水利工程質(zhì)量檢測(cè)中測(cè)量不確定度的影響研究

南京市水利建筑工程檢測(cè)中心有限公司，江蘇 南京 210036

1 測(cè)量不確定度及其影響

1.1 測(cè)量不確定度的含義

根據(jù)相關(guān)規(guī)范的要求，測(cè)量結(jié)果通常用兩部分表示，一是測(cè)量不確定度，二是測(cè)得的單個(gè)量值。不確定度的引入主要是為了對(duì)測(cè)量值分散特征進(jìn)行準(zhǔn)確反映，它能夠體現(xiàn)量值進(jìn)入半寬度范圍的概率。與誤差相比，其可以被視為數(shù)軸上的某個(gè)區(qū)間，而誤差則是數(shù)軸上的一個(gè)點(diǎn)。因此，不確定度的應(yīng)用具有較高的適用性、傳遞性以及統(tǒng)一性，而且可以有效提高測(cè)量工作的嚴(yán)謹(jǐn)性。在水利工程中，針對(duì)質(zhì)量檢測(cè)工作做好不確定度使用程序的建設(shè)，這樣不僅能夠提高工程測(cè)量體系的完善性，還能使檢測(cè)行業(yè)獲得更高的技術(shù)水平。

1.2 測(cè)量不確定度的影響

在對(duì)水利工程進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)的過(guò)程中，無(wú)論是測(cè)量的條件，還是測(cè)量的環(huán)境，都相對(duì)較差，因此在測(cè)量期間往往會(huì)被外部因素所影響，導(dǎo)致測(cè)量出來(lái)的實(shí)際數(shù)據(jù)可能會(huì)與真實(shí)數(shù)據(jù)存在一定的差異。如果在質(zhì)量檢測(cè)過(guò)程中，僅根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及實(shí)際測(cè)量結(jié)果對(duì)工程測(cè)量數(shù)據(jù)合格與否進(jìn)行判斷，會(huì)對(duì)工程質(zhì)量檢測(cè)工作的科學(xué)性造成巨大的影響。因此，需要相關(guān)單位在考慮實(shí)際測(cè)量結(jié)果的同時(shí)，兼顧測(cè)量不確定度。因?yàn)樵擁?xiàng)數(shù)值的大小直接關(guān)系到測(cè)量結(jié)果的質(zhì)量，并且測(cè)量不確定度還能用于實(shí)際測(cè)量結(jié)果的判斷，從某種程度上來(lái)講，測(cè)量不確定度及實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)都是影響工程測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度，對(duì)測(cè)量不確定度及實(shí)際測(cè)量結(jié)果間關(guān)聯(lián)度的數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用，能夠在一定程度上反映實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制作用。

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

2.1 在設(shè)備校準(zhǔn)評(píng)定方面的應(yīng)用

對(duì)于測(cè)量設(shè)備而言，其校準(zhǔn)及檢定都需要落實(shí)結(jié)果認(rèn)定工作，其中，校準(zhǔn)證書(shū)會(huì)明確被校設(shè)備的測(cè)量不確定度以及誤差，而檢定證書(shū)則會(huì)給出相應(yīng)的評(píng)定結(jié)論。對(duì)于經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的設(shè)備，其是否能夠滿足相關(guān)工作的需要，還需要檢驗(yàn)檢測(cè)機(jī)構(gòu)結(jié)合校準(zhǔn)證書(shū)中給出的不確定度進(jìn)行科學(xué)的判斷。第一，在測(cè)量設(shè)備中丨MPE丨代表允許范圍內(nèi)的最大誤差參數(shù)，其主要是以生產(chǎn)廠家標(biāo)記的技術(shù)參數(shù)、設(shè)備最小分度值以及測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)要求作為來(lái)源的，在進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果評(píng)定時(shí)，需要借助校準(zhǔn)示值誤差丨?丨與最大允許誤差進(jìn)行對(duì)比來(lái)實(shí)現(xiàn)。第二，具體的評(píng)定條件有兩個(gè)。一是對(duì)應(yīng)示值誤差的測(cè)量不確定度U，如果和被評(píng)定設(shè)備允許范圍內(nèi)的最大誤差值比小于等于1/3，換言之，就是在，丨?丨≤丨MPE丨時(shí)，代表合格；反之，若丨?丨＞丨MPE丨，則代表不合格。二是對(duì)應(yīng)示值誤差的測(cè)量不確定度U和被評(píng)定設(shè)備允許范圍內(nèi)的最大誤差值比在1/3以上，也就是，那么，如果丨?丨≤丨MPE丨-U，即可視為合格；反之，若丨?丨＞丨MPE丨-U，則視為不合格[1]。

