縱波法超聲波探傷儀定量分析-不確定度評定

測量不確定度（簡稱不確定度）是用以表征合理賦予測量值的分散性,，它是評定測量結果的重要參數(shù)^〔1,，2〕，為規(guī)范測量結果的正確評定和使用,，標準化等七家組織93年聯(lián)合制定了《測量不確定度表達導則》并廣泛應用,。96年國內在計量檢定工作中開始推廣不確定度，但在無損檢測定量分析中應用尚不廣泛,。為便于與接軌,，本文將不確定度應用于無損檢測中，與大家探討,。
　　縱波法探傷的誤差來源于使用的探傷儀,、探頭、試塊,、工件,、耦合劑等，在缺陷定位測量和定量分析等過程中均存在測量不確定度,，評定不確定度可以表明探傷分析結果的可靠程度,，有很好的推廣價值。

1　缺陷的定位

　　按1：n調節(jié)縱波掃描速度,，缺陷波前沿所對的水平刻度值為τ_f,，則缺陷至探頭的距隔為^〔3〕：

X_f=nτ_f          （1）

1.1　儀器、工件

　?。?）EPOCH-Ⅱ超聲波探傷儀,；（2）2.25P0.75′探頭；（3）CSK-Ⅰ試塊,；（4）厚度100 mm工件,。

1.2　位置的測定

　　儀器按1∶1調節(jié)掃描速度，水平刻度值為69.64,，缺陷位置：

X_f=nτ_f=69.64 mm

1.3　不確定度評度

　?。?）調節(jié)掃描速度引起的不確定度
　　掃描速度調節(jié)時會產(chǎn)生因顯示屏zui小刻度限制的讀數(shù)誤差。所用儀器水平zui小刻度為0.1,，則讀數(shù)可至zui小刻度1／10即讀數(shù)誤差分布范圍為（-1／10,，+1／10）刻度，為均勻分布,，標準不確定度（以相對不確定度表示）^〔4〕：

,；其不可靠性為50%，自由度v₁=（50%）^-2=2
　?。?）水平影響
　　儀器的水平線性影響缺陷的定位精度,，經(jīng)檢定儀器水平線性為5.7×10^-3,，服從正態(tài)分布（k=3），其標準不確定度：

（B類）：其值可靠,，自由度v₂=∞
　　水平刻度誤差受儀器分辯率影響（分辯率0.01）,，服從均勻分布，其誤差為1／2分辯率,，分布范圍（-0.005,，+0.005）^〔5〕，其標準不確定度（以相對不確定度表示）：

 ,；（B類）,；讀數(shù)可靠性為50%，自由度v₃=（50%）^-2=2
　　水平刻度值分別測量10次,，得均值69.64,，標準偏差s=0.21，其標準不確定度（相對確定度表示）：

,；（A類）：自由度v₄=n-1=9
　　 水平刻度合成標準不確定度為儀器的水平線性,、儀器分辯率、水平刻度值重復觀測三項標準不確定度的合成,，即為以上三項A類和B類的合成：

（3）結果評定
　　各分量的傳遞函數(shù)：

　　缺陷的定位,，其合成不確定度：

有效自由度：

取置信水平95%，t_P（0.95）=1.96
　　缺陷位置為：X_f（1±t_Pu_C（X_f））=69.64（1±8.8×10^-3）
　　其不確定度（合成標準）u_C（X_f）=X_f^.u_C（X_f）=0.3127

2　缺陷定量分析

　　缺陷當量大小以下式計算：

          （2）

從式（2）中可以看出,，缺陷當量大小受缺陷位置,、工件厚度、衰減量的影響,。

2.1　衰減量的變化

　　檢測中衰減量變化由垂直線性,、探頭頻率、衰減器誤差,、耦合劑,、介質衰減等引起。
2.1.1　垂直線性的影響
　　由下式得垂直線性與衰減關系：

          （3）

式中：H₀——理想波高　　H₁——實測波高（以下以H′₁替代H₁為一次實測波高,，H″₁替代H₁為二次實測波高）
　?、僖淮尾ǜ叩挠绊?br />　　傳遞函數(shù)×0.4342944=10.9

　　線性誤差為4.7×10^-2，服從正態(tài)分布（k=3）,，標準不確定度（相對不確定度表示）：

（B類）,；其值穩(wěn)定，自由度v₅=∞,。
　　讀數(shù)誤差為分辯率的1／2,，服從均勻分布范圍（-0.5,，+0.5）,，標準不確定度（以相對不確定度表示）：
；（B類）其估讀可靠性50%,，自由度v₆=（50%）^-2=2
　　一次波高的不確定度由以上兩項A類與B類的合成，即： 10^-2

