近年來,山體滑坡、巖石倒塌等自然災(zāi)害造成巨大的損失,安裝防護(hù)網(wǎng)是有效的防護(hù)方法之一,防護(hù)網(wǎng)的材料是鋼絲繩,連接鋼絲繩的是卡扣,卡扣上的鍍鋅層厚度是評價(jià)鋼絲繩性能的重要指標(biāo)之一。鍍鋅層厚度的測量結(jié)果受不同類型不確定度的影響,筆者通過人員比對方法分析確定各類型不確定度對鍍鋅層厚度的影響,結(jié)果可為評估相應(yīng)的測量結(jié)果提供參考。 

1.   試驗(yàn)材料與方法

以面積為3 m2的RX－050型鋼絲繩網(wǎng)為研究對象,該鋼絲繩網(wǎng)用于高速公路防護(hù)工程,對鋼絲繩網(wǎng)中的緊固件鍍鋅層厚度進(jìn)行測量,緊固件試樣外觀如圖1所示。緊固件厚度實(shí)測值為2.45 mm,測量儀器為光學(xué)顯微鏡,依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 6462—2005 《金屬和氧化物覆蓋層厚度測量顯微鏡法》,將試樣研磨、拋光后,再將其置于光學(xué)顯微鏡下觀察,環(huán)境溫度為(23±2) ℃,濕度為(35±2)%RH,隨后用AxioVision SE64 Rel.4.9軟件進(jìn)行厚度測量。 

圖  1  緊固件試樣外觀

試驗(yàn)方法為人員對比法,兩位實(shí)驗(yàn)員在同一試驗(yàn)條件下采用同一設(shè)備對同一試樣進(jìn)行測量,選擇具有代表性的區(qū)域,每個(gè)區(qū)域測試15個(gè)數(shù)據(jù),結(jié)果如表1所示。 

2.   試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1   數(shù)學(xué)模型

式中：x為鋼絲繩網(wǎng)緊固件鍍鋅層厚度的輸入量估計(jì)值；y為鋼絲繩網(wǎng)緊固件鍍鋅層厚度的輸出量估計(jì)值。 

2.2   不確定度分量

用光學(xué)顯微鏡對鋼絲繩網(wǎng)鍍鋅層厚度進(jìn)行測量存在誤差,誤差的來源主要為：① 測量材料引入的誤差,主要影響因素為基體金屬厚度、基體金屬電導(dǎo)率、邊緣效應(yīng)、表面粗糙度等,試驗(yàn)中所用試樣不變,該誤差可以忽略不計(jì)；② 測量人員引入的誤差,主要影響因素為不同人員測量時(shí)的操作、測量重復(fù)性等,屬于A類不確定度；③ 測量儀器引入的誤差,主要影響因素為圖像傳感器接收系統(tǒng)示值誤差、光學(xué)顯微鏡系統(tǒng)分辨力、目鏡測微尺誤差等,屬于B類不確定度；④ 測量方法引起的誤差,主要影響因素為測量時(shí)采用的方法標(biāo)準(zhǔn),試驗(yàn)統(tǒng)一采用標(biāo)準(zhǔn)GB/T 6462—2005,該誤差可以忽略不計(jì)；⑤ 測量環(huán)境引起的誤差,主要影響因素有測量時(shí)環(huán)境的溫度和濕度、風(fēng)速等,試驗(yàn)中環(huán)境條件變化小,該誤差可以忽略不計(jì)。 

綜上所述,鋼絲繩網(wǎng)鍍鋅層厚度測量不確定度主要來源[1－4]如下所述。 

(1) 鍍鋅層不均勻性和測量重復(fù)性引入的測量不確定度分量u1(x)。采用A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度uA(x)評定方法進(jìn)行評定。 

根據(jù)貝塞爾公式,單個(gè)測得值xk的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差s(xk),按式(2)進(jìn)行計(jì)算。 

式中：xi為獨(dú)立測得值；為n個(gè)獨(dú)立測得值的算術(shù)平均值；n為重復(fù)測量的次數(shù)。 

將表1測得結(jié)果代入式(2),得出人員a測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差sa(xk)為0.339 0 μm,人員b測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差sb(xk)為0.322 0 μm。則不確定度可代入式(3)得出。 

