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X射线机不是计量器具

2014/11/13 20:21:44  来源:计测网通讯员 
字号: 13号字 16号字

  郑世才

  (新立机器厂,北京 100039)

  摘 要:计量学的基本理论指出,X射线机不具有计量器具的属性。国家的计量法规并未将X射线机定为计量器具。目前存在的JJG40-2001《X射线探伤机》检定规程,将X射线探伤机与X射线检测技术相互混淆,将X射线探伤机的某些技术性能,说成所谓的X射线探伤机的“计量性能”,不仅违反计量学基本理论,而且也不符合射线检测技术实际,这是一个存在根本性错误的规程。理论和实际经验都指出,X射线机不是计量器具。

  关于X射线机(有时也称为X射线探伤机)是否是计量器具问题,现在已是一个受到无损检测界广泛关注的问题。正确地认识X射线机的属性,是一个重要的问题,它不仅涉及对X射线机的认识,而且也直接涉及正确执行国家计量法规问题。目前,由于某些原因,已造成了一些混乱的认识。产生了一些不良的影响。因此,有必要以科学的态度讨论这个问题,以便得出正确的结论。本文从计量学的基本理论、国家的计量法规和多年从事射线检测工作积累的对X射线机的认识,提出对X射线机属性的看法,希望有助于对X射线机是否是计量器具问题给出正确的认识。

  1 X射线机不具有计量器具的特性

  计量学的基本理论指出[1],计量就是测量,但它严于一般测量,“它是量值准确统一的测量”。计量器具有四个特点:精确性、一致性、溯源性、法制性。因此,计量必须使用计量器具。计量器具具有的主要特征是[2]:“标称范围、测量精确度(准确度)、灵敏度、鉴别力、鉴别力阈、(指示器)分辨力、作用速度、稳定度”。正是由于计量器具具有的这些特征,才保证了给出的测量结果具有精确性、一致性、溯源性、法制性。

  众所周知,X射线(探伤)机的基本构成为四部分:射线发生器(X射线管)、高压发生器、控制系统、冷却系统。直到目前,我国现行标准(JB/T 7412固定式(移动式)X射线探伤机、JB/T 7413携带式X射线探伤机)对X射线机规定的技术条件,可分为四个方面:使用条件要求、技术性能要求、安全性能要求、外观与标志等的要求。其中技术性能的主要指标是:其可以使用的管电压范围、可以使用的管电流范围、焦点尺寸、连续工作时间等,也就是X射线机的工作负载特性。表1是国内外X射线机生产厂通常给出的(携带式)X射线机的主要性能,也是使用人员在选择X射线机时,对X射线机考虑的主要性能方面。

  显然,从这里给出的X射线机特性,人们不能确定X射线机是测定何种量的设备,当然也就不能确定X射线机测量应采用的法定计量单位。实际上,在这些X射线机的主要特性中,不包含任何测量性质的特性,因此也就不含有测量的标称范围、测量精确度(准确度)、灵敏度、鉴别力、鉴别力阈、(指示器)分辨力、作用速度、稳定度等特性。当然也就不会给出计量要求的具有精确性、一致性、溯源性、法制性的测量结果。

  实际上,正如经常将X射线机称为X射线源一样,X射线机的功能就是产生X射线。X射线机是一种产生X射线的设备,是一种在一定程度内可控的产生X射线的设备。

  除了工业探伤(射线检测)外,X射线机还可以应用在许多不同的方面或领域,如医疗诊断、辐射保鲜、辐射改性、文物考古、机场和车站的物品安全检查、海关反走私与毒品检查、工艺过程的动态研究、弹道研究等等。除了特殊制做的X射线机可作为标准辐射源外,一般的X射线机无论在哪个领域应用,都只能是作为X射线源。不同的是,在某些领域(如医疗、辐射改性等)应用时,其输出的辐射量必须经过计量器具测量,以达到能够准确地控制其输出的辐射量。在工业探伤领域X射线机的作用,与阳光下观察物体时太阳的作用一样,与灯光下观察物体时灯的作用也一样,其作用就在于,它作为一种特殊的光源,帮助人们看到在可见光下不能看到的物体内部的情况。而在其他领域,X射线机的具体作用,有的与在工业探伤领域X射线机的作用相同(如安全检查等),有的则不完全相同,如在辐射改性中更多的是利用X射线光量子与物质的作用,它需要控制的不仅是辐射的量,而且需要控制辐射的能谱。

  也就是说,在X射线机的各种实际应用中,其作用也是产生X射线,并不完成测量任何量,不完成计量学中的直接测量,也不完成计量学中的间接测量。

  这些基本的科学事实说明,无论是X射线机本身的特性,或是X射线机的实际应用,X射线机都未产生计量器具具有的特性。因此,应该认为,X射线机不具有计量器具的特性。也就是说,X射线机不是计量器具。

