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JJG (交通) 027-2015 水运工程 非金属声波检测仪

本规程适用于具有单通道、双通道及多通道收发功能的非金属声波检测仪（以下简 波仪）的首次检定、后续检定和使用中检查

本规程引用下列文件： GB/T23900一2009无损检测材料超声速度测量方法 JJF1059.1—2012 测量不确定度评定与表示 JT/T576 水运工程非金属声波检测仪 凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规程；凡是不注日期的引用文件 其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规程

JT／T 1071-2016 港口岸基供电变频变压电源装置技术要求JIT/T576界定的术语和定义适用于本规利

声波仪主要由主机、换能器等组成。它通过声波测试的方法，测定被测介质中的声波 传播速度、振幅、频率和波形等声学参数的变化，从而了解被测介质（非金属）的物理学特 性，经过分析、计算、处理后即可判断出非金属内部质量。声波仪广泛应用于水运工程建 设中混凝土等非金属结构的缺陷、强度检测。 声波仪的检测原理方框图如图1所示

5.1发射电压幅值稳定度

相对误差不大于±3%

图1声波仪检测原理方框

5.3声时值测量准确度

5.3.1平面换能器空气中声时值测量误差应不大于±1%。 5.3.2径向换能器水介质中声时值测量误差应不大于±3%

5.3.1平面换能器空气中声时值测量误差应不大于±1%。

6.1外观应无裂纹，涂覆层无脱落，文字和标志清晰，紧固部件无松动，用力晃动声波仪 机内无异常响动。 6.2声波仪应有清晰的铭牌，标有产品名称、型号、编号、出厂日期、生产单位。 6.3声波仪数字、波形、符号显示应清晰、完整。 6.4仪器的各操作键及接插头应工作可靠各种操作功能应运行正常

计量器具控制包括首次检定、后续检定以及使用中检查。

7.1.1检定环境条件

7.1.1检定环境条件

7.1.1.1温度与相对湿度要求包括

a）室温：（20±5）℃（每小时温度变化应不大于2℃）； b 水温：（20±5）℃； c） 相对湿度：30%~80%。 7.1.1.2检定过程中，声波仪不应受到强磁场、电场及强烈的机械振动的干扰

检定装置技术要求包括： a）6位半数字万用表：0.04%ACV； 检定水池及调节装置：能满足两换能器间距离的远场条件： c) 信号发生器：1Hz~1MHz，失真度小于0.3%，最大允许误差为±1%； d) 声程调节装置； e) 光直尺：0mm~1800mm，分度值0.02mm； f) 温度计：最大允许误差为±0.2℃，分度值为0.1℃； g) 数字示波器：DC~100MHz，幅值测量误差优于1.5%。

采用目测和手检的方式，结果应符合6.1的要求。 7.3.2发射电压幅值稳定度

采用目测和手检的方式，结果应符合6.1的要求。

7.3.2.1检定装置方框图如图2所示

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电压幅值稳定度的检定装置

7.3.2.2将被检声波仪接上负载（1M21/2W电阻），发射电压置于最大，直接用数字示 波器测量声波仪发射电压幅值，并在1h内均匀时间间隔测量5次，按式（1）、式（2）计算其 最大值至最小值相对平均值的幅度变化范围.结果应符合5.1的规定

7.3.3.1将声波仪选定50kHz的正弦信号作为输人频率值，以稳态方式触发。 7.3.3.2开启电源，分别将声波仪的增益置成1、2、4、8、10、20、40、80、100、200倍 7.3.3.3将信号发生器输出频率选定为50kHz的正弦信号作为信号源，同时输， 输入口及数字万用表

7.3.3.1将声波仅选定50kHz的止弦信号作为输入频率值，以稳态方式触发 7.3.3.2开启电源，分别将声波仪的增益置成1、2、4、8、10、20、40、80、100、200倍。 7.3.3.3将信号发生器输出频率选定为50kHz的正弦信号作为信号源，同时输入声波仪 输入口及数字万用表。 7.3.3.4调整正弦信号的幅值（该幅值宜略大于示波器显示量程的1/2）。读取数字万 用表示值作为标准值，在声波仪上依次从通道一和通道二读取相应信号幅值。 7.3.3.5计算各增益条件下幅值读数对于标准值的相对误差，按式（3）计算。结果应符 合5.2的要求。

