測(cè)量不確定度在水利工程質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用

李婷婷,褚霄潔,關(guān) 鍵,張 巍

(1.水利部農(nóng)村電氣化研究所，浙江 杭州 310012；2.水利部農(nóng)村水電工程技術(shù)研究中心，浙江 杭州 310012)

隨著“放管服”改革工作的不斷深入，檢驗(yàn)檢測(cè)市場(chǎng)準(zhǔn)入限制不斷放寬，水利工程質(zhì)量檢測(cè)機(jī)構(gòu)數(shù)量不斷增多。能夠具備測(cè)量不確定度評(píng)定能力的檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)，可以從這一方面體現(xiàn)出自身的整體水平和實(shí)力，提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。同時(shí)，RB/T214—2017《檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)資質(zhì)認(rèn)定能力評(píng)價(jià)檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)通用要求》中指出，檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)應(yīng)根據(jù)需要，建立和保持應(yīng)用評(píng)定測(cè)量不確定度的程序，也從制度方面要求檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)應(yīng)掌握測(cè)量不確定度評(píng)定的方法及應(yīng)用[1]。目前的水利工程質(zhì)量檢測(cè)中，大部分的測(cè)量過(guò)程均認(rèn)為測(cè)量不確定度可忽略不計(jì)，測(cè)量結(jié)果以測(cè)得的量值表示。測(cè)量不確定度在水利工程質(zhì)量檢測(cè)中尚未得到廣泛應(yīng)用。水利工程質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)在面對(duì)出現(xiàn)臨界值、內(nèi)部質(zhì)量控制或客戶(hù)有要求時(shí)，有能力給出測(cè)量不確定度評(píng)定報(bào)告，對(duì)解決實(shí)際工程問(wèn)題有著重要意義。

1 測(cè)量不確定度

根據(jù)JJF 1059.1—2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》中的表述，測(cè)量結(jié)果通常表示為單個(gè)測(cè)得的量值和一個(gè)測(cè)量不確定度[2]。其中不確定度是表征賦予被測(cè)量值分散性的非負(fù)參數(shù)，是用來(lái)說(shuō)明測(cè)量量值按一定概率落在一個(gè)區(qū)間的半寬度。不確定度不同于誤差，它是用來(lái)表示測(cè)量量值的不確定程度，在數(shù)軸上表示成一個(gè)概率區(qū)間，而誤差則是一個(gè)點(diǎn)。因此，引入不確定度會(huì)使測(cè)量工作更加嚴(yán)謹(jǐn)，同時(shí)在應(yīng)用上也具有普遍適用性、統(tǒng)一性、可傳遞性的特點(diǎn)。

在水利工程質(zhì)量檢測(cè)中，不確定度可以被應(yīng)用的方面很多，包括測(cè)量?jī)x器設(shè)備的校準(zhǔn)結(jié)果判斷；測(cè)量?jī)x器設(shè)備內(nèi)部校準(zhǔn)的量值溯源；一些檢測(cè)項(xiàng)目測(cè)量結(jié)果的表示；實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)試驗(yàn)和能力驗(yàn)證結(jié)果的評(píng)定。推進(jìn)建立不確定度在水利工程質(zhì)量檢測(cè)中的應(yīng)用，有利于促進(jìn)行業(yè)的技術(shù)水平的提高和服務(wù)體系的完善。

2 不確定度在測(cè)量設(shè)備校準(zhǔn)結(jié)果評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

測(cè)量設(shè)備的檢定和校準(zhǔn)需要進(jìn)行結(jié)果確認(rèn)。檢定證書(shū)會(huì)給出評(píng)定結(jié)論，而校準(zhǔn)證書(shū)的結(jié)果只會(huì)給出被校設(shè)備的誤差和測(cè)量不確定度。校準(zhǔn)后的設(shè)備是否符合使用要求，檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)必須進(jìn)行判斷。判斷的過(guò)程就需要應(yīng)用校準(zhǔn)證書(shū)中的不確定度。

(1)測(cè)量設(shè)備具備一個(gè)最大允許誤差的參數(shù)∣MPE∣，通常來(lái)源于測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的要求、儀器的最小分度值或者生產(chǎn)廠家給定的技術(shù)參數(shù)。評(píng)定校準(zhǔn)結(jié)果時(shí)，可以用校準(zhǔn)的示值誤差∣Δ∣和最大允許誤差比較來(lái)評(píng)定[2]。

