JJG 990-2004 声波检测仪.pdf.pdf

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1、中华人民共和国国家计量检定规程 J J G 9 9 0 - 2 0 0 4 声波检测仪 Ac o u s t i c De t e c t o r 2 0 0 4一0 9一2 1发布2 0 0 4 一1 2 一 2 1 实施 国 家 质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局发布 J J G 9 9 0 - 2 0 0 4 声波检测仪检定规程 V e r i f i c a t i o n R e g u l a t i o n f o r Ac ous t i c De t e c t o r b 4 J J G 9 9 0 - 2 0 0 4 飞 - - - - - - - - - - - -

2、 - - - 本规程经国家质量监督检验检疫总局 2 0 0 4 年 0 9 月 2 1日 批准， 并 自 2 0 0 4 年 1 2 月 2 1 日 起施行。 归口 单 位 :全国声学计量技术委员会 主要起草单位 :湖北省计量测试技术研究院 参加起草单位 :中国计量科学研究院 武汉岩海公司 本规程委托全国声学计量技术委员会负责解释 J d G 9 9 0 - 2 0 0 4 本规程主要起草人 : 姚秋平 罗亚清 参加起草人 : 边文萍 时 根火 陶丽君 孙涛 刘宏华 ( 湖北省计量测试技术研究院) ( 湖北省计量测试技术研究院) ( 中国计量科学研究院) ( 湖北省计量测试技术研究院) ( 湖

3、北省计量测试技术研究院) ( 湖北省计量测试技术研究院) ( 武汉岩海公司) J J G 9 9 0 -2 0 0 4 目录 1 范围 (1 ) 2 引用文献 ， ( 1 ) 3 术 语和计量单位 . ( 1 ) 3 . 1 超声检测 (1 ) 3 . 2 近场长度 (1 ) 3 . 3 远场 ， (1 ) 3 . 4 首波 ( 1 ) 3 . 5 发射换能器谐振频率 。 ( 1 ) 3 . 6 接收灵敏度 (1 ) 3 . 7 声时 ( 2) 4 概述 ( 2) 5 计量性能要求 ， ( 2 ) 5 . 1 声时测量相对 误差 ( 2 ) 5 . 2 幅 值 测 量 级线 性 。 ( 2 )

4、 5 . 3 幅值测量范围 ( 2 ) 5 . 4 发射电压幅值稳定度 ， ( 2 ) 5 . 5 接收系统频率响应 ( 2 ) 5 . 6 发射换能器谐振频率 ( 2) 5 . 7 通道隔离度 ， ( 2) 6 通用技术要求 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .( 2) 6 . 1 外观、标志及说明书 ( 2)

5、 6 . 2 标记 ， 、 ， 、 、 、 、 ， 、 、 、 ， ， 、 、 、 、 、 ( 3 ) 7 计量器具控制 ( 3 ) 7 . 1 检定条件 ( 3 ) 7 . 2 检定项目 ( 3 ) 7 . 3 检定方法 ( 3) 7 . 4 检定结果的 处理 ( 8 ) 7 . 5 检定周期 ( 8 ) 附录 A 不确定度分析实例 ( 9) 附录 B 检定证书内页格式 ( 1 1 ) 附录 C 检定结果通知书内页格式 ( 1 2 ) J J G 9 9 0 - 2 0 0 4 声波检测仪检定规程 范 围 本规程适用于声波检测仪的首次检定、后续检定和使用中检验。 2 引用文献 本规程引用下列

6、文献 : G B / T 3 2 2 3 -1 9 9 4 水声 换能器自由 场校准方法 G B / T 3 9 4 7 -1 9 9 6 声学名词术语 G B / T 1 2 6 0 4 . 1 -1 9 9 0 无损检测术语超声检测 G B / T 1 7 2 5 2 -1 9 9 8 ( 1 0 0 k H z 以 下超声压电换能器的特性和测量 J J F 1 0 0 1 -1 9 9 8 通用计量术语及定义 J J F 1 0 5 9 -1 9 9 9 测量不确定度评定与表示 J J G 1 8 5 -1 9 9 7 ( 5 0 0 H z 一 1 M H z 测量水听器 J G /

7、T 5 0 0 4 -1 9 9 2 混凝土超声波检测仪 C E C S 0 2 : 8 8 超声回弹综合法检测混凝土强度 C E C S 2 1 : 2 0 0 0 超声法检测结构混凝土内 部缺陷 使用本规程时，应注意使用上述引用文献的现行有效版本。 3 术语和计A单位 3 . 1 超声检测 ( u l tr a s o n ic d e t e c t i o n a n d m e a s u r e m e n t ) 利用超声对材料的非声学性质进行检查或测定的方法和技术。 3 . 2 近场长度 ( n e a r f i e l d l e n g t h ) 主声轴线上最后一个声压

