钻井船结构实测中的不确定度分析

　　钻井船的海上实测由于工作条件极其恶劣,测试工作的实施非常困难,所以在整个测试的过程中,如何采取行之有效的措施把不确定度产生的原因加以消除或减到最小,这对于保证测试数据的准确可靠是至关重要的。

　　一、钻井船实测过程与应变有关的不确定度及评估

　　1·贴片角度偏差引起的不确定度及评估

　　由于海上测试条件限制,应变片的粘贴很难保证其准确的位置,一般只能靠简单的测量工具或目测的方法来保证其方位的准确性。位置上存在偏差在所难免,特别是角度的偏差,将对测试结果带来较大的影响。从理论上讲,当应变片的轴线与主应变方向有角度偏差Δθ时,测得应变值的相对误差为δ_θ,可按公式(1)修正

　　其中μ为材料的泊桑系数。但是,由于钻井船在海上实测的过程中工作条件及其恶劣,实际的角度偏差也是无法测量的。因此,无法由公式(1)进行准确的修正。只能做出一个不确定度的分析。所以,测得应变值的相对误差为δθ也将是一个取值范围。由试验数据及计算资料可知,在单向应变测量时,若应变片的轴线与主应变方向的偏差角Δθ为2°时,则引起测量的应变的不确定度为2%左右。在现场操作中,应以钻井平台的结构件(纵绗及肋骨)等作为参照物,在对测点位置进行处理后,在测点准确位置画上十字线后再贴片。这样能基本保证其测点的角度偏差小于2°。

　　2·电阻应变片与结构件的绝缘不良引起的不确定度的评估及防护措施

　　在钻井船的海上实测的过程中,一般要求绝缘电阻>50MΩ~100MΩ,如果应变片的防护做的不好,将使得应变片与构件之间的绝缘电阻下降,这相当于在工作片的桥臂上并联上一个电阻,设工作片电阻为R₁,而对于构件的原始绝缘电阻为Rs,则工作片的总电阻由公式(2)计算。

　　由于受湿度的影响,绝缘电阻下降,R_S变为

　　这时回路中总电阻的变化为

　　当应变片受潮并不严重,绝缘尚未遭到完全破坏,R_S R₁仍然成立时

　　这就相当于构件上产生一个伪变形,其相应的伪应变可用式(5)计算

　　由式(5)可知由于受湿度的影响,使应变片与构件之间的绝缘下降,可有相应的假的应变产生,即误差。例如作者在港海一号平台的测试中采用R1=120Ω的电阻应变片,Rs=100MΩ。在测量过程中绝缘电阻降低到20MΩ时,将产生一ΔεH=1·5×10-7的伪应变。对于此种误差只要我们作好应变片的防潮处理,降低应变片所处环境的相对温度及在测试前后对其绝缘电阻进行监测,一般可以将其控制在极小的范围内[4]。其造成的不确定度一般ΔεH 5με。