(2)評(píng)定條件1：示值誤差對(duì)應(yīng)的測(cè)量不確定度U(U95或k=2時(shí))與被評(píng)價(jià)設(shè)備的最大允許誤差之比小于或等于1/3，即U≤1/3∣MPE∣，則當(dāng)∣Δ∣≤∣MPE∣時(shí)，設(shè)備判定為合格；當(dāng)∣Δ∣>∣MPE∣時(shí)，設(shè)備判定為不合格。

(3)評(píng)定條件2：示值誤差對(duì)應(yīng)的測(cè)量不確定度U(U95或k=2時(shí))與被評(píng)價(jià)設(shè)備的最大允許誤差之比大于1/3，即U>1/3∣MPE∣，則當(dāng)∣Δ∣≤∣MPE∣-U時(shí)，設(shè)備判定為合格；當(dāng)∣Δ∣>∣MPE∣-U時(shí)，設(shè)備判定為不合格。

表1 RS-JCY靜載荷測(cè)試儀校準(zhǔn)結(jié)果表

參看RS-JCY靜載荷測(cè)試儀的技術(shù)參數(shù)，其壓力傳感器測(cè)量范圍為0～70MPa，測(cè)量精度為±0.5%(相對(duì)誤差)，即最大允許誤差∣MPE∣=0.5%測(cè)量示值。按照上述兩個(gè)評(píng)定條件，判定的過(guò)程及結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 RS-JCY靜載荷測(cè)試儀校準(zhǔn)結(jié)果判定過(guò)程及結(jié)論

對(duì)RS-JCY靜載荷測(cè)試儀的校準(zhǔn)結(jié)果確認(rèn)中，0～45MPa的范圍內(nèi)是滿(mǎn)足設(shè)備技術(shù)參數(shù)要求的，可以正常使用。在60MPa校準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)，判定結(jié)果不符合技術(shù)參數(shù)要求，需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行核查，并在實(shí)際使用中注意這個(gè)范圍內(nèi)的測(cè)量值。

3 測(cè)量設(shè)備內(nèi)部校準(zhǔn)中的不確定度評(píng)定

水利工程質(zhì)量檢測(cè)五個(gè)類(lèi)別的甲級(jí)資質(zhì)涉及參數(shù)達(dá)到了233個(gè)，對(duì)應(yīng)的檢測(cè)設(shè)備類(lèi)型和數(shù)量較多，部分測(cè)量設(shè)備無(wú)法送檢/送校，通常該部分設(shè)備需要通過(guò)內(nèi)部校準(zhǔn)的方式進(jìn)行量值溯源。內(nèi)部校準(zhǔn)是校準(zhǔn)的一種形式，由實(shí)驗(yàn)室利用參考標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)文件的規(guī)定，對(duì)測(cè)量設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。內(nèi)部校準(zhǔn)的目的是判斷測(cè)量設(shè)備的示值是否符合測(cè)量精度的要求，因此按照校準(zhǔn)結(jié)果確認(rèn)程序的原則，需要實(shí)驗(yàn)室給出設(shè)備的示值誤差和不確定度。

測(cè)量設(shè)備的不確定度評(píng)定應(yīng)按照J(rèn)JF 1059.1—2012的規(guī)定執(zhí)行，對(duì)水利工程檢測(cè)設(shè)備均適用。不確定度評(píng)定包括在規(guī)定測(cè)量條件下，用統(tǒng)計(jì)分析的方法對(duì)測(cè)得的量值進(jìn)行A類(lèi)測(cè)量不確定度評(píng)定，以及根據(jù)相關(guān)信息或經(jīng)驗(yàn)，對(duì)測(cè)得的量值進(jìn)行B類(lèi)測(cè)量不確定度評(píng)定。這兩種方法均可用于水利工程測(cè)量設(shè)備內(nèi)部校準(zhǔn)的不確定度評(píng)定。

4 檢測(cè)結(jié)果中的測(cè)量不確定度評(píng)定

目前絕大部分水利工程質(zhì)量檢測(cè)規(guī)范中，沒(méi)有具體給出測(cè)量不確定度的要求，但檢測(cè)機(jī)構(gòu)應(yīng)該掌握自身所出具的測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定方法。本文以水利工程中常用的無(wú)紡?fù)凉げ祭鞆?qiáng)度檢測(cè)為例，說(shuō)明測(cè)量不確定在水利工程質(zhì)量檢測(cè)中能夠得到良好的應(yīng)用。