  2 《中华人民共和国依法管理的计量器具目录》未列入X射线探伤机

  某些人,包括少数执法人员以在《中华人民共和国依法管理的计量器具目录》中列有“无损检测仪”为由,认为X射线机是计量器具。

  确实,在《中华人民共和国依法管理的计量器具目录》中列有“无损检测仪”。但必须指出的是,该目录是在“力学计量器具”类中列出了“无损检测仪”,也就是,所列出的“无损检测仪”是隶属于“力学计量器具”类,这应是常识性的知识。

  实际上,在《中华人民共和国依法管理的计量器具目录》中共列出了12类计量器具,即长度计量器具、热学计量器具、力学计量器具、电磁学计量器具、无线电计量器具、时间频率计量器具、声学计量器具、光学计量器具、电离辐射计量器具、物理化学计量器具、标准物质、专用计量器具。显然,《中华人民共和国依法管理的计量器具目录》是按照计量学的研究,以严格的体系和逻辑建立的一个严格的体系目录(尽管其存在一些明显的不足)。

  在国家质量监督检验检疫总局计量司编辑的《中华人民共和国计量法规目录》(2004版)中,在力学计量目录下列出的分项目题目是:“质量、容量、密度、压力、真空、流量、测力、硬度”。计量学研究的权威专家指出[1],目前“比较成熟和普遍开展的计量科技领域有几何量(亦称长度)、热学、力学、电磁、无线电、时间频率、声学、光学、化学和电离辐射计量,即所谓的十大计量”。其中力学计量是“计量学中开展最早的领域之一,力学计量包括质量、容量、密度、力值、重力加速度、硬度以及振动与冲击等计量测试”。这就是计量器具分类、力学计量内容的基本关系。因此,《中华人民共和国依法管理的计量器具目录》中在力学计量器具中列出的“无损检测仪”,在逻辑关系上,显然从属于力学计量器具,只能是测量力学量的无损检测仪器。

  另一方面,众所周知,在计量学中,涉及放射性的计量器具,明确地划在电离辐射计量器具类中。因此,涉及X射线的计量器具,只能划入电离辐射类计量器具,而不可能列在“力学计量器具”类中,这也是基本的知识。

  这些基本的计量学知识告诉我们,从《中华人民共和国依法管理的计量器具目录》在“力学计量器具”类中列有“无损检测仪”这个事实,并不能给出X射线(探伤)机已列入计量器具目录的结论。不应该、也不能主观地将《中华人民共和国依法管理的计量器具目录》中列出的“无损检测仪”任意地扩展其含义。

  少数人,为了论证在《中华人民共和国依法管理的计量器具目录》中在力学计量器具中列出的“无损检测仪”包括X射线机,竞然认为,《中华人民共和国依法管理的计量器具目录》不是按照测量量分类,并举例说,目录中把不是测量力学量的“速度表”、“里程表”、“煤气表”等列入“力学计量器具”类就是证明。这些说法,如果不是对《中华人民共和国依法管理的计量器具目录》的故意歪曲,则只能是缺少计量学基本知识的表现。

  3 JJG40-2001《X射线探伤机》是一个错误的规程

  在《中华人民共和国依法管理的计量器具目录》中列出的“无损检测仪”包含X射线机的说法被科学地否定之后,某些人员最后以存在JJG40-2001《X射线探伤机》检定规程为由,坚持X射线机需要按计量器具管理。因此,必须指出,JJG40-2001《X射线探伤机》检定规程是一个存在根本性错误、是一个不能执行的规程。

  JJG40-2001《X射线探伤机》检定规程的最初版本是JJG40-93《X射线探伤机》检定规程。尽管它以国家技术监督局的名义发布,但由于其存在根本性的错误,因此,从其发布以来十多年的时间,从未受到重视,有关射线检测技术和方法的国家标准、国家军标、行业标准等从不引用这个规程。计量学的基本知识要求,计量检定规程应是“为评定计量器具的计量性能、作为检定依据的具有国家法定性的技术文件”[3]。计量检定所要评定的计量器具的性能主要是计量器具的准确度、稳定度、灵敏度等,确保使用的计量器具合格,从而确保量值的统一、确保量值的溯源性。JJG40-2001《X射线探伤机》检定规程的主要规定内容,不符合计量检定规程的基本要求。

  在JJG40-2001《X射线探伤机》第4章概述中,对X射线探伤机作出了这样的定义:“X射线探伤机是指用于工业产品部件无损检测的X射线探伤机。它是通过高速电子轰击阳极靶产生X射线,透照被检验的部件,并在胶片或其他成像装置上得到部件的内部结构图像,判断被检验部件有无缺陷的一种装置”。按照JJG40-2001《X射线探伤机》检定规程的这段叙述,X射线探伤机应是“判断被检验部件有无缺陷”的装置。第一,“缺陷”不是一个物理量,第二,“判断”不是测量,更不是计量。显然,从“概述”开始,JJG40-2001本身已否定了其作为“检定规程”应具有的特性。在JJG40-2001《X射线探伤机》中,为了形式上符合计量检定规程的要求,给出了7项X射线机的“计量性能要求”:

  (1)空气比释动能率:主射线束距焦点600 mm处的空气比释动能率。

  (2)穿透力:X射线探伤机的射线贯穿物质层的最大厚度值(A3钢)。

  (3)重复性:主射线束空气比释动能率单次测量的相对标准偏差。

  (4)辐射角:规定的是辐射角与标称值的偏差要求。

  (5)计时器误差:机带计时器的误差。

  (6)透照灵敏度:≤1.8%。

  (7)漏射线空气比释动能率:额定工作条件下距焦点1 m处的漏射线的空气比释动能率限定值,但规定周向机不需要测量。

  这7项所谓的“计量性能要求”,除第一项外,基本是我国标准JB/T 7412和JB/T 7413中对X射线机技术性能的规定,而规定的“检定方法”,则基本是JB/T 9402关于X射线机技术性能的测定方法,但作了多处错误删改。

  实际上,这7项所谓的“计量性能要求”中,前面三项是关于X射线机产生的X射线的量、能谱、辐射输出稳定性的要求;第四项是对X射线机结构中窗口设计和制造安装质量的要求;第五项是对X射线机配备的计时器的误差的要求;第七项是对X射线机结构设计安全性的要求;而第六项对于X射线机则是一项不存在的性能和错误的要求规定,同时也不符合计量器具灵敏度的概念。

  必须指出,在X射线机的技术性能中,“穿透力”是X射线机“在射线照相检验中,在特定的条件下、在额定的工作参数下、对某种材料(通常用钢)可检验的最大厚度”的简称。通过这个指标,可以间接地综合评定X射线机辐射输出的量和能谱。

  另外,计量器具的“灵敏度”不同于“射线照相灵敏度”(JJG40-2001《X射线探伤机》检定规程称为“透照灵敏度”)。按计量学,计量器具的灵敏度被规定为[4]:“测量仪器的响应变化除以相应的激励变化”也就是计量器具响应变化与引起该变化的激励值(被测量值)变化之比。它表示计量器具对被测量的量变化的反应能力。通常它可表示为

  式中 S—计量器具的灵敏度

  △L—被观测量的增量

  △X—被测量的增量

  当式中分子和分母为同一类量时,灵敏度也称为“放大比”或“放大倍数”。“射线照相灵敏度”表示的是,在射线照相检验中、某厚度下可识别的细节(像质计)尺寸与该厚度的百分比。对同一台X射线机,采用不同的射线照相检验技术得到的射线照相检验灵敏度可以不同;对同一级别的射线照相检验技术,对不同的厚度得到的射线照相检验灵敏度值也会不同。它并不是X射线机的性能指标,更不是X射线机的计量性能指标。

  可以看出,从这7项所谓的“计量性能要求”,人们无法建立它们与“缺陷”这个量的测量的关系,不能给出它们是如何评定X射线探伤机对缺陷测量的准确度、稳定度、灵敏度等。显然,JJG40-2001《X射线探伤机》检定规程与计量检定规程的要求不相符合。其原因就在于,X射线机不是计量器具,无法给出X射线机计量性能指标。

  JJG40-2001《X射线探伤机》虽然以“计量检定规程”发布,但它并不具有计量检定规程的内容和意义,因此,实际上并不是一个计量检定规程。此外,其在概念上、理论上均存在错误,在可操作性方面也存在很大问题,其对X射线机给出的结论性评定对实际的射线检测工作无意义。关于JJG40-2001《X射线探伤机》检定规程问题的更多分析,可参见文献[5]。

  基于对JJG40-2001《X射线探伤机》上述的认识,我们认为JJG40-2001《X射线探伤机》存在根本性的错误,是一个不能执行的规程,因此也就不能作为X射线机是计量器具的依据。

  对JJG40-2001《X射线探伤机》检定规程,建议暂停执行,并尽快经过法定程序撤消。以减少和消除由于JJG40-2001《X射线探伤机》造成的混乱和不良后果。

  4 旁证

  在《中华人民共和国计量法》(1985年9月6日中华人民共和国主席令第28号公布)中,有如下条文:第十六条 进口的计量器具,必须经省级以上人民政府计量行政部门检定合格后,方可销售。”众所周知,我国多年来已从国外进口了数以万计的各种型号的X射线机,已销售到各个工业部门,从过去到现在,从未被要求执行《中华人民共和国计量法》第十六条的上述规定。原因就在于,X射线机不是计量器具。

  5 结论

  计量学的基本理论指出,X射线机不具有计量器具的属性。国家的计量法规并未将X射线机定为计量器具。JJG40-2001《X射线探伤机》虽然以“计量检定规程”发布,但它并不具有计量检定规程的内容和意义,其在概念上、理论上均存在错误,因此,实际上它并不是一个计量检定规程。理论和实际经验都指出,X射线机不是计量器具,这是对X射线机属性正确的认识。

  参考文献:

  [1] 王立吉.计量学基础(第2版).北京:中国计量出版社,1997

  [2] 王立吉.计量专业工程师手册.北京:企业管理出版社,1998

  [3] 徐维洪,等.计量基础知识.北京:中国计量出版社,1990

  [4] 于渤,等译.国际通用计量学基本名词.北京:计量出版社,1985,21~22

  [5] 郑世才.JJG40-2001X射线探伤机存在的问题.无损检测,2004,26(11):593~597

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