2.2 在設(shè)備內(nèi)部校準(zhǔn)評(píng)定方面的應(yīng)用

在水利工程中，質(zhì)量檢測(cè)涉及大量的甲級(jí)資質(zhì)參數(shù)，且與之相關(guān)的檢測(cè)設(shè)備數(shù)量和類(lèi)型都相對(duì)較多，因此經(jīng)常會(huì)有部分設(shè)備不能進(jìn)行送?；蛘呤撬蜋z，對(duì)于這些設(shè)備，需要進(jìn)行內(nèi)部校準(zhǔn)，以此來(lái)達(dá)到量值溯源的目的。作為校準(zhǔn)工作重要組成部分的內(nèi)部校準(zhǔn)，其主要是以實(shí)驗(yàn)室為基礎(chǔ)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。具體是由實(shí)驗(yàn)室工作人員根據(jù)參考標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)技術(shù)文件落實(shí)校準(zhǔn)操作，該項(xiàng)工作的目的是對(duì)測(cè)量設(shè)備的精準(zhǔn)度進(jìn)行判斷，因此在落實(shí)該項(xiàng)工作的過(guò)程中，需要實(shí)驗(yàn)室出具設(shè)備的不確定度及示值誤差。

對(duì)于測(cè)量設(shè)備方面的不確定度評(píng)定而言，其需要根據(jù)相關(guān)規(guī)范的具體要求加以落實(shí)，而在內(nèi)部校準(zhǔn)過(guò)程中，對(duì)于不確定度的評(píng)定需要對(duì)以下兩種方法進(jìn)行應(yīng)用。第一，在測(cè)量條件能夠滿足相關(guān)規(guī)定的情況下，利用統(tǒng)計(jì)分析法就測(cè)量值實(shí)施A類(lèi)不確定度評(píng)定。第二，結(jié)合相關(guān)經(jīng)驗(yàn)或者是信息數(shù)據(jù)，對(duì)測(cè)量值實(shí)施B類(lèi)不確定度評(píng)定。

2.3 在檢測(cè)結(jié)果評(píng)定方面的應(yīng)用

對(duì)于水利工程中的質(zhì)量檢測(cè)工作而言，目前，相關(guān)部門(mén)還沒(méi)有針對(duì)測(cè)量不確定度給出具體的要求，但對(duì)于檢測(cè)機(jī)構(gòu)而言，能否應(yīng)用合理的方法對(duì)測(cè)量結(jié)果中的不確定度進(jìn)行評(píng)定是判定其資質(zhì)能力的重要依據(jù)，因此為了更好地適應(yīng)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，還需要檢測(cè)機(jī)構(gòu)結(jié)合實(shí)際情況對(duì)相關(guān)評(píng)定方法進(jìn)行說(shuō)明。對(duì)于評(píng)定測(cè)量不確定度的程序具體如下所述。