(1)依據(jù)SL235—2012《土工合成材料測(cè)試規(guī)程》的規(guī)定，土工布的拉伸強(qiáng)度數(shù)學(xué)模型為y=F/B，其中y為拉伸強(qiáng)度(N/mm)，F(xiàn)為最大拉力(N)，B為試樣寬度(mm)。

(2)測(cè)量設(shè)備。①萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)：MPE±1%，測(cè)量范圍1～30kN，準(zhǔn)確度1級(jí)；②鋼直尺：MPE±0.10mm，測(cè)量范圍0～300mm，擴(kuò)展不確定度U=0.09mm(k=2)。

胸部創(chuàng)傷容易引起肋骨骨折,常規(guī)X線檢查對(duì)肋骨骨折的診斷效果不及CT效果好[1]。當(dāng)前多層CT使用了多層面重組技術(shù),對(duì)患者的骨折部位進(jìn)行顯示,因此可以對(duì)胸部創(chuàng)傷給予較好的診斷[2]。CT會(huì)產(chǎn)生X線輻射,對(duì)患者帶來(lái)?yè)p傷,該種診斷方式在臨床中使用比較多。因此低劑量CT掃描的臨床研究能夠?yàn)樯鐣?huì)效益帶來(lái)幫助[3-5]。現(xiàn)在的肺部低劑量CT研究有了很大的進(jìn)步,可是對(duì)胸外科肋骨骨折的應(yīng)用評(píng)價(jià)不多。此次就低劑量和常規(guī)劑量CT進(jìn)行胸外科肋骨骨折的臨床診斷情況進(jìn)行研究分析,有以下報(bào)道。

(3)測(cè)量過(guò)程。在無(wú)紡?fù)凉げ紭悠飞喜眉?個(gè)寬度為50mm、長(zhǎng)度為200mm的試樣，試樣計(jì)量長(zhǎng)度為100mm。設(shè)定拉力機(jī)拉伸速率為20mm/min，將兩夾具的初始間距調(diào)至100mm。開(kāi)啟試驗(yàn)機(jī)，記錄拉力-伸長(zhǎng)量曲線。連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)直至試樣破壞，停機(jī)。重復(fù)試驗(yàn)，計(jì)算拉伸強(qiáng)度的平均值。

(4)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

(5)根據(jù)數(shù)學(xué)模型建立方差u(y)和靈敏系數(shù)表達(dá)式：

(6)標(biāo)準(zhǔn)不確定度評(píng)定

⑤合成不確定度的計(jì)算

⑥擴(kuò)展不確定度

取k=2，U=2×0.50=1.00(N/mm)

⑦測(cè)量不確定度報(bào)告與表示

5 結(jié)語(yǔ)

在水利工程質(zhì)量檢測(cè)中，測(cè)量不確定度可以在多個(gè)方面進(jìn)行應(yīng)用。

(1)測(cè)量設(shè)備校準(zhǔn)結(jié)果的確認(rèn)中，需要利用校準(zhǔn)證書(shū)提供的校準(zhǔn)誤差和不確定度與設(shè)備的最大允許誤差進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果判定測(cè)量設(shè)備在校準(zhǔn)范圍內(nèi)是否滿(mǎn)足使用要求。檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)應(yīng)建立校準(zhǔn)結(jié)果的確認(rèn)程序，有效利用不確定度，確保設(shè)備量值溯源的準(zhǔn)確性。

(2)測(cè)量設(shè)備的內(nèi)部校準(zhǔn)也需要進(jìn)行校準(zhǔn)結(jié)果有效性的判定，在校準(zhǔn)中為設(shè)備評(píng)定測(cè)量不確定度，再利用不確定度對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行確認(rèn)。

(3)水利工程質(zhì)量檢測(cè)的參數(shù)基本都有明確的測(cè)量方法，根據(jù)測(cè)量原理和方法，可以建立對(duì)應(yīng)的測(cè)量模型。通過(guò)分析模型中引入測(cè)量誤差的各種因素，計(jì)算評(píng)定測(cè)量結(jié)果的不確定度，能夠提高檢測(cè)的可靠性和準(zhǔn)確性，促進(jìn)水利行業(yè)服務(wù)水平的提升。