金属构件磁粉探伤机校准的磁化电流不确定度分析

叶福钰

（甘肃省计量研究院，甘肃 兰州 730030）

无损检测通常就是在不损害或者是不影响被检测对象使用性能及内部组织的前提下，通过某些物理检测的方式对其表面或者是内部缺陷进行测试和检查的方式。金属构件的磁粉探伤就是运用工件问题处的漏磁场和磁粉之间的相互作用进行无损检测的一种方式。一般工件被磁化时，金属件表面或者是净表面都会出现缺陷，当却显出的磁阻变大而出现漏磁的情况时就会产生局部磁场，一开始使用到的磁粉就会在这时候将缺陷的位置与形状全部显示出来，从而对问题进行判断。探伤机正是利用这一基本原理所制造出来的无损检测设备。在这之中磁化电流是该设备在校准时的关键指标，同时也是确保磁粉检测质量最关键的参数。对此，对其磁化电流的不确定度进行分析对于整个设备的校准来说具有极为重要的意义。

1 概述

1.1 磁粉探伤

通过磁粉探伤能够将含金属磁性材料之中发纹、裂纹、夹杂物以及折叠等缺陷全部检查出来，它具有非常高的检测灵敏度，同时还可以将其缺陷的大小、位置、严重性等情况全部直观地展现出来[1]。在压力容器定检规范之中表示，在检验压力容器的时候需要运用表面无损检测以及宏观检查测厚的方式，在其无损检测之中更是表示，对于含金属的磁性材料表面检测更应该要优先选择磁粉探伤。探伤机极为轻小，可以直接到现场进行探伤，或者是在高空当中进行探伤，甚至还能够对大型的金属零部件实施局部的探伤。一般非常适用于角焊缝、平焊缝、管道以及压力容器等形状相对比较复杂的探伤当中。但是它也存在很大的局限性，比如只能对那些大型的工件进行分段式的探伤，无法一次性将整体的裂纹和缺陷找出来，所以探伤效率得不到保证。

1.2 检测方式

（1）金属构件磁粉探伤机周向磁化电流检测。这种方式通常也被称作是横向或者是环形的磁化法，它所产生的磁力线其方向和磁化电流的方向是相互垂直的，同时还会沿着工件的周向分布，整体磁场方向与右手定则相符。在具体检测的时候主要将金属试件方在探伤机两夹头的位置并夹紧，然后从高到低去对磁化电流进行调整，并认真观察轴向磁化电流的具体指示数值，一般要达到规定数值。通过分流器或者是电流互感器，把对应量程的电压表和电流接计入其设备的电流输出端，对磁化电流进行调整，分别在其电流指示表的30%、60%以及100%的三点位置处记录电流表的指示数值，这样最后就可以得到电流表所对应的测量数值，一共重复测量3次。①在这之中所有工位都必须是要由同一种型号的电能表去进行采样，最终的信号会在各自的电平转换片作用下被输送到同一台电脑上，然后根据具体程序进行换算和修正。当绝大多数工位工作所显示的数值都是正常的，这就可以直接将极端与修正程序所引发的错误排除掉。②倘若标准读书表和采样仪表的数值存在比较大的误差，那么就是采样仪表出现了问题，还应该要对其进行更换，然后再去检测。③如果标准表读数与采样仪表的数值相接近，同时示波表的脉冲数也是相等的，但是电脑最终测量的频率值和功率显示不准确，那么就表示电平转换芯片出现了问题，这时候必须要及时更换。

（2）纵向磁化电流检测。当其工件的感应磁场方向和轴线是相互平行的，那么该磁化方式就是纵向磁化法。这种方式可以有效检测工件表面或者是近表面所产生的横向缺陷，也就是与金属工件轴线方向相互垂直或者是呈现某种角度的缺陷。

1.3 检测条件

金属构件磁粉探伤机运用的也是最新的校准规范，在测量的时候把移动式的探伤机电流输出端直接接入到电流测量装置之后，实施周向磁化电流校准。

本文重点是以周向磁化电流为主对其不确定度进行评定。在检测之中温度为10℃～30℃，相对湿度不超过85%。

1.4 测量模型

本次研究中测量模型为I=I0

在这之中I0指的就是被校磁粉探伤机磁化电流的测量值；而I则是被校磁粉探伤机磁化电流。

2 不确定度评定

2.1 磁轭式磁粉探伤机

（1）重复性引入的不确定度分量。在具体测量的时候，将三次测量的平均数当作测量结果，那么最终u1(I0)=0.06A。

（2）钳形电流表的准确性引入的不确定度分量。一般因为钳形表准确性所导致的不确定度分量，都是运用B类进行评定。最终u2(I0)=0.36A。

（3）探伤机指示电流表分辨力引入的不确定度分量。这类探伤机其电流表是指针式的电流表，属于B类评定，其标准不确定度u3(I)=0.14A。

因此重复性分量之中包括有因为分辨力不足导致的不确定度分量，所以为了防止出现重复，只需要以其中的最大值为准，即将u1(I0)舍去，留下u3(I)。

2.2 金属构件磁粉探伤机

（1）重复性引入的不确定度分量。这类情况下导致的不确定度可以运用重复性测量获得。是A类的评定。将该设备最大的磁化电流作为测量点，在实际测量的时候，最终取三次的平均数当作测量结果，最终u(I1)=0.36%。

（2）标准器准确性引入的不确定度分量。电流互感器的说明书及证书当中表示，最大的误差为0.2%，直交流电流表是0.5%，那么最终其误差之和就是0.7%，是均匀分布。那么u=(I2)=0.4%。

（3）金属构件探伤机分辨力引入的不确定度分量。因为探伤机其最大磁化电流比较大，分辨力给最终测量值带来的影响极小，因此可以忽略不计。

3 标准不确定度

从以上的分析之中能够得到，磁轭式的探伤机其标准不确定度u2(I0)来自于标准器的准确度，数值为0.36A；u3(I)来自于被检分辨力，数值为0.14A。这些不确定度互不相关，因此最终就可以得到u=0.39A。

磁粉探伤机其标准不确定度u=(I1)来自于重复性导致，数值为0.36%；u=(I2)来自于标准器准确度，数值为0.4%。这些不确定度互不相关，因此最终可以得到urel=0.54%。

4 扩展不确定度

取包含因子为k=2，则磁轭式的探伤机其扩展不确定度

U=2×u=2×0.39A=0.78A≈0.8A

取包含因子为k=2，则磁粉探伤机其扩展不确定度

Urel=2×urel=2×0.54%=1.08%≈1.1%