(中核武漢核電運(yùn)行技術(shù)股份有限公司秦山分公司,海鹽 314300)

在測(cè)量工作中,由于人們對(duì)其認(rèn)識(shí)的不足、測(cè)量工具及測(cè)量過程控制的不完善，均會(huì)產(chǎn)生測(cè)量結(jié)果的不確定度。測(cè)量不確定度是表征被測(cè)量的真值所處的量值范圍的一種評(píng)定方法。其是對(duì)測(cè)量結(jié)果受測(cè)量誤差影響不確定程度的科學(xué)描述。具體地說，不確定度定量地表示了隨機(jī)誤差和未定系統(tǒng)誤差的綜合分布范圍，可以近似地理解為一定置信概率下的誤差限值[1-2]。

1 測(cè)量不確定度的原理

不確定度可以分為用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法計(jì)算的A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度uA，其可以用實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)誤差來表征，對(duì)隨機(jī)變量x在相同條件下進(jìn)行n次獨(dú)立測(cè)量，n一般取10次，其測(cè)量結(jié)果的算術(shù)平均值為

(1)

第一階貝塞爾函數(shù)

(2)

(3)

另一類是其他非統(tǒng)計(jì)學(xué)方法(或者說經(jīng)驗(yàn)的方法)評(píng)定的B類標(biāo)準(zhǔn)不確定度uB，其信息來源有：以前的觀測(cè)數(shù)據(jù)；對(duì)有關(guān)技術(shù)資料和測(cè)量儀器特性的了解和經(jīng)驗(yàn)；生產(chǎn)部門提供的技術(shù)說明文件；校準(zhǔn)證書、檢定證書或其他文件提供的數(shù)據(jù)、準(zhǔn)確度的等級(jí)或級(jí)別、誤差限等；手冊(cè)或某些資料給出的參考數(shù)據(jù)及不確定度；規(guī)定實(shí)驗(yàn)方法的國家標(biāo)準(zhǔn)或類似文件中給出的重復(fù)性限或復(fù)現(xiàn)性限。

(4)

在實(shí)際檢測(cè)中，置信概率P通常取較大值，此時(shí)的不確定度稱為擴(kuò)展不確定度UX。常用標(biāo)準(zhǔn)不確定度的倍數(shù)表達(dá)，即

U=KuC

(5)

一般認(rèn)定總的不確定度符合正態(tài)分布，即K取2，且對(duì)應(yīng)不確定度分布為正態(tài)分布時(shí)，置信概率P約為95%。一般情況若不特別指明，不確定度均指擴(kuò)展不確定度。

在渦流薄壁管材的檢測(cè)技術(shù)中，影響檢測(cè)結(jié)果不確定的因素很多，如渦流儀和渦流探頭的性能、檢測(cè)方法的選擇、標(biāo)定管的精度、填充系數(shù)的選擇等都會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響。另外，被檢產(chǎn)品的缺陷性質(zhì)、埋藏深度和缺陷走向也會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響，下文分析薄壁管渦流檢測(cè)時(shí)，對(duì)所測(cè)量缺陷的幅值、相位、傷深的不確定度方法的評(píng)定。

2 渦流檢測(cè)缺陷幅值不確定度的評(píng)定

2.1 缺陷幅值不確定度的A類評(píng)定

所采用的設(shè)備與被檢對(duì)象的名稱及其參數(shù)如表1所示。

連接設(shè)備，系統(tǒng)設(shè)置后對(duì)被檢薄壁管進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，最少采集10次。按表2和表3的參數(shù)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)。

表1 渦流檢測(cè)設(shè)備一覽表

表2 缺陷幅值不確定度試驗(yàn)時(shí)的數(shù)據(jù)分析參數(shù)表

表3 缺陷幅值不確定度試驗(yàn)時(shí)的混頻數(shù)據(jù)分析參數(shù)表

注：使用100%通孔,40%外傷和10%的外傷制作相位曲線。[1]指在將1通道的通孔信號(hào)電壓設(shè)為8 V以后，將設(shè)置先保存到1通道，再歸一化存儲(chǔ)到其他各通道。

參數(shù)設(shè)置好后對(duì)φ1 mm的通孔用Vpp(多頻渦流儀中測(cè)量幅值的一種方法)進(jìn)行幅值測(cè)定，1～10通道的測(cè)試結(jié)果分別為8.01,7.98,8.07,7.94,8.02,8.02,8.01,8.03,8.02,7.96 V。由此，可得出10次測(cè)量的平均值=8.006 V。

根據(jù)貝塞爾公式得到單次試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差為

其不確定度為

相對(duì)不確定度為

其自由度為

ν11=n-1=9

2.2 渦流檢測(cè)缺陷幅值不確定度的B類評(píng)定

2.2.1 由標(biāo)定管人工傷的尺寸公差引入的不確定度

則由標(biāo)定管引入的相對(duì)不確定度為

uB1=u1/1×100%=2.9%

估計(jì)ΔuB1/uB1=20%自由度(分子是分母的一個(gè)附加修正值，下同),則

2.2.2 由渦流儀電壓值的幅度誤差引入的不確定度

根據(jù)渦流儀的校準(zhǔn)程序，其校準(zhǔn)結(jié)果評(píng)價(jià)中對(duì)幅值的允許誤差如表4所示。

表4 渦流儀標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果評(píng)價(jià)中的幅值允許誤差