8、极大值与晶片表面的距离。 3 . 3 远场 ( f a r f i e l d ) 自由场中，离声源远处瞬时声压与瞬时质点速度同相的声场。 3 . 4 首波 ( f a s t w a v e ) 声波检测仪发射声脉冲信号通过介质 ( 空气、液体、固体)传播后，在接收换能器 接收的信号波形中，首个明显区别于噪声的信号。首波应有一个完整的周期，有正峰值 和负峰值。 3 . 5 发射换能器谐振频率 ( s o u n d p ro j e c t o r r e s o n a n c e f r e q u e n c y ) 发射换能器在一电压幅值不变的扫频信号激励下，在指定轴线方向上远场参考

9、距离 处接收声信号得到发送电压响应的频率响应函数，最大值处的频率。 3 . 6 接收灵 敏度 ( r e c e i v i n g s e n s i t i v i t y ) 声波检测仪调至最佳接收状态，对智能式仪器是指首波达到一定的量化数值所要求 的最小接收信号，对数字式仪器是指能使计数器关门的最小信号，对于模拟仪器是三倍 t J J G 9 9 0 - 2 0 0 4 于噪声信号的接收信号。 3 . 7 声时 ( t i m e o f t r a n s m i t t e d s o u n d ) 声波在介质中传播的时间。 4概 述 声波检测仪是通过向待测试件发射声脉冲，使其穿

10、过试件，然后接收穿过试件后声 脉冲信号，并测量声脉冲信号穿过试件的时间，能量衰减 ，频率变化等，以完成对待测 试件的无损检测。声波检测仪主要由发射、接收、延迟 、声时和幅值测量等部分组成。 声波检测仪主要用于混凝土、岩体及岩芯试样、陶瓷、石墨等非金属材料与结构的 声波或超声无损检测，可进行强度检测、结构内部缺陷检测、裂缝检测、结合面质量与 破损层厚度检测、匀质性检测、结构厚度检测、桩基质量检测以及材料弹性力学参数检 测 等。 5 计t 性能要求 5 . 1 声时测量相对误差 电信号测量优于1 0 . 5 %， 声信号测量优于t 1 . 0 %. 5 . 2 幅值测量级线性 每 6 d B 优于

11、 士 0 . 9 d B ，最小分度至少为 1 d B ，总线性范围不低于产品技术指标要求。 5 . 3 幅值测量范围 不小于 6 0 d B o 5 . 4 发射电压幅值稳定度 每小时优于士 5 %. 5 . 5 接收系统频率响应 ( 1 0 一 2 5 0 ) k H z 频率范围内不均匀度不小于 1 2 d B o 5 . 6 发射换能器谐振频率 偏差不超过标称频率值的士1 0 % 5 . 7 通道隔离度 对于多通道声波检测仪 ，在换能器标称频率处应大于4 0 d B o 6 通用技术要求 6 . 1 外观、标志及说明书 6 . 1 . 1 声波检测仪应具有以下清晰而耐久的标志: a )

12、制造厂的厂名; b )产品的型号和出厂编号 ; c )声波检测仪应有吸 座二 标志及编号。 6 . 1 . 2 声波检测仪应无影响仪器正常工作及读数的机械损伤、旋钮失灵、衰减器错位 和接触不 良等现象。 6 . 1 . 3 每台声波检测仪应附带使用说明书。说明书中应包括下列资料: 2 d 7 G 9 9 0 - 2 0 0 4 a )各功能的描述及全部操作说明 b )仪器正常工作的电源及环境条件 c )预热时间 d )主要技术指标 6 . 2 标记 6 . 2 . 1 声波检测仪中非操作者使用的部件应采用密封或标记的方法加以保护。 6 . 2 . 2 声波检测仪 应留有标注检定标记的 适当位置

13、。 7 计皿器具控制 计量器具控制包括首次检定、后续检定以及使用中的检验。声波检测仪更换换能器 和修理后对其计量性能有重大影响时，其后续检定原则上须按首次检定进行。 7 . 1 检定条件 7 . 1 . 1 检定环境条件 检定时应满足以下环境条件: 温度:( 2 3 士 5 ) C; 相对湿度:( 6 0 士 3 0 ) %0 7 . 1 . 2 检定用计量标准器 7 . 1 . 2 . 1 信号发生器:频率范围 2 k H z - 3 0 0 k H z ，失真小于 1 %，输出电平的频响优于 士 0 . 5 d B ， 可输出 粹发音信号。 7 . 1 . 2 . 2 衰减器:频率范围D

14、C一 3 0 M H z ;每 l O d B误差不超过 * 0 . 2 d B o 7 . 1 . 2 . 3 测量放大器:频率范围 2 k H z - 2 0 0 k H z ，幅值稳定度优于 土 0 . 0 5 d B ，输人阻抗 大于接收换能器阻抗 1 0 0 倍，有效增益不小于 6 0 d B o 7 . 1 . 2 . 4 测量水听器:带宽范围不小于被测换能器标称频率的0 . 5 - 1 . 5 倍 ，自由场灵 敏度级应 不低于一 2 1 0 d B ( O d B = 1 V / F xP a ) ，自由 场灵敏度的不均匀度在测量频率范围应 不超过士 2 d B o 7 . 1

