水利工程質(zhì)量檢測(cè)中測(cè)量不確定度的影響研究

張宏量

(桓仁世元工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，遼寧 本溪 117200)

0 引 言

水利工程檢驗(yàn)檢測(cè)市場(chǎng)準(zhǔn)入限制的放寬以及“放管服”改革工作的不斷深入，使得檢測(cè)機(jī)構(gòu)數(shù)量越來(lái)越多。質(zhì)量檢測(cè)機(jī)構(gòu)自身的整體水平和實(shí)力可依據(jù)是否具備測(cè)量不確定度評(píng)定能力來(lái)反映，這也是提升其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的重要手段。另外，企業(yè)資質(zhì)認(rèn)定能力評(píng)價(jià)相關(guān)要求明確提出，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況設(shè)立和保持不確定度評(píng)定流程，因此檢測(cè)單位在制度上被要求掌握相應(yīng)的評(píng)定方法。目前，大多數(shù)測(cè)量過(guò)程均認(rèn)為可不考慮水利工程質(zhì)量測(cè)量不確定度，而采用量值直接反映測(cè)量結(jié)果，水利工程質(zhì)量檢測(cè)中不確定測(cè)量方法的應(yīng)用還不夠廣泛。在面對(duì)客戶(hù)要求、內(nèi)部質(zhì)量控制或存在臨界值的條件下，水利工程檢測(cè)機(jī)構(gòu)有能力給出相應(yīng)的評(píng)定報(bào)告，這對(duì)于提升水利行業(yè)服務(wù)水平和解決實(shí)際工程問(wèn)題極其重要[1-6]。

1 測(cè)量不確定度

在不確定度評(píng)定過(guò)程中，通常采用一個(gè)不確定度和單個(gè)測(cè)得的量值反映檢測(cè)結(jié)果。為準(zhǔn)確反映測(cè)量值的分散特征有必要引入不確定度，它體現(xiàn)了量值落入半寬度區(qū)間的概率范圍，屬于數(shù)軸上的一個(gè)區(qū)間。誤差與不確定度存在較大的差異，前者為一個(gè)點(diǎn)，后者從概率范圍的角度衡量測(cè)量量值的不確定程度[7-8]。因此，引入不確定度會(huì)在應(yīng)用上更具可傳遞性、統(tǒng)一性和普遍適用性，更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐瓿蓽y(cè)量工作。

不確定度可以被應(yīng)用于水利工程質(zhì)量檢測(cè)的多個(gè)方面，如不同實(shí)驗(yàn)室之間的檢測(cè)能力驗(yàn)證與對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果評(píng)定，儀器設(shè)備內(nèi)部校準(zhǔn)值量值溯源與校準(zhǔn)結(jié)果判斷、檢測(cè)項(xiàng)目測(cè)量結(jié)果描述等。在水利工程質(zhì)量檢測(cè)中推進(jìn)建立不確定度的應(yīng)用程序，對(duì)于完善工程質(zhì)量服務(wù)體系和提升檢測(cè)行業(yè)技術(shù)水平等具有重要意義[9]。

2 測(cè)量設(shè)備校準(zhǔn)評(píng)價(jià)中不確定度的應(yīng)用

結(jié)果確認(rèn)為測(cè)量設(shè)備校準(zhǔn)和檢定的重要環(huán)節(jié)，相應(yīng)的評(píng)定結(jié)論會(huì)由檢定證書(shū)給出，而被校設(shè)備的測(cè)量不確定度和誤差一般由校準(zhǔn)證書(shū)的結(jié)果給出，檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)必須準(zhǔn)確判斷校準(zhǔn)后的設(shè)備能夠符合使用要求[10-13]。校準(zhǔn)證書(shū)中的不確定度為評(píng)判過(guò)程中的重要依據(jù)，具體如下：