人員a測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1a(x)為0.087 5 μm,人員b測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u1b(x)為0.083 1 μm。 

(2) 緊固件在研磨、拋光過程中會(huì)出現(xiàn)一定斜度的橫斷面,根據(jù)GB/T 6462—2005附錄B,覆蓋層厚度d如式(4)所示。 

式中：α為橫斷面與覆蓋層表面垂直度的偏離度；d為α＝0時(shí)的覆蓋層厚度；d′為α≠0時(shí)覆蓋層厚度的測量值。 

斜度小于10°時(shí),取算數(shù)平均值作為厚度的測量值,則誤差Δd＝d′－d,則人員a的誤差為0.163 μm,人員b的誤差為0.164 μm,按均勻分布考慮,置信概率為100%,包含因子,人員因素引起的不確定度u2a(x)為0.047 1 μm,u2b(x)為0.047 3 μm。 

(3) 圖像傳感器接收系統(tǒng)示值誤差引起的不確定度。在400倍放大條件下,查閱校準(zhǔn)證書,相應(yīng)的不確定度U＝1.5 μm,k＝2,則該項(xiàng)示值誤差引起的不確定度u3(x)＝0.75 μm。 

(4) 光學(xué)顯微鏡的系統(tǒng)分辨力為0.2 μm,按均勻分布考慮,其引起的不確定度u4(x)＝0.057 7 μm。 

(5) 測量過程中使用的目鏡測微尺會(huì)引起測量結(jié)果的不確定度相對誤差為0.5%,按正態(tài)分布考慮,置信概率為95%,包含因子kp＝1.960,則目鏡測微尺引起的不確定度u5a(x)＝0.027 μm,u5b(x)＝0.028 μm。 

2.3   擴(kuò)展不確定度

結(jié)合式(1),輸出估計(jì)值y的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc(y)如式(5)所示。 

將u1(x)～u5(x)代入式(5),可得uca(y)＝0.759 2 μm,ucb(y)＝0.758 8 μm。 

取置信概率p＝95%,k＝2,人員a、人員b測量的厚度擴(kuò)展不確定度Ua＝1.518 4 μm,Ub＝1.517 6 μm。 

2.4   En值計(jì)算

對兩個(gè)實(shí)驗(yàn)人員進(jìn)行一致性評價(jià),歸一化偏差如式(6)所示。 

式中：x為試驗(yàn)測量值；U為擴(kuò)展不確定度。 

得到En為－0.055,很明顯|En|<1,因此對比結(jié)果間無顯著差異。 

3.   結(jié)果與討論

(1) 各個(gè)不確定度分量中,圖像傳感器接收系統(tǒng)示值誤差引起的不確定度及鍍鋅層不均勻性和測量重復(fù)性引起的厚度測量結(jié)果不確定度影響較大,其他不確定度分量影響較小。因此,在進(jìn)行鍍鋅層厚度測量時(shí),測量人員需熟練掌握操作方法,按照標(biāo)準(zhǔn)步驟進(jìn)行操作,嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)及作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行試驗(yàn),適當(dāng)時(shí)可增加平行試驗(yàn)的次數(shù),測量儀器也應(yīng)定時(shí)校準(zhǔn),按照檢定周期對儀器進(jìn)行核查,在可選范圍內(nèi)盡量選擇精密度高的儀器,提高數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度。 

(2) 由兩組人員對比試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)可知,鋼絲繩的緊固件鍍鋅層厚度10.704 μm的擴(kuò)展不確定度為1.518 4 μm,厚度10.821 μm的擴(kuò)展不確定度為1.517 6 μm。因此,厚度10.704 μm的測量結(jié)果(10.704±1.5184) μm中包含了試驗(yàn)結(jié)果可能值的95%,厚度10.821 μm的測量結(jié)果(10.821±1.5176) μm中包含了試驗(yàn)結(jié)果可能值的95%。 

(3)根據(jù)人員對比,可得|En|<1,結(jié)果滿意。 

文章來源——材料與測試網(wǎng)