无损检测结果不确定度评定的研究

无损检测结果不确定度评定的研究

测量的不确定性在含义上是可以理解的，即对测量结果的可靠性和有效性的怀疑。由于被测量定义的不完善和人们对其认识的不足以及对测量过程控制的不完善,均会产生测量结果的不确定度。测量不确定度的定义是:表征合理地赋予被测量之值的分散性,与测量结果相联系的参数。传统的误差评定,由于概念和数据处理方法的不一致,使测量结果缺乏可比性。因此,国际标准化组织(ISO)等七个国际组织1993年联合发布了《测量不确定度表示指南》。在我国采用国际通用方法对测量不确定度进行评定和表示,不仅是学科间交流的需要,也是全球市场经济发展的需要。GB15481—2000《检测与校准实验室能力的通用要求》标准中明确规定对校准实验室和进行自校准的检测室均应具有并应用评定测量不确定度的程序,对检测试验室应努力找出不确定度的所有分量且作出合理评定。本文采用国际通用的测量不确定度的评定和表示方法,在采用计算法进行超声波纵波直探头探伤时,对缺陷的声程和当量尺寸的不确定度进行了评定和表述。1超声波检测缺陷的非均质评估1.1测量平均的平均采用CUD-2020型超声波探伤仪器,使用对比试块(声程200mm,ϕ2mm平底孔)调整该仪器,对一自然缺陷进行声程测定,共测10次,测量结果见表1。由表1得10次测量的平均值ˉx=100.2x¯=100.2mm。根据贝塞尔公式得到单次实验标准偏差为S(x)=√1n-1∑(xi-ˉx)2=0.52mmS(x)=1n−1∑(xi−x¯)2−−−−−−−−−−−−−√=0.52mm则其测量不确定度为uA1=S(x)√10=0.16mmuA1=S(x)10√=0.16mm相对不确定度uA=uA1ˉx=0.16/100.2=0.16%uA=uA1x¯=0.16/100.2=0.16%其自由度为υ11=n-1=9υ11=n−1=91.2不确定的b级评估方法1.2.1不确定度u声程读数误差为每100mm约±1mm,按均匀分布,置信因子K取√33√,误差区间半宽度1mm,其不确定度为u=1/√3=0.58u=1/3√=0.58mm。则由声程读数误差引起的相对不确定度为uB1=uˉx=0.58100.2=0.58%uB1=ux¯=0.58100.2=0.58%估计ΔuB1/uB1=20%,则其自由度为υ12=12(0.2)-2=12υ12=12(0.2)−2=121.2.2u3000相对不确定度ub2/ub2该仪器的水平线性为1%,按均匀分布,K取√33√,区间半宽度1%,则由水平线性引入的相对不确定度为uB2=1%√3=0.58%uB2=1%3√=0.58%估计ΔuB2/uB2=20%,则其自由度为υ13=12(0.2)-2=12υ13=12(0.2)−2=121.2.3u3000相对不确定度对比试块厚度公差为±0.5mm,按均匀分布,K取√33√,得其不确定度为u3=0.5√3=0.29mmu3=0.53√=0.29mm则由于对比试块厚度公差引入的相对不确定度为uB3=0.29200=0.145%uB3=0.29200=0.145%估计ΔuB3/uB3=20%,则其自由度为υ14=12(0.2)-2=12υ14=12(0.2)−2=121.2.4声程不确定度u选用对比试块应使之与被检材料的声速特性相同或相近,但仍存在一些声速差异,这将会引入声程的不确定度,由于其影响较小,故忽略。被检材料的晶粒结构、成分和显微结构的局部各向异性可能导致声程不确定度约为u=0.01%,置信概率P=95%,在区间内可认为正态分布,包含因子kp=1.96,则uB4=0.01%1.96=0.005%uB4=0.01%1.96=0.005%估计ΔuB4/uB4=10%,则自由度υ15=12(0.1)-2=50则uB=√u2B1+u2B2+u2B3+u2B4=√0.00582+0.00582+0.000052+0.001452=0.83%1.3扩展不确定度u合成不确定度uC为uC=√u2A+u2B=√0.162+0.832%=0.85%自由度为υ1=u4Cu4Av11+u4B1v12+u4B2v13+u4B3v14+u4B4v15=28.7其扩展不确定度U为U=ΚuC=2×0.85%=1.7%(Κ=2)2缺陷反射波与对比试块基础缺陷声程的工艺对比采用超声波对锻件或铸件进行纵波探伤时,当声程大于三倍近场区时可根据下式求得被检缺陷的当量直径Δ=40lgϕ1⋅x0x1⋅ϕ0即ϕ1=10Δ40ϕ1⋅x1x0(1)式中Δ——缺陷反射波与对比试块平底孔反射波的分贝差ϕ1——被检缺陷的当量直径ϕ0——对比试块的平底孔直径x1——被检缺陷的声程x0——对比试块的平底孔缺陷声程2.1人工孔量的测量使用标准对比试块(声程200mm,ϕ4mm平底孔)调整仪器,然后对已知为ϕ2mm平底孔的试块进行检测,得知人工孔的当量直径ϕ。经过10次测量的数据如表2,10次测量平均值为ˉϕ=2.09mm。由表2得到其实验标准偏差S为S(ˉϕ)=√1n-1∑(ϕi-ˉϕ)2=0.074mm则不确定度为uA1=S(ˉϕ)√n=0.074√10=0.023mm故相对不确定度为uA=uA1ˉϕ=0.0232.09=1.1%其自由度为υ21=n-1=92.2缺陷b的评估是基于不确定直径2.2.1衰减器灵敏度由标准装置中衰减器的不确定度为1.6%,根据式(1)得标准引入的当量不确定度为∂ϕ∂ΔdΔ=ϕ0⋅x1x0×10Δ40×ln10×140dΔ=0.00037mm则标准装置衰减器的标准不确定度为uB1=0.00372.09=0.2%估计其相对不确定度为10%,则其自由度为υ22=12×(10%)-2=502.2.2040l10400d1.0.5mm不确定度ub21020201020202010202020202020202020253.5超声检测中波高读数误差为0.2dB,由式(1)得∂ϕ∂ΔdΔ=ϕ2⋅x1x2×10Δ40×ln10×140dΔ=0.05mm由读数误差引入的不确定度为uB2=0.052.09=2.2%估计其相对不确定度为20%,则其自由度为υ23=12×(20%)-2=12.52.2.3u3000相对不确定度ub3.由于对比试块平底孔的不平会造成缺陷当量误差0.02mm,按均匀分布,其不确定度为0.02/√3=0.012mm,则引入的相对不确定度为uB3=0.0122.09=0.6%估计其相对不确定度为10%,则其自由度为υ24=12×(10%)-2=502.2.4ux1ux1ux31010.3210.3210.210.由式(1)得uB4=∂ϕ∂x1⋅1ˉϕ⋅ux=(1200×10Δ40)⋅ϕ0⋅ux1ˉϕ=(1200×1010.440)×4×1%×12.09=0.02%式中ux——缺陷声程不确定度,1%估计其相对不确定度为20%,则其自由度为υ25=12×(20%)-2=12.52.2.5超声波探伤缺陷分量直径不确定度uuB=√u2B1+u2B2+u2B3+u2B4=√0.0022+0.0222+0.0062+0.00022=2.28%因此超声波探伤缺陷当量直径的合成不确定度为uC=√u2A+u2B=√0.0112+0.02282=2.5%自