1)通常情況下，儀器設(shè)備最小分度值、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求的最大允許范圍、廠家給定的技術(shù)參數(shù)為最大允許誤差參數(shù)|MPE|的主要來(lái)源，它是測(cè)量設(shè)備用于評(píng)定校準(zhǔn)結(jié)果的重要指標(biāo)。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，通過(guò)比較最大允許誤差和校準(zhǔn)的示值誤差|▲|來(lái)評(píng)定。

2)評(píng)判條件一：在儀器設(shè)備測(cè)量對(duì)應(yīng)的不確定度U(U95或k=2)之比≥3的情況下，即U≤1/3|MPE|，若設(shè)備滿足|△|≤|MPE|-U條件，則認(rèn)為合格；若設(shè)備滿足|△|>|MPE|-U條件，則認(rèn)為不合格。

3)評(píng)判條件二：在儀器設(shè)備測(cè)量對(duì)應(yīng)的不確定度U(U95或k=2)之比<3的情況下，即U>1/3|MPE|，若設(shè)備滿足|△|≤|MPE|-U條件，則認(rèn)為合格；若設(shè)備滿足|△|>|MPE|-U條件，則認(rèn)為不合格。

4)靜載荷測(cè)試儀為水利工程樁基檢測(cè)最為常用的設(shè)備，校準(zhǔn)后的YS-JCY型測(cè)試儀結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 靜載荷測(cè)試儀校準(zhǔn)結(jié)果

根據(jù)儀器設(shè)備技術(shù)參數(shù)確定RS-JCY靜載荷測(cè)試儀的測(cè)量精度為±0.5%，壓力傳感器的測(cè)量區(qū)間為0-70MPa，因此測(cè)量示值最大允許誤差為|MPE|=0.5%。根據(jù)以上評(píng)定條件，獲取評(píng)定結(jié)果及其過(guò)程見(jiàn)表2。

表2 靜載荷測(cè)試儀評(píng)定結(jié)論

RS-JCY靜載荷測(cè)試儀技術(shù)參數(shù)要求的范圍為0-45MPa，結(jié)合校準(zhǔn)結(jié)果確認(rèn)值可認(rèn)為設(shè)備能夠正常使用。技術(shù)參數(shù)在校準(zhǔn)點(diǎn)為60MPa的情況下，判定為不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，此時(shí)必須核查設(shè)備，操作過(guò)程中若存在此區(qū)間內(nèi)的測(cè)量值應(yīng)在引起注意。

3 檢測(cè)設(shè)備內(nèi)部校準(zhǔn)中不確定度評(píng)定

水利工程質(zhì)量檢測(cè)五個(gè)類(lèi)別對(duì)應(yīng)的檢測(cè)設(shè)備數(shù)量和類(lèi)型較多，其中甲級(jí)資質(zhì)的相關(guān)參數(shù)有235個(gè)。針對(duì)部分無(wú)法送校或送檢的測(cè)量設(shè)備需要進(jìn)行量值溯源，即采用內(nèi)部校準(zhǔn)的方式對(duì)該部分設(shè)備進(jìn)行溯源，這屬于一種較為常用的校準(zhǔn)形式。根據(jù)相關(guān)技術(shù)文件和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，由實(shí)驗(yàn)室按照參考標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)測(cè)量設(shè)備。對(duì)測(cè)量設(shè)備示值能否達(dá)到測(cè)量精度要求的準(zhǔn)確判斷為內(nèi)部校準(zhǔn)的主要目的，所以實(shí)驗(yàn)室提供設(shè)備的不確定度和示值誤差為按照校準(zhǔn)結(jié)果確認(rèn)程序的重要基礎(chǔ)[14]。

參考JJF1059.1-2012中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量設(shè)備的不確定度，該規(guī)范適用于多種檢測(cè)設(shè)備。在規(guī)定測(cè)量條件的情況下主要采用兩種評(píng)定方法，其一是對(duì)A類(lèi)量值利用統(tǒng)計(jì)分析法評(píng)定其不確定度，其一是對(duì)量值的A類(lèi)測(cè)量不確定度利用統(tǒng)計(jì)分析法進(jìn)行評(píng)定，其二是對(duì)量值的B類(lèi)不確定度結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗(yàn)或信息給予合理評(píng)定，在內(nèi)部校準(zhǔn)的不確定度評(píng)定中以上兩種方法均適用于水利工程量測(cè)設(shè)備。