首先，要對(duì)數(shù)據(jù)測(cè)量的主要目的加以明確，要清楚自身通過(guò)測(cè)量工作想要獲得怎樣的結(jié)果，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際測(cè)量條件和環(huán)境建立計(jì)算模型，同時(shí)要分析測(cè)量參數(shù)以及最終測(cè)量結(jié)果間的關(guān)聯(lián)性，借助相關(guān)測(cè)量設(shè)備將測(cè)量準(zhǔn)備工作做好，且在測(cè)量期間要將相關(guān)因素的影響有效降低。其次，要結(jié)合測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果計(jì)算各測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的測(cè)量不確定度，最終獲得測(cè)量數(shù)據(jù)整體的不確定度。再次，結(jié)合上述環(huán)節(jié)獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)和相應(yīng)的測(cè)量不確定度，完成測(cè)量數(shù)據(jù)的分組工作，并分析數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)性，若存在關(guān)聯(lián)，還需要使用相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息及計(jì)算方法分析各組數(shù)據(jù)間的誤差以及測(cè)量不確定度，并使用之前的測(cè)量參數(shù)，獲得相應(yīng)的測(cè)量結(jié)果，同時(shí)為各組賦予相應(yīng)的權(quán)重，之后才能對(duì)測(cè)量不確定度進(jìn)行綜合計(jì)算，進(jìn)而獲得整體的測(cè)量不確定度。從次，要分析影響測(cè)量數(shù)據(jù)的相關(guān)因素，明確各因素間的聯(lián)系，并確定其可信度，這個(gè)過(guò)程需要詳細(xì)記錄，同時(shí)要與相關(guān)人員討論，對(duì)于存在問(wèn)題的地方需要及時(shí)進(jìn)行處理，使測(cè)量數(shù)據(jù)評(píng)估能夠更加準(zhǔn)確。最后，可以結(jié)合之前的記錄調(diào)整實(shí)驗(yàn)設(shè)備，做好固定誤差的校正工作，將測(cè)量不確定度有效降低，進(jìn)而達(dá)到提高測(cè)量數(shù)據(jù)質(zhì)量的目的。

針對(duì)上述操作程序，文章結(jié)合水利工程中較為常見(jiàn)的無(wú)紡?fù)凉げ歼M(jìn)行了具體說(shuō)明。

（1）對(duì)于無(wú)紡?fù)凉げ迹梢酝ㄟ^(guò)數(shù)學(xué)模型的設(shè)置對(duì)其拉伸強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試。具體模型為

式中：y為拉伸強(qiáng)度；F為無(wú)紡?fù)凉げ嫉淖畲罄Γ籅為測(cè)試樣本的寬度。

（2）完成測(cè)量設(shè)備選擇以后，首先要在樣品上實(shí)施裁剪工作，按照長(zhǎng)200mm、寬50mm的要求，從樣品上裁剪出5個(gè)試樣。然后對(duì)拉力機(jī)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，將其拉伸速度設(shè)置為20mm/min，并按照100mm的間距設(shè)置夾具的初始間距。完成參數(shù)設(shè)置以后，即可開(kāi)啟實(shí)驗(yàn)機(jī)，并對(duì)拉力以及拉伸量曲線進(jìn)行詳細(xì)的記錄，直到試樣被破壞以后將設(shè)備停止。并更換試樣進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而計(jì)算出平均拉伸強(qiáng)度[2-3]。

（3）具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 無(wú)紡?fù)凉げ紝?shí)驗(yàn)測(cè)量參數(shù)

（4）結(jié)合數(shù)學(xué)模型建立靈敏系數(shù)公式以及方差u(y)，靈敏系數(shù)計(jì)算公式如下：

方差計(jì)算公式如下：

（5）評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)不確定度。由于拉力值測(cè)量次數(shù)只有5次，相對(duì)較少，文章使用極差法對(duì)測(cè)量不確定度進(jìn)行表示，具體計(jì)算公式如下：

（6）測(cè)量試樣寬度造成的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。具體計(jì)算公式如下：

（7）不確定度計(jì)算的合成。具體計(jì)算公式如下：

（8）擴(kuò)展不確定度。需要取k=2，進(jìn)而得到U=2×0.50=1.00(N/mm)。

（9）測(cè)量不確定度方面的報(bào)告及表示。具體可以將無(wú)紡?fù)凉げ季邆涞睦鞆?qiáng)度表示為。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，測(cè)量不確定度會(huì)對(duì)水利工程質(zhì)量檢測(cè)精度造成直接的影響，因此相關(guān)單位必須對(duì)該項(xiàng)工作保持高度的重視，并結(jié)合工程實(shí)際及具體要求，對(duì)該項(xiàng)工作進(jìn)行有效的落實(shí)，以此提高相關(guān)檢測(cè)工作的質(zhì)量。