15、. 3 其他配套设备 7 . 1 . 3 . 1 数字示波器:频率范围D C一I O O M H z ;幅值测量误差 : 5 0 V以下常规幅值测量 优于 士1 . 5 %, 5 0 V以上高压测量优于 士 5 %0 7 . 1 . 3 . 2 功率放大器:输出功率 1 0 0 W,频率范围2 k H z 一 2 0 0 k H z o 7 . 1 . 3 . 3 简易消声水槽: 要能满足两换能器间距离的 远场条件。 7 . 1 . 3 . 4 交流电压表: 频率范围1 O H z 一 3 0 0 k H z ， 示值误差优于1 . 0 %0 7 . 1 . 3 . 5 温度计 :测量范围 (

16、 1 s -3 0 ) c C ，示值误差优于 0 . 1 9 c o 7 . 1 . 3 . 6 游标卡尺:分度值 0 . 0 2 m mo 7 . 2 检定项目 检定项 目见表 t o 7 . 3 检定方法 7 . 3 . 1 外观检查 7 . 3 . 1 . 1 声波检测仪应有生产厂厂名、型号、名称、出厂编号、声波检测仪应有! 尽 3 7 7 G 9 9 0 - 2 0 0 4 标 志及编号 ; 表 1声波检测仪检定项 目一览表 项目 首次检 定 后 续检定 使用中检验 外观检 查 + 使用说明书 + + 声时测量相对误差 ( 电信号方法) 十+ 声时测量相对误差 ( 声信号方法) +

17、幅值测量级线性 +十 发射电压稳定度 + 幅值测量范围 + 接收系统频率范围 + 发射换能器谐振频率 + 通道隔离度 ( 只用于多通道声波检测仪) + 注:“ + ”为应检项 目，“ 一 ”为可不检项目。 1 . 2 声波检测仪应满足6 . 1 . 2的要求。 2 声时测量相对误差 ( 声信号方法) 2 . 1 检定装置方框图如图 1 所示，按出厂规定的时间进行预热。 图1 声时测量相对误差 ( 声信号方法)的检定装置示意图 7 . 3 . 2 . 2 调节声波检测仪发射和接收探头之间距离至大约 2 0 m m ，发射电压至最大，调 节接收声波使首波周期占显示时问轴 1 / 3 - 1 / 6

18、 ，首波峰 一峰值为满屏显示的 2 / 3 ，按照 仪器的操作手册提供的方法 ，测量出零声时并予以消除。以后发射探头和接收探头之间 距离每增加 6 0 . O m m测量一次声时。测量直至探头之间距离增加至 3 2 0 m m为止，测量过 程中应注意调节声波检测仪始终保持首波峰 一 峰值为满屏显示的 2 / 3 ,测量过程中温度 变化应不超过士 。 . 5 C。其声时理论计算值测量值与理论计算值误差不应超过 5 . 1 要求。 声时理沦计算公式如下: t=d/ 式中: 声时理论计算值，5 ; d 两换能器之间的距离， ( 3 3 1. 4丫 1 + 0 . 0 0 3 6 7 T )( 1 )

19、 J J G 9 9 0 - 2 0 0 4 T 空气温度， 。 7 . 3 . 3 声时测量相对误差 ( 电信号方法) 7 . 3 . 3 . 1 检定装置方框图如图2 所示。 粹发音信号发生器 触发输出 声波检测仪 接收发射 图2 声时测量相对误差 ( 电信号方法)的检定装置示意图 7 . 3 . 3 . 2 调节碎发音信号发生器，频率调至探头标称频率，波数为 1 0个，延迟为 5 0 K s ， 声波检测仪首波调节如7 . 3 . 2 . 2 ， 按照仪器的操作手册提供的 方法， 测量出零声 时并予以消除。以后调节碎发音延迟每5 0 0 p s 声波检测仪做一次声时测量，直至声波检 测仪

20、的测量上限 ( 5 m s 后可增加至 l m s 测量一次) 。声时测量相对碎发音延迟的误差应 符合 5 . 1 要求。 7 . 3 . 4 幅值测量级线性 7 . 3 . 4 . 1 检定装置方框图如图 3 所示。 图 3 幅值测量级线性的检定装置示意图 7 . 3 . 4 . 2 声波检测仪的量程控制器置于参考量程位置 ( 标称测量上限下 3 0 d B测量档) ， 调节碎发音信号发生器的频率为探头标称频率处，碎发音信号发生器输出幅度及衰减器 至适当位置，声波检测仪接收信号的调节同7 . 3 . 2 . 2 。依次按 6 d B增加或减少声波仪量 程控制器的量程 ，同时相应调节衰减器，使

21、声波检测仪接收信号幅值和原