水利工程质量检测中测量不确定度的影响研究

水利工程质量检测中测量不确定度的影响研究

林中华

湖南省水务规划设计院有限公司 湖南长沙 410000

摘要：以单个量值的形式反映测量结果为工程质量检测最为常见的方法，同时大部分检测规范未对测量不确定度给出明确的要求。然而，完整的测量结果应给出表示其误差的不确定度和被检测的最佳估计值，且需要采用不确定度反映实验室间的比对结果、测量设备的内部校准及其校准结果的评价。文章分析说明了水利工程无纺土工布拉伸拉伸强度测量结果和静载荷测试仪校准结果评价中不确定度的应用，以期为提升水利工程质量检测能力和服务水平提供科学指导。

关键词：水利工程；检验检测；不确定度；校准分析

水利工程质量检测机构自身的整体水平和实力可依据是否具备测量不确定度评定能力来反映，这也是提升其市场竞争力的重要手段。另外，企业资质认定能力评价相关要求明确提出，应结合实际情况设立和保持不确定度评定流程，因此检测单位在制度上被要求掌握相应的评定方法。目前，大多数测量过程均认为可不考虑水利工程质量测量不确定度，而采用量值直接反映测量结果，水利工程质量检测中不确定测量方法的应用还不够广泛。在面对客户要求、内部质量控制或存在临界值的条件下，水利工程检测机构有能力给出相应的评定报告，这对于提升水利行业服务水平和解决实际工程问题极其重要。

1测量不确定度

在不确定度评定过程中，通常采用一个不确定度和单个测得的量值反映检测结果。为准确反映测量值的分散特征有必要引入不确定度，它体现了量值落入半宽度区间的概率范围，属于数轴上的一个区间。误差与不确定度存在较大的差异，前者为一个点，后者从概率范围的角度衡量测量量值的不确定程度。因此，引入不确定度会在应用上更具可传递性、统一性和普遍适用性，更加严谨的完成测量工作。

不确定度可以被应用于水利工程质量检测的多个方面，如不同实验室之间的检测能力验证与对比试验结果评定，仪器设备内部校准值量值溯源与校准结果判断、检测项目测量结果描述等。在水利工程质量检测中推进建立不确定度的应用程序，对于完善工程质量服务体系和提升检测行业技术水平等具有重要意义。

2测量设备校准评价中不确定度的应用

结果确认为测量设备校准和检定的重要环节，相应的评定结论会由检定证书给出，而被校设备的测量不确定度和误差一般由校准证书的结果给出，检验检测机构必须准确判断校准后的设备能够符合使用要求。校准证书中的不确定度为评判过程中的重要依据，具体如下：

（1）通常情况下，仪器设备最小分度值、规范标准要求的最大允许范围、厂家给定的技术参数为最大允许误差参数|MPE|的主要来源，它是测量设备用于评定校准结果的重要指标。实际应用时，通过比较最大允许误差和校准的示值误差|△|来评定。

（2）评判条件一：在仪器设备测量对应的不确定度U(U95或k=2)之比≥3的情况下，即U≤1/3|MPE|，若设备满足|△|≤|MPE|-U条件，则认为合格；若设备满足|△|＞|MPE|-U条件，则认为不合格。

（3）评判条件二：在仪器设备测量对应的不确定度U(U95或k=2)之比＜3的情况下，即U＞1/3|MPE|，若设备满足|△|≤|MPE|-U条件，则认为合格；若设备满足|△|＞|MPE|-U条件，则认为不合格。

（4）静载荷测试仪为水利工程桩基检测最为常用的设备，校准后的YS-JCY型测试仪结果见表1。

表1  静载荷载测试仪校准结果

根据仪器设备技术参数确定RS-JCY静载荷测试仪的测量精度为±0.5%，压力传感器的测量区间为0-70MPa，因此测量示值最大允许误差为|MPE|=0.5%。根据以上评定条件，获取评定结果及其过程见表2。

表2  静载荷测试仪评定结论

RS-JCY静载荷测试仪技术参数要求的范围为0-45MPa，结合校准结果确认值可认为设备能够正常使用。技术参数在校准点为60MPa的情况下，判定为不满足标准要求，此时必须核查设备，操作过程中若存在此区间内的测量值应在引起注意。