3.3.4调整正弦信号的幅值（该幅值宜略大于示波器显示量程的1/2）。读取数字 表示值作为标准值，在声波仪上依次从通道一和通道二读取相应信号幅值。 3.3.5计算各增益条件下幅值读数对于标准值的相对误差，按式（3）计算。结果应 5.2的要求，

式中：,—增益i倍时的相对误差； 增益i倍时的幅值读数（V

3.4.1将一对常用平面换能器分别放入声程调节装置固定支架和移动支架上端孔

使两辐射面相对而立，其中心连接线应与辐射面垂直，确定好位置后将换能器固定。 7.3.4.2用电缆连接换能器与声波器发射口及通道口，开机预热5min~10min后，使声 波仪在发射电压最大、触发方式为“连发”状态下工作。 7.3.4.3调节接收声波使信号幅度达到满幅度的1/5~3/5，首波峰值为满屏显示 的1/3~2/3。 7.3.4.4使两换能器零距离接触，若声程调节装置无法使两换能器零接触，则应将此距 离清除，声波仪显示屏下方声时值显示应为Ous。 7.3.4.5在0mm~400mm测量范围内，改变两换能器声程距离10次，准确测量每次换能 器间距（声程），距离误差不大于1%。 7.3.4.6记下环境温度，按式（4）计算空气标准声速值。

w.=331.4/1+0.00367T

式中：。空气标准声速值(m/s)； T一空气温度（℃）。 7.3.4.7根据测量的10次声程和声波仪显示的声时值，按式（5）计算空气中标准声时 值，按式(6)计算声波仪显示的声时值与空气中标准声时值的相对误差。结果应符合 5.3.1的规定

式中：ti一 第i个测点空气中标准声时值（s）； d,第i个测点换能器之间的距离(m）;

式中：.一一第个测点空气中声时相对误差； 第i个测点声波仪显示的空气中声时值（s）

1.3.5径向换能器水介质声时值测量准确

7.3.5.1将径向换能器放入检定水池，分别紧固在固定支架和移动支架上，保持两换能 器平行.处于同一水平面上并全浸没于水中。径向换能器检定装置示意图见图3。 7.3.5.2用温度计测量水温.按附录A计算当前水温对应的标准声速值。 7.3.5.3试验步骤参照7.3.4.2、7.3.4.3、7.3.4.4操作。 7.3.5.4在0mm~1800mm测量范围内，改变两径向换能器的距离5次，准确测量其 间距。 7.3.5.5根据5次测量的声程值，按式（7）计算每个测点的水介质标准声时值，按式（8） 计算在水介质中声波仪显示的声时值相对误差，结果应符合5.3.2的规定

式中：twk 第k个测点水介质标准声时值（s）； 第k个测点换能器之间的距离（m）：

水介质标准声速值（s）。

式中：%——第k个测点水介质声时值相对误差；

图3径向换能器检定装置示意图

所有检定项目经过检定均合格的声波仪发给检定证书，其内页格式见附录B；经过检 定其中有一项不合格的声波仪，发给检定结果通知书，其内页格式见附录C。不确定度评 定实例见附录C

声波仪的检定周期一般不超过一年

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水中超声速度随温度的变化

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验定结果通知书第3页

非金属超声波检测仪测量结果的评定，主要就是评定平面测试换能器和圆管径向辐 射换能器声时测量结果的不确定度。评定方法依据JJF1059.1一2012。 D.1平面测试换能器

超声波检测仪的声时测量误差（s）； t—超声波检测仪声时测量值(s)； L一两换能器之间的距离（m）； T一空气温度(℃）。 式（D.1)中，t、L、T之间互为独立，其灵敏系数与方差分别为：

取T=20℃,L=0.2m

D.1.2标准不确定度分量的来源与评

D.1.2标准不确定度分量的来源与评定

以检定规程中规定的0.2m距离、环境温度20℃的条件下进行声时测量为例，对超声 波检测仪的声时进行不确定度评定 D.1.2.1超声波检测仪声时测量值引入的不确定度分量 超声波检测仪声时测量值引人的不确定主要来源是测量重复性引入的不确定度，因 此采用不确定度的A类评定方式。对平面测试换能器的声时值做10次独立重复测量，在 超声波检测仪上读取10次显示值.记录见表D.1