4 檢測(cè)結(jié)果中測(cè)量不確定度評(píng)定

當(dāng)前，大多數(shù)工程質(zhì)量檢測(cè)規(guī)范并未明確給出測(cè)量不確定度的具體要求，但測(cè)量結(jié)果不確定度評(píng)定方法應(yīng)作為檢測(cè)機(jī)構(gòu)資質(zhì)能力評(píng)定的重要參數(shù)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況給出相應(yīng)的方法[15]。為詳細(xì)說(shuō)明水利工程質(zhì)量檢查中測(cè)量不確定度評(píng)定方法的應(yīng)用，以工程實(shí)踐中較為常見(jiàn)的無(wú)紡?fù)凉げ伎估瓘?qiáng)度檢查為研究對(duì)象，評(píng)定過(guò)程如下：

1)土工布的抗拉強(qiáng)度數(shù)學(xué)模型按照土工合成材料測(cè)試規(guī)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(qiáng)度，N/mm。

2)測(cè)量設(shè)備的選取。選取測(cè)量范圍為1-30kN的萬(wàn)能材料試驗(yàn)機(jī)，其準(zhǔn)確度為1級(jí)，MPE±1%；采用擴(kuò)展不確定度U為0.09mm、量測(cè)范圍為0-300mm的鋼直尺，MPE±0.10mm。

3)測(cè)量過(guò)程。首先裁剪長(zhǎng)度為200mm、寬度為50mm的5個(gè)無(wú)紡?fù)凉げ荚嚇樱溟L(zhǎng)度計(jì)量值為100mm；然后將拉力機(jī)夾具調(diào)整至初始的100mm，設(shè)定工作速率20mm/min，開(kāi)啟試驗(yàn)機(jī)并記錄伸長(zhǎng)量-拉力曲線；持續(xù)運(yùn)行至試樣破壞，停止運(yùn)行試驗(yàn)完成，取多次試驗(yàn)平均值作為拉伸強(qiáng)度值。

4)統(tǒng)計(jì)整理最終的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)果見(jiàn)表3。

5)靈敏系數(shù)c1、c2和方差u(y)按照數(shù)學(xué)模型構(gòu)造，其表達(dá)式如下：

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

(1)

(2)

(3)

表3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

5 結(jié) 論

測(cè)量不確定度可以應(yīng)用于水利工程質(zhì)量檢測(cè)中的多個(gè)領(lǐng)域，得出的結(jié)論如下：

1)工程質(zhì)量檢測(cè)校準(zhǔn)證書(shū)提供的校準(zhǔn)誤差、最大允許誤差和不確定度為校準(zhǔn)結(jié)果確認(rèn)的重要條件，在校準(zhǔn)范圍內(nèi)測(cè)量設(shè)備能夠達(dá)到使用要求的判別依據(jù)為以上比較結(jié)果。為確保設(shè)備量值溯源的準(zhǔn)確性應(yīng)建立校準(zhǔn)結(jié)果的確認(rèn)程度，檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)要有效利用不確定度值。

2)在校準(zhǔn)過(guò)程中還需要判定設(shè)備內(nèi)部校準(zhǔn)的有效性，然后對(duì)校準(zhǔn)結(jié)果按照不確定度再次給予確認(rèn)。各項(xiàng)參數(shù)的測(cè)量在水利工程質(zhì)量檢測(cè)中均有明確的方法，結(jié)合測(cè)量方法和理構(gòu)建有效的測(cè)量模型。為提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性應(yīng)考慮多種因素作用，按照分析結(jié)

3)引入測(cè)量誤差的各種因素，通過(guò)分析模型得到相應(yīng)的不確定度，可為提升檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)服務(wù)水平和水利工程質(zhì)量提供重要保障。