則由渦流儀電壓引入的相對(duì)不確定度為

估計(jì)ΔuB2/uB2=20%自由度,則

2.2.3 由被檢管子與檢測(cè)線圈之間的填充系數(shù)的變化引入的不確定度

則由線圈與管徑的填充系數(shù)的變化引起的相對(duì)不確定度為

估計(jì)ΔuB3/uB3=20%自由度，則

2.2.4 由人為測(cè)量誤差引入的不確定度

估計(jì)ΔuB4/uB4=20%自由度,則

2.2.5 B類不確定度的合成

2.3 渦流檢測(cè)缺陷幅值的合成不確定度

合成不確定度為

自由度為

擴(kuò)展不確定度為

U=KuC=2×4.06%=8.12% (K=2)

對(duì)渦流檢測(cè)缺陷幅值的不確定度分析后進(jìn)行匯總，結(jié)果如表5所示。

3 渦流檢測(cè)缺陷相位不確定度的評(píng)定

3.1 渦流檢測(cè)缺陷相位不確定度的A類評(píng)定

采用表1所示的設(shè)備及探頭,對(duì)一直徑為φ1 mm的通孔測(cè)量10次，其相位數(shù)值分別為40°，40°，40°，41°，40°，38°，40°，41°，40°，39°。由此，可得出10次測(cè)量的平均值=39.9°。

根據(jù)貝塞爾公式得到單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為

表5 渦流檢測(cè)缺陷幅值的不確定度匯總

其不確定度為

相對(duì)不確定度為

其自由度為

ν11=n-1=9

3.2 渦流檢測(cè)缺陷相位不確定度的B類評(píng)定

3.2.1 由渦流儀測(cè)量公差引入的不確定度

估計(jì)ΔuB1/uB1=20%自由度,則

3.2.2 因人為因素造成的測(cè)量不確定度

估計(jì)ΔuB2/uB2=20%自由度,則

3.2.3 B類不確定度的合成

3.3 渦流檢測(cè)缺陷相位的合成不確定度

合成不確定度為

自由度為

擴(kuò)展不確定度為

U=kuC=2×5.55%=11.1% (K=2)

對(duì)渦流檢測(cè)缺陷相位的不確定度分析后進(jìn)行匯總，結(jié)果如表6所示。

表6 渦流檢測(cè)缺陷相位的不確定度匯總

4 渦流檢測(cè)缺陷傷深不確定度的評(píng)定

4.1 渦流檢測(cè)缺陷傷深不確定度的A類評(píng)定

采用表1中的設(shè)備及探頭,對(duì)一相對(duì)于壁厚為41%的外環(huán)槽測(cè)量10次，其傷深數(shù)值分別為41%，41%，41%，42%，41%，40%，40%，42%，41%，40%。由此，可得出10次測(cè)量的平均值=40.9%。

根據(jù)貝塞爾公式得到單次試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為

其不確定度為

相對(duì)不確定度為

其自由度為

ν11=n-1=9

4.2 渦流檢測(cè)缺陷傷深不確定度的B類評(píng)定

4.2.1 由標(biāo)定管人工傷尺寸公差引入的不確定度

則由標(biāo)定管引入的相對(duì)不確定度為

估計(jì)ΔuB1/uB1=20%自由度,則

4.2.2 因人為因素造成的測(cè)量不確定度

估計(jì)ΔuB2/uB2=20%自由度，則

4.2.3 B類不確定度的合成

4.3 渦流檢測(cè)缺陷傷深的合成不確定度

合成不確定度

自由度為

擴(kuò)展不確定度

U=KuC=2×1.62%=3.24%(K=2)

對(duì)渦流檢測(cè)缺陷傷深的不確定度分析后進(jìn)行匯總，結(jié)果如表7所示。

本節(jié)只從儀器和人為因素考慮了缺陷傷深的B類不確定度，而影響缺陷傷深檢測(cè)結(jié)果不確定度的重要因素還有缺陷自身性質(zhì)、走向等，由于缺陷自身影響的定量分析比較困難，故未計(jì)算其對(duì)傷深的不確定度貢獻(xiàn)。

表7 渦流檢測(cè)缺陷傷深的不確定度匯總

5 結(jié)語

渦流檢測(cè)薄壁管對(duì)其缺陷的幅值測(cè)量不確定度為8.12%，自由度為31.15；對(duì)其相位的測(cè)量不確定度為11.1%，自由度為28.7；只考慮設(shè)備及人員對(duì)其缺陷的傷深測(cè)量不確定度為3.24%，自由度為19.44。參考上述數(shù)據(jù)，在薄壁管的渦流檢測(cè)中，其參考管的初始標(biāo)定，檢測(cè)結(jié)束標(biāo)定及中間標(biāo)定時(shí)其幅值、相位、差值在10%以內(nèi)為佳;在薄壁管的在役檢測(cè)中，其缺陷的幅值、相位與最近一次檢測(cè)數(shù)據(jù)比較，其相差在10%以內(nèi),則認(rèn)為缺陷無顯著變化。

參考文獻(xiàn):

[1] JJF 1059-1999 測(cè)量不確定度評(píng)定與表示[S].

[2] JJF 1001-2011 通用計(jì)量術(shù)語及定義[S].