0.引言

中國船舶工業(yè)非金屬材料技術(shù)檢測中心在檢測工作開展過程中，需要進(jìn)行大量的涂層測厚、附著力測試等工作，不可避免地要對測試結(jié)果進(jìn)行不確定度分析。

本文以涂層厚度測量結(jié)果的不確定度分析為例，分析影響測量結(jié)果的主要因素，保證檢測工作的完善性和可信度。


1. 測量方法

依據(jù)GB/T 13452.2-2008使用Qnix 4200磁阻法測厚儀測量覆層厚度。根據(jù)Qnix 4200磁阻法測厚儀使用說明書的規(guī)定，當(dāng)測厚儀的測頭與覆蓋層接觸時，測頭和磁性金屬基體構(gòu)成閉合磁路，由于非磁性覆蓋層的存在，使磁路磁阻變化，通過測量其變化可計(jì)算覆蓋層的厚度。


2. 測量模型

示值誤差計(jì)算公式：δH = H(_) – H，式中： δH為測厚儀在該點(diǎn)的示值誤差；H(_)為該點(diǎn)測厚儀的示值平均值；H為厚度片的實(shí)際值。


3. 不確定度來源

在測量過程中，可能影響結(jié)果的因素主要有以下幾種： （1）所測材料引入的誤差，比如：材料基體的電導(dǎo)率、材料的邊緣效應(yīng)、基體金屬的厚度等； （2）測量方法引入的誤差，比如：探頭的放置方式、對探頭施加的壓力等； （3）環(huán)境溫度引入的誤差； （4）儀器設(shè)備引入的誤差，比如：校準(zhǔn)厚度片引入的誤差、涂層測厚儀分辨力引入的誤差、測量重復(fù)性引入的誤差等。

對于以上的影響因素，有些只能通過改進(jìn)一起或者測量方法來消除誤差。影響測量不確定度相對嚴(yán)重的因素主要有：儀器測量重復(fù)性、標(biāo)準(zhǔn)厚度片、儀器分辨力。


4. 不確定度的評價

根據(jù)防腐涂層的厚度范圍、所用儀器的測量范圍、標(biāo)準(zhǔn)厚度片厚度值，將測量不確定度分成三段表示，即：（0~100）μm、（100~250）μm。


4.1 測量重復(fù)性引入的不確定度分量

針對防腐涂層厚度測量不確定度的三個評定范圍，試驗(yàn)選取了2個標(biāo)稱厚度值分別為：48.5 μm、247 μm的標(biāo)準(zhǔn)樣片。通過分別測量10個點(diǎn)進(jìn)行涂層測厚儀結(jié)果的不確定度評定。測量結(jié)果如下表：

表1 標(biāo)準(zhǔn)樣片測量結(jié)果

根據(jù)公式（1）計(jì)算2個標(biāo)準(zhǔn)厚度片測量結(jié)果的算數(shù)平均值，如下：

受檢段（0~100）μm的算數(shù)平均值為：48.1 μm；

受檢段（100~250）μm的算數(shù)平均值為：249 μm；

根據(jù)公式（2）計(jì)算2個標(biāo)準(zhǔn)厚度片的方差和標(biāo)準(zhǔn)差，如下：

受檢段（0~100）μm的方差為：0.303，標(biāo)準(zhǔn)差為：0.55； 受檢段（100~250）μm的方差為：1.8，標(biāo)準(zhǔn)差為；1.34。

根據(jù)公式（3）計(jì)算2個標(biāo)準(zhǔn)厚度片的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，如下：

受檢段（0~100）μm的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uA1 = 0.174 μm； 受檢段（100~250）μm的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uA2 = 0.424 μm；


4.2 標(biāo)準(zhǔn)厚片引入的不確定度分量

根據(jù)JJG 818-2018《磁性、電渦流式覆層厚度測量儀檢定規(guī)程》中校準(zhǔn)厚度片的厚度測量結(jié)果不確定度可知：當(dāng)厚度片厚度≤ 50 μm時，測量不確定度U為0.2 μm，k = 2；當(dāng)厚度片厚度＞50 μm時，測量不確定度U為0.4%H（H為標(biāo)準(zhǔn)厚度片的標(biāo)稱厚度值），k = 2。

根據(jù)公式（4）得到：

受檢段（0~100）μm的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uB1 = 0.1 μm； 受檢段（100~250）μm的標(biāo)準(zhǔn)不確定度uB2 = 0.212 μm；


4.3 儀器分辨力引入的不確定度分量

由儀器分辨力d引入的不確定度分量uC呈均勻分布，由此帶來的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

則0.1 μm分辨力（測量范圍＜ 100 μm）時，uC1 = 0.03 μm；1 μm分辨力（測量范圍≥ 100 μm）時，uC2 = 0.3 μm。


4.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

由于各不確定度分量之間不存在值得考慮的相關(guān)性，因此合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度可由公式（6）得到：

因此： 受檢段（0~100）μm的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度ud1 = 0.203 μm； 受檢段（100~250）μm的標(biāo)準(zhǔn)不確定度ud2 = 0.561 μm；


4.5 擴(kuò)展不確定度

取置信水平95%，則k=2，擴(kuò)展不確定度可由公式（7）計(jì)算：

得到受檢段（0~100）μm的擴(kuò)展不確定度U1 = 0.406 μm； 受檢段（100~250）μm的擴(kuò)展不確定度U2 = 1.122 μm；


5. 測量不確定度總結(jié)

用Qnix 4200磁阻法測厚儀測量標(biāo)準(zhǔn)試塊厚度的測定結(jié)果的不確定度U1 = 0.406 μm，U2 = 1.122 μm，包含因子k = 2。

參考文獻(xiàn)： [1] JJG 818-2018《磁性、電渦流式覆層厚度測量儀檢定規(guī)程》 [2] GB/T 13452.2-2008 《色漆和清漆 漆膜厚度的測定》 [3] 徐晶晶. 鋼結(jié)構(gòu)防腐涂層測厚的測量不確定度評定[J]. 建設(shè)與發(fā)展. 2016, 7: 2960, 3023.

附言： 中國船舶工業(yè)非金屬材料技術(shù)檢測中心成立于1988年10月，原為中國船舶工業(yè)總公司非金屬材料技術(shù)檢測中心，掛靠上海船舶工藝研究所，屬于獨(dú)立建制的二級機(jī)構(gòu)，擁有中國國家認(rèn)證認(rèn)可監(jiān)督管理委員會頒發(fā)的檢驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)資質(zhì)認(rèn)定證書（CMA），擁有中國合格評定國家認(rèn)可委員會實(shí)驗(yàn)室認(rèn)可證書。

檢測中心作為第三方檢測機(jī)構(gòu)，承擔(dān)船舶行業(yè)涂料及非金屬材料和重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目等的檢測任務(wù)和技術(shù)服務(wù)，遵循客觀獨(dú)立、公平公正、誠實(shí)信用的原則，積極開展船舶、海工、橋梁、鐵路、市政工程、電力、石油化工等行業(yè)的非金屬材料檢測業(yè)務(wù)，以及ISO標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)制修訂等工作。主要業(yè)務(wù)包括涂料性能檢測、塑料性能檢測、非金屬磨料性能檢測、膠黏劑性能檢測、腐蝕檢測與評估及防腐方案設(shè)計(jì)（含現(xiàn)場）、涂裝質(zhì)量現(xiàn)場檢測、國產(chǎn)化磨料、涂料的技術(shù)支持工作、涂漆前金屬表面處理及涂漆先進(jìn)工藝技術(shù)研究和推廣、涂漆前金屬表面處理及涂漆工藝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化等工作。