無損檢測(cè)結(jié)果不確定度評(píng)定的研究

無損檢測(cè)結(jié)果不確定度評(píng)定的研究

測(cè)量的不確定性在含義上是可以理解的，即對(duì)測(cè)量結(jié)果的可靠性和有效性的懷疑。由于被測(cè)量定義的不完善和人們對(duì)其認(rèn)識(shí)的不足以及對(duì)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)量不確定度的定義是:表征合理地賦予被測(cè)量之值的分散性,與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。傳統(tǒng)的誤差評(píng)定,由于概念和數(shù)據(jù)處理方法的不一致,使測(cè)量結(jié)果缺乏可比性。因此,國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)等七個(gè)國際組織1993年聯(lián)合發(fā)布了《測(cè)量不確定度表示指南》。在我國采用國際通用方法對(duì)測(cè)量不確定度進(jìn)行評(píng)定和表示,不僅是學(xué)科間交流的需要,也是全球市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。GB15481—2000《檢測(cè)與校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求》標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定對(duì)校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室和進(jìn)行自校準(zhǔn)的檢測(cè)室均應(yīng)具有并應(yīng)用評(píng)定測(cè)量不確定度的程序,對(duì)檢測(cè)試驗(yàn)室應(yīng)努力找出不確定度的所有分量且作出合理評(píng)定。本文采用國際通用的測(cè)量不確定度的評(píng)定和表示方法,在采用計(jì)算法進(jìn)行超聲波縱波直探頭探傷時(shí),對(duì)缺陷的聲程和當(dāng)量尺寸的不確定度進(jìn)行了評(píng)定和表述。1超聲波檢測(cè)缺陷的非均質(zhì)評(píng)估1.1測(cè)量平均的平均采用CUD-2020型超聲波探傷儀器,使用對(duì)比試塊(聲程200mm,?2mm平底孔)調(diào)整該儀器,對(duì)一自然缺陷進(jìn)行聲程測(cè)定,共測(cè)10次,測(cè)量結(jié)果見表1。由表1得10次測(cè)量的平均值ˉx=100.2xˉ=100.2mm。根據(jù)貝塞爾公式得到單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為S(x)=√1n-1∑(xi-ˉx)2=0.52mmS(x)=1n?1∑(xi?xˉ)2?????????????√=0.52mm則其測(cè)量不確定度為uA1=S(x)√10=0.16mmuA1=S(x)10√=0.16mm相對(duì)不確定度uA=uA1ˉx=0.16/100.2=0.16%uA=uA1xˉ=0.16/100.2=0.16%其自由度為υ11=n-1=9υ11=n?1=91.2不確定的b級(jí)評(píng)估方法1.2.1不確定度u聲程讀數(shù)誤差為每100mm約±1mm,按均勻分布,置信因子K取√33√,誤差區(qū)間半寬度1mm,其不確定度為u=1/√3=0.58u=1/3√=0.58mm。則由聲程讀數(shù)誤差引起的相對(duì)不確定度為uB1=uˉx=0.58100.2=0.58%uB1=uxˉ=0.58100.2=0.58%估計(jì)ΔuB1/uB1=20%,則其自由度為υ12=12(0.2)-2=12υ12=12(0.2)?2=121.2.2u3000相對(duì)不確定度ub2/ub2該儀器的水平線性為1%,按均勻分布,K取√33√,區(qū)間半寬度1%,則由水平線性引入的相對(duì)不確定度為uB2=1%√3=0.58%uB2=1%3√=0.58%估計(jì)ΔuB2/uB2=20%,則其自由度為υ13=12(0.2)-2=12υ13=12(0.2)?2=121.2.3u3000相對(duì)不確定度對(duì)比試塊厚度公差為±0.5mm,按均勻分布,K取√33√,得其不確定度為u3=0.5√3=0.29mmu3=0.53√=0.29mm則由于對(duì)比試塊厚度公差引入的相對(duì)不確定度為uB3=0.29200=0.145%uB3=0.29200=0.145%估計(jì)ΔuB3/uB3=20%,則其自由度為υ14=12(0.2)-2=12υ14=12(0.2)?2=121.2.4聲程不確定度u選用對(duì)比試塊應(yīng)使之與被檢材料的聲速特性相同或相近,但仍存在一些聲速差異,這將會(huì)引入聲程的不確定度,由于其影響較小,故忽略。