水利工程質量檢測中測量不確定度的影響研究

張宏量

(桓仁世元工程質量檢測有限公司，遼寧 本溪 117200)

0 引 言

水利工程檢驗檢測市場準入限制的放寬以及“放管服”改革工作的不斷深入，使得檢測機構數量越來越多。質量檢測機構自身的整體水平和實力可依據是否具備測量不確定度評定能力來反映，這也是提升其市場競爭力的重要手段。另外，企業資質認定能力評價相關要求明確提出，應結合實際情況設立和保持不確定度評定流程，因此檢測單位在制度上被要求掌握相應的評定方法。目前，大多數測量過程均認為可不考慮水利工程質量測量不確定度，而采用量值直接反映測量結果，水利工程質量檢測中不確定測量方法的應用還不夠廣泛。在面對客戶要求、內部質量控制或存在臨界值的條件下，水利工程檢測機構有能力給出相應的評定報告，這對于提升水利行業服務水平和解決實際工程問題極其重要[1-6]。

1 測量不確定度

在不確定度評定過程中，通常采用一個不確定度和單個測得的量值反映檢測結果。為準確反映測量值的分散特征有必要引入不確定度，它體現了量值落入半寬度區間的概率范圍，屬于數軸上的一個區間。誤差與不確定度存在較大的差異，前者為一個點，后者從概率范圍的角度衡量測量量值的不確定程度[7-8]。因此，引入不確定度會在應用上更具可傳遞性、統一性和普遍適用性，更加嚴謹的完成測量工作。

不確定度可以被應用于水利工程質量檢測的多個方面，如不同實驗室之間的檢測能力驗證與對比試驗結果評定，儀器設備內部校準值量值溯源與校準結果判斷、檢測項目測量結果描述等。在水利工程質量檢測中推進建立不確定度的應用程序，對于完善工程質量服務體系和提升檢測行業技術水平等具有重要意義[9]。

2 測量設備校準評價中不確定度的應用

結果確認為測量設備校準和檢定的重要環節，相應的評定結論會由檢定證書給出，而被校設備的測量不確定度和誤差一般由校準證書的結果給出，檢驗檢測機構必須準確判斷校準后的設備能夠符合使用要求[10-13]。校準證書中的不確定度為評判過程中的重要依據，具體如下：

1)通常情況下，儀器設備最小分度值、規范標準要求的最大允許范圍、廠家給定的技術參數為最大允許誤差參數|MPE|的主要來源，它是測量設備用于評定校準結果的重要指標。實際應用時，通過比較最大允許誤差和校準的示值誤差|▲|來評定。

2)評判條件一：在儀器設備測量對應的不確定度U(U95或k=2)之比≥3的情況下，即U≤1/3|MPE|，若設備滿足|△|≤|MPE|-U條件，則認為合格；若設備滿足|△|>|MPE|-U條件，則認為不合格。

3)評判條件二：在儀器設備測量對應的不確定度U(U95或k=2)之比<3的情況下，即U>1/3|MPE|，若設備滿足|△|≤|MPE|-U條件，則認為合格；若設備滿足|△|>|MPE|-U條件，則認為不合格。

4)靜載荷測試儀為水利工程樁基檢測最為常用的設備，校準后的YS-JCY型測試儀結果見表1。

表1 靜載荷測試儀校準結果

根據儀器設備技術參數確定RS-JCY靜載荷測試儀的測量精度為±0.5%，壓力傳感器的測量區間為0-70MPa，因此測量示值最大允許誤差為|MPE|=0.5%。根據以上評定條件，獲取評定結果及其過程見表2。

表2 靜載荷測試儀評定結論

RS-JCY靜載荷測試儀技術參數要求的范圍為0-45MPa，結合校準結果確認值可認為設備能夠正常使用。技術參數在校準點為60MPa的情況下，判定為不滿足標準要求，此時必須核查設備，操作過程中若存在此區間內的測量值應在引起注意。

3 檢測設備內部校準中不確定度評定

水利工程質量檢測五個類別對應的檢測設備數量和類型較多，其中甲級資質的相關參數有235個。針對部分無法送校或送檢的測量設備需要進行量值溯源，即采用內部校準的方式對該部分設備進行溯源，這屬于一種較為常用的校準形式。根據相關技術文件和規范標準的規定，由實驗室按照參考標準校準測量設備。對測量設備示值能否達到測量精度要求的準確判斷為內部校準的主要目的，所以實驗室提供設備的不確定度和示值誤差為按照校準結果確認程序的重要基礎[14]。

參考JJF1059.1-2012中的相關標準測量設備的不確定度，該規范適用于多種檢測設備。在規定測量條件的情況下主要采用兩種評定方法，其一是對A類量值利用統計分析法評定其不確定度，其一是對量值的A類測量不確定度利用統計分析法進行評定，其二是對量值的B類不確定度結合相關經驗或信息給予合理評定，在內部校準的不確定度評定中以上兩種方法均適用于水利工程量測設備。

4 檢測結果中測量不確定度評定

當前，大多數工程質量檢測規范并未明確給出測量不確定度的具體要求，但測量結果不確定度評定方法應作為檢測機構資質能力評定的重要參數，應結合實際情況給出相應的方法[15]。為詳細說明水利工程質量檢查中測量不確定度評定方法的應用，以工程實踐中較為常見的無紡土工布抗拉強度檢查為研究對象，評定過程如下：

1)土工布的抗拉強度數學模型按照土工合成材料測試規程為y=F/B，其中B、F為試樣寬度和最大拉力，mm、N；y為拉伸強度，N/mm。

2)測量設備的選取。選取測量范圍為1-30kN的萬能材料試驗機，其準確度為1級，MPE±1%；采用擴展不確定度U為0.09mm、量測范圍為0-300mm的鋼直尺，MPE±0.10mm。

3)測量過程。首先裁剪長度為200mm、寬度為50mm的5個無紡土工布試樣，其長度計量值為100mm；然后將拉力機夾具調整至初始的100mm，設定工作速率20mm/min，開啟試驗機并記錄伸長量-拉力曲線；持續運行至試樣破壞，停止運行試驗完成，取多次試驗平均值作為拉伸強度值。

4)統計整理最終的試驗數據，結果見表3。

5)靈敏系數c1、c2和方差u(y)按照數學模型構造，其表達式如下：

u2(y)=c12u12(F)+c22u2(B)

(1)

(2)

(3)

表3 試驗數據

5 結 論

測量不確定度可以應用于水利工程質量檢測中的多個領域，得出的結論如下：

1)工程質量檢測校準證書提供的校準誤差、最大允許誤差和不確定度為校準結果確認的重要條件，在校準范圍內測量設備能夠達到使用要求的判別依據為以上比較結果。為確保設備量值溯源的準確性應建立校準結果的確認程度，檢驗檢測機構要有效利用不確定度值。

2)在校準過程中還需要判定設備內部校準的有效性，然后對校準結果按照不確定度再次給予確認。各項參數的測量在水利工程質量檢測中均有明確的方法，結合測量方法和理構建有效的測量模型。為提高檢測結果的準確性與可靠性應考慮多種因素作用，按照分析結

3)引入測量誤差的各種因素，通過分析模型得到相應的不確定度，可為提升檢驗檢測機構服務水平和水利工程質量提供重要保障。