3检测设备内部校准中不确定度评定

水利工程质量检测五个类别对应的检测设备数量和类型较多，其中甲级资质的相关参数有235个。针对部分无法送校或送检的测量设备需要进行量值溯源，即采用内部校准的方式对该部分设备进行溯源，这属于一种较为常用的校准形式。根据相关技术文件和规范标准的规定，由实验室按照参考标准校准测量设备。对测量设备示值能否达到测量精度要求的准确判断为内部校准的主要目的，所以实验室提供设备的不确定度和示值误差为按照校准结果确认程序的重要基础。

参考JJF1059.1-2012中的相关标准测量设备的不确定度，该规范适用于多种检测设备。在规定测量条件的情况下主要采用两种评定方法，其一是对A类量值利用统计分析法评定其不确定度，其一是对量值的A类测量不确定度利用统计分析法进行评定，其二是对量值的B类不确定度结合相关经验或信息给予合理评定，在内部校准的不确定度评定中以上两种方法均适用于水利工程量测设备。

4检测结果中测量不确定度评定

当前，大多数工程质量检测规范并未明确给出测量不确定度的具体要求，但测量结果不确定度评定方法应作为检测机构资质能力评定的重要参数，应结合实际情况给出相应的方法。为详细说明水利工程质量检查中测量不确定度评定方法的应用，以工程实践中较为常见的无纺土工布抗拉强度检查为研究对象，评定过程如下：

（1）土工布的抗拉强度数学模型按照土工合成材料测试规程为y=F/B，其中B、F为试样宽度和最大拉力，mm、N；y为拉伸强度，N/mm。

（2）测量设备的选取。选取测量范围为1-30kN的万能材料试验机，其准确度为1级，MPE±1%；采用扩展不确定度U为0.09mm、量测范围为0-300mm的钢直尺，MPE±0.10mm。

（3）测量过程。首先裁剪长度为200mm、宽度为50mm的5个无纺土工布试样，其长度计量值为100mm；然后将拉力机夹具调整至初始的100mm，设定工作速率20mm/min，开启试验机并记录伸长量-拉力曲线；持续运行至试样破坏，停止运行试验完成，取多次试验平均值作为拉伸强度值。

（4）统计整理最终的试验数据，结果见表3。

表3  试验数据

（5）灵敏系数c1、c2和方差u(y)按照数学模型构造，其表达式如下：

u2(y)=c12u12(F)+c22u2(B)      （1）

===0.02（mm-1）   （2）

=-FB-2=-1050.4×49.9-2=0.41(N/mm)    (3)

（6）根据下述流程评定标准不确定度，详细过程为：①由于拉力值测量次数较少，试验中重复测量为5次，所以拉力值测量不确定度u(F)1考虑选用极差法求解，其表达式为u(F)1= =24.01(N)，由此计算确定的自由v(F)1=3.5。②最大允许误差引起的万能材料试验机标准不确定度u(F)2=1%× =6.07(N)，标准规范中可信度估计值为90%，从而可获取得到自由度v(F)2=50。③拉力值的自由度v(y)=4.2，相应的不确定度                          =24.81(N)。④测量试验宽度的可信度估计值为90%，由此引起的标准不确定度为u(B)=，通过计算获取的自由度为v(B)=50。⑤采用计算公式u(y)=      

得到合成不确定度，即u(y)值为0.50(N/mm)。⑥设k=2，计算得到的扩展不确定度U=2×0.50=1.00(N/mm)。⑦表示与报告无纺土工布的抗拉强度测量不确定度，数学表达式为y=±U=(21.02±1.00)N/mm，其中k=2。

5结论

测量不确定度可以应用于水利工程质量检测中的多个领域，得出的结论如下：

（1）工程质量检测校准证书提供的校准误差、最大允许误差和不确定度为校准结果确认的重要条件，在校准范围内测量设备能够达到使用要求的判别依据为以上比较结果。为确保设备量值溯源的准有效利用不确定度值。

（2）在校准过程中还需要判定设备内部校准的有效性，然后对校准结果按照不确定度再次给予确认。各项参数的测量在水利工程质量检测中均有明确的方法，结合测量方法和理构建有效的测量模型。为提高检测结果的准确性与可靠性应考虑多种因素作用，按照分析结

（3）引入测量误差的各种因素，通过分析模型得到相应的不确定度，可为提升检验检测机构服务水平和水利工程质量提供重要保障。

参考文献：

[1]李婷婷，褚霄洁，关键，等.测量不确定度在水利工程质量检测中的应[J].水利技术监督，2019(05)：37-39.

[2]齐士强.水利工程质量监督管理存在的主要问题及对策研究[J].黑龙江水利科技，2019(07)：232-234.