D.1平面换能器在200mm位置处10次测量维

计算其单次测量实验标准偏差为u（t）=s（x）=0.20μs。 0.1.2.2由换能器之间的距离测量引入的不确定度分量 由换能器之间的距离测量引入的不确定度分量u（L），其主要来源有两个：直尺本身 引入的不确定度分量u（L,）和距离测量引入的不确定度分量u(L,）。 直尺本身引入的扩展不确定度为0.1mm，k=2，则

测量200mm距离引人的不确定度为0.4mm.k=2.则

L,）、u（L,）分量独立无关，合成不确定度

D.1.2.3由温度测量引人的不确定度分量

温度测量引入的不确定度分量u（T），其主要来源有两个：温度计引入的不确定度 u（T,）和检定过程中温度变化引人的不确定度u（T,）。 温度计本身的不确定度为0.2℃，k=2，则

U 0.2 u(T) = = 0. 1℃

中.温度的变化范围为±0.5℃.按均匀分不

T）、u（T,）分量独立无关，合成不确定度

D.1.3合成标准不确定度

以上分量独立无关，所以合成不确定度为

D.1.4扩展不确定度

取包含因子k=2，则扩展不确定度

u(T) = /u(T)² +u(T)= 0.31

(At)=c(t)u(t)+(L)u(L)+c(T)u(T u,(△t)=/(0.20)2+0.609²+0.312=0.71μs

u(t)=c(t)u(t)+(L)u(L)+c(T)u(T)

U =ku,(△t)=2×0.71 =1.4μs

式中：△t——超声波检测仪的声时测量误差(s)； 12

一超声波检测仪声时测量值（s）； 一声波在水中的声速（m/s)； L一两径向换能器的内边缘的间距（m）。 式（D.3)中，t，、Lw、v之间互为独立，其灵敏系数与方差分别为：

u(At) = c?(t,)u(t)) +c(L)u?(L) +c?(v)u?(v

参照附录A，这里取25℃时的声速v=14

取d=0.06m.v=1495.6m/s

D.2.2标准的不确定度分量的来源与训

(t)u(t)+c(L)u(L）+c()u(

c(t) = () a(t)

以检定规程中规定0.06m的测量距离为例，对径向换能器在水中的声时测量误差进 行分析，

D.2.2.1径向换能器测量引人的不确定度

超声波检测仪声时测量值 比采用不确定度的A类评定方式。对径向换能器的声时值在消声水槽中做10次独立重 复测量.在超声波检测仪上读取10次显示值记录见表D.2

2径向换能器在60mm位置处10次测量结果

根据式（D.2）,计算其单次测量试验标准偏差为u（t,）=s（x）=0.23μs。 2.2.2直尺引入的不确定度分量

居式（D.2），计算其单次测量试验标准偏差为u（t）=s（x）=0.23μs。 直尺引入的不确定度分量 能器之间的距离测量引人的不确定度分量u（L.），其主要来源有两个：直尺本身 确定度分量u（L）和距离测量引入的不确定度分量u（Lw）

由换能器之间的距离测量引入的不确定度分量u（L.），其主要来源有两个：直尺本身 直尺本身的不确定度为0.1m，k=2，则

测量60mm距离引入的不确定度为0.3mm，k=2.则

u（L）、u（Lw²）分量独立无关，合成不确定度为：

D.2.2.3水中声速引人的不确定度

DBJ04／T 385-2019 建筑隔震橡胶支座质量要求和检验标准u(Lw）= U k

(L) = /u(L)² + u(L)2 = 0. 16 × 10

取水中的温度25℃时的声速v=1495.6m/s，故不确定度分量c（）u（）及温度的 不确定度可忽略不计

以上分量独立无关.所以合成不确定度为

D.2.4扩展不确定度

DB34／T 1973-2013 天然气加气站高压气瓶组在线检验规程取包含因子k=2.则扩展不确定

u(△t)=c(t)u(t)+c(L)u(L) t(△t)=/(0.23)²+0.001²=0.23μs

U =ku.(△t)=2×0.23=0.46μs