被檢材料的晶粒結(jié)構(gòu)、成分和顯微結(jié)構(gòu)的局部各向異性可能導(dǎo)致聲程不確定度約為u=0.01%,置信概率P=95%,在區(qū)間內(nèi)可認(rèn)為正態(tài)分布,包含因子kp=1.96,則uB4=0.01%1.96=0.005%uB4=0.01%1.96=0.005%估計(jì)ΔuB4/uB4=10%,則自由度υ15=12(0.1)-2=50則uB=√u2B1+u2B2+u2B3+u2B4=√0.00582+0.00582+0.000052+0.001452=0.83%1.3擴(kuò)展不確定度u合成不確定度uC為uC=√u2A+u2B=√0.162+0.832%=0.85%自由度為υ1=u4Cu4Av11+u4B1v12+u4B2v13+u4B3v14+u4B4v15=28.7其擴(kuò)展不確定度U為U=ΚuC=2×0.85%=1.7%(Κ=2)2缺陷反射波與對(duì)比試塊基礎(chǔ)缺陷聲程的工藝對(duì)比采用超聲波對(duì)鍛件或鑄件進(jìn)行縱波探傷時(shí),當(dāng)聲程大于三倍近場(chǎng)區(qū)時(shí)可根據(jù)下式求得被檢缺陷的當(dāng)量直徑Δ=40lg?1?x0x1??0即?1=10Δ40?1?x1x0(1)式中Δ——缺陷反射波與對(duì)比試塊平底孔反射波的分貝差?1——被檢缺陷的當(dāng)量直徑?0——對(duì)比試塊的平底孔直徑x1——被檢缺陷的聲程x0——對(duì)比試塊的平底孔缺陷聲程2.1人工孔量的測(cè)量使用標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比試塊(聲程200mm,?4mm平底孔)調(diào)整儀器,然后對(duì)已知為?2mm平底孔的試塊進(jìn)行檢測(cè),得知人工孔的當(dāng)量直徑?。經(jīng)過10次測(cè)量的數(shù)據(jù)如表2,10次測(cè)量平均值為ˉ?=2.09mm。由表2得到其實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差S為S(ˉ?)=√1n-1∑(?i-ˉ?)2=0.074mm則不確定度為uA1=S(ˉ?)√n=0.074√10=0.023mm故相對(duì)不確定度為uA=uA1ˉ?=0.0232.09=1.1%其自由度為υ21=n-1=92.2缺陷b的評(píng)估是基于不確定直徑2.2.1衰減器靈敏度由標(biāo)準(zhǔn)裝置中衰減器的不確定度為1.6%,根據(jù)式(1)得標(biāo)準(zhǔn)引入的當(dāng)量不確定度為???ΔdΔ=?0?x1x0×10Δ40×ln10×140dΔ=0.00037mm則標(biāo)準(zhǔn)裝置衰減器的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為uB1=0.00372.09=0.2%估計(jì)其相對(duì)不確定度為10%,則其自由度為υ22=12×(10%)-2=502.2.2040l10400d1.0.5mm不確定度ub21020201020202010202020202020202020253.5超聲檢測(cè)中波高讀數(shù)誤差為0.2dB,由式(1)得???ΔdΔ=?2?x1x2×10Δ40×ln10×140dΔ=0.05mm由讀數(shù)誤差引入的不確定度為uB2=0.052.09=2.2%估計(jì)其相對(duì)不確定度為20%,則其自由度為υ23=12×(20%)-2=12.52.2.3u3000相對(duì)不確定度ub3.由于對(duì)比試塊平底孔的不平會(huì)造成缺陷當(dāng)量誤差0.02mm,按均勻分布,其不確定度為0.02/√3=0.012mm,則引入的相對(duì)不確定度為uB3=0.0122.09=0.6%估計(jì)其相對(duì)不確定度為10%,則其自由度為υ24=12×(10%)-2=502.2.4ux1ux1ux31010.3210.3210.210.由式(1)得uB4=???x1?1ˉ??ux=(1200×10Δ40)??0?ux1ˉ?=(1200×1010.440)×4×1%×12.09=0.02%式中ux——缺陷聲程不確定度,1%估計(jì)其相對(duì)不確定度為20%,則其自由度為υ25=12×(20%)-2=12.52.2.5超聲波探傷缺陷分量直徑不確定度uuB=√u2B1+u2B2+u2B3+u2B4=√0.0022+0.0222+0.0062+0.00022=2.28%因此超聲波探傷缺陷當(dāng)量直徑的合成不確定度為uC=√u2A+u2B=√0.0112+0.02282=2.5%自