　?、诙尾ǜ叩挠绊?br />　　傳遞函數(shù)

　　二次波高其線性誤差為4.7×10^-2，其標準不確定度：
　　u₇=u₅=1.57×10^-2（B類）,；自由度v₇=v₅=∞
　　讀數(shù)誤差同一次波,，u₈=u₆,v₈=v₆

　　線性誤差產(chǎn)生的不確定度為一次波高和二次波高標準不確定度的合成,，即：

2.1.2　頻率引起的衰減
　　頻率對衰減的影響：

　　傳遞函數(shù)：

　　頻率誤差10%，服從正態(tài)分布（k=3）,，標準不確定度：
　　；其值穩(wěn)定,，自由度v₉=∞
引起衰減的標準不確定度：

2.1.2　耦合劑影響
　　改變耦合劑厚度,，測量其衰減量,，用統(tǒng)計方法分析得到其不確定度（本次試驗次數(shù)為10次）,，試驗得均值5.5 dB,，標準偏差s=0.566,，標準不確定度：

　　以相對不確定度表示：10^-2；自由度v₁₀=10-1=9
　　讀數(shù)引起的誤差為分辯率的1／2,，服從均勻分布,，其分布范圍為（-0.05，+0.05）,，標準不確定度：

以相對不確定度表示：；讀數(shù)可靠性50%,，自由度v₁₁=（50%）^-2=2
　　衰減器精度的影響（在12dB下測得）：
　　衰減器*.5dB,，服從正態(tài)分布（k=3）,，標準不確定度：

　　以相對不確定度表示10^-2,；其值穩(wěn)定,，自由度v₁₂=∞。
　　耦合劑造成衰減量的不確定度為以上三項A類與B類的合成：

2.1.4　介質衰減
　　對工件重復檢查（10次）,，得介質衰減,，均值為5.3，標準偏差s=0.2 dB,，標準不確度定：

以相對不確定度表示：;自由度v₁₃=10-1=9
　　讀數(shù)引起的標準不確定度：u′₁₄=u₁₁=0.029 dB（B類）
　　以相對不確定度表示：10^-3;自由度v₁₄=v₁₁=2
　　衰減器的影響：u₁₅=u₁₂=0.167 dB（B類）
　　以相對不確定度表示：×10^-2,；自由度v₁₅=v₁₂=∞。
　　介質衰減的不確定度為以上三項A類與B類的合成：

2.1.5　衰減量重復觀測結果的變化
　　對工件測量10次,，得均值6.2，標準偏差s=0.58,其標準不確定度：

以相對不確定度表示：;自由度v₁₆=10-1=9
　　讀數(shù)誤差引起的標準不確定度：u₁₇=u₁₁=0.029 dB（B類）
　　以相對不確定度表示：10^-3;自由度v₁₇=v₁₁=2
　　衰減器的影響，其標準不確定度：u₁₈=u₁₂=0.167 dB（B類）
　　以相對不確定度表示：10^-2,；其值穩(wěn)定,，自由度v₁₈=∞,。
　　合成標準不確定度：

　　至此,，各類因素影響衰減量的不確定度為：

2.2　厚度影響

　　10次測量得均值100，標準偏差s=0.15 mm,，標準不確定度：

以相對不確定度表示：u′₁₉=4.74×^-4;自由度v₁₉=10-1=9
　　卡尺zui小讀數(shù)為0.02,，其誤差服從均勻分布,，分布范圍（-0.01,，+0.01）,，其標準不確定度：

以相對不確定度表示：u′₂₀=5.8×10^-5;自由度v₂₀=（50%）^-2=2
　　卡尺不確定度為0.05（k=3），服從正態(tài)分布,，標準不確定度：

以相對不確定度表示：10^-4;其值穩(wěn)定,，自由度v₂₁=∞。
　　工件厚度合成標準不確定度由以上三項合成,，即：

2.3　缺陷當量大小

傳遞函數(shù)：

合成標準不確定度：

以相對不確定度表示：u′_c（Φ）=3.08×10^-2
　　有效自由度：

置信水平取95%,，則覆蓋因子：t_P（4）=2.78

U=t_P^.u_c（Φ_f）=2.78×0.0613=0.17

　　當量尺寸大小zui終結果為Φ_f＝1.99±0.17 mm（其中0.17 mm為試驗結果的測量不確定度）

3　結論

　　通過對縱波法探傷定量分析的測量不確定度的計算與評定，可知曉探傷定量分析結果的可靠性程度,，并可判定試驗過程與結果分析的誤差來源及其結試驗結果的影響程度,。測量不確定度的評定作為試驗結果的重要組成部分，可應用于無損檢測定量分析的各個領域,。

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