不确定度U(p)及置信水准(概率)p的正态分布当估计值x受到多个独立因素的影响，且影响的大小相近，可假设其服从正态分布，其标准不确定度u(x)为：ux=uyky（3-12）下表3给出了正态分布情况下置信水准p与包含因子k的关系。p(%)5068.27909595.459999.73kp0.6711.645

39、1.96022.57633.4测量结果及其不确定度的表示1、合成标准不确定度在计量学基础研究、基本物理常数的测量以及复现国际单位制单位的国际比对时，要用合成不确定度。(1)当测量结果y是用合成标准不确定度uc(y)度量时，应做到： 说明被测量Y是如何定义的； 给出被测量Y的估计值y及其合成标准不确定度uc(y)，并给出它们的单位； 如果需要，还应给出相对合成标准不确定度uc(y)|y|，|y|0； 如果测量过程同时需要确定两个或多个输出量的估计值yi，则还应给出协方差或相关系数。(2)当不确定度报告以合成不确定度表述时，可用下面四种形式之一来说明测量的数字结果。以标称值为100g的标准砝码m为

40、例其测量结果为100.02147，合成标准不确定度uc(m)为0.35 mg。m=100.02147g，合成标准不确定度uc(m=0.35 mg)。m=100.02147(35)g，括号内的数为合成标准不确定度的值，其末位与所述结果内的末位数对齐。m=100.021470.00035 g，括号内的数为合成标准不确定度的值，与所述结果有相同的计量单位。m=(100.02147g0.00035)g，其中加减号后面的数不表示置信区间，而是合成标准不确定度的数值。2、扩展不确定度除上述使用合成不确定度情况外通常的测量结果的不确定度都用扩展不确定度表示。尤其对工业、商业及涉及健康和安全方面的测量都用扩展

41、不确定度。(1)当测量结果是用扩展不确定度U=kpuc(y)度量时，应按下列方式表示： 说明被测量Y是如何定义的。 给出被测量Y的估计值y，写出测量结果Y=yU，并注明相应的单位。 如果需要，也可以给出相对扩展不确定度Urel=U|y|，|y|0。 给出用以获得扩展不确定度U时所用包含因子k的值，或为用户方便，最好同时给出合成标准不确定度uc(y)。 给出与区间yU相关的置信水准p，并说明它是如何确定的。(2)扩展不确定度U的报告，可用下面两种形式之一来说明测量的数字结果。以标称值为100g的标准砝码m为例，测量的估计值y=100.02147g，对应的合成标准不确定度uc=0.35 mg，则测

42、量结果可表示为：m=(100.021470.0097)g，其中加减号后面的数值是扩展不确定度U=kuc，而U由合成标准不确定度uc=0.35 mg和包含因子k=2.26确定的，k的取值是基于自由度v=9的t分布，置信水准为95%。m=100.02147g，其扩展不确定度U=0,79mg，U由合成标准不确定度uc=0.35 mg及基于自由度v=9，置信水准p=0.95的t分布临界值所得包含因子k=2.26而得到的。第四章 动态汽车衡测量结果不确定度的主要影响因素分析4.1 车辆运动状态以简单的两轴汽车为示例7，将汽车简化为一个立方体。如图所示，建立直角坐标系，假设汽车沿X方向运动。图 运动汽车的

43、简化模型汽车有以下几种运动形式：(1)车辆在x方向上的平移和绕x轴的摇头运动；(2)车辆在y方向上的平移和绕y轴的点头运动；(3)由于路面因素导致的车辆沿z方向的平移和绕z方向的摆动。在以上多种运动中，汽车绕x轴的摇头运动、绕y轴的点头运动以及绕z轴的摆动等，一般比较微弱，不会对称重造成影响,可以通过巧妙设计称重仪而使由此带来的误差降至最低。这样就可以只考虑汽车在x、y、z三个方向的平移运动对动态称重的影响。在这三种运动中，汽车沿z轴方向的运动影响最大。通常情况下车辆的减震系统和路面的凸凹程度会带来车辆的振动。车辆振动的振动形式主要有以下几个方面：车辆本身的振动；路面引起的振动；车辆、公路和测

44、量平台三者共同作用引起的振动。为了简化分析，将三者组成的系统简化为由两个弹簧串联组成的系统。如图4-1所示。图4-1 汽车与称重仪组成的振动系统的简化模型图中M1是汽车某一轮轴的减震弹簧以上部分的质量，M2是汽车某一轮轴的汽车减振弹簧以下部分及称重平合的质量，K1车减振弹簧的刚度系数，K2称重平台弹性系统的刚度系数。汽车的主要振动形式有以下几种：汽车减振弹簧以上的部分作谐振运动，可以把它视为弹簧振子, 则其周期T为：T=2M1K1（4-1）从公式中可以看出弹簧的刚度系数和车辆的总重对振动周期有影响。在公路系统中，车辆总重一般比较大，刚度系数比较小，产生的振动周期会很大，频率因此很小，一般为2.

45、57.0Hz。 汽车减振弹簧以下部分与称重平台的机械结构产生的振动、由于这个系统的质量相对比较小,而称重平台机械结构的刚度比较大,故这个振动的频率比较高, 约为2040Hz冲击性振动，主要是由于一些偶然因素引起的,如汽车驶上称重平台瞬间对平台的冲击、路面的突然起伏、汽车运动状态的突然变化等。总之, 运动中的车辆相对于称重设备是一个存在多项干扰的激励源, 包括客观存在的车辆自身弹簧系统的振动、阻尼、来自于路面的激振、车轮轮毅圆度、油箱中汽油运动中的激振、车载货物的重心转移和惯性干扰以及个别驾驶员有意无意的“作弊”行驶问题。4.2 车辆运动速度汽车经过称重仪时7，称重平台要产生振动把称重平台和汽车视为”称重弹性系统”，如图4-2。图4-2中，k、c 分别为测量板的刚度系数、阻尼系数，M为作用于称重台面汽车某一轮轴的静质量，m为标重台面的质量,x为称重台面竖直方向的位移。图4-2 车辆动态称重系统建行模型当汽车某一轮轴驶上称重台后, 称重系统的动力学方程(M+m)d2xdt2+cdxdt+kx=F(t)（4-2）令02=kM+m2=cM+mf0=FM+m（4-3）公式中：0表示系统的无阻尼固有频率，为阻尼因数。由式（4-2）、（4-3）得：d2xdt2+2dxdt+02x=f0（4-4）该方程的通解为x=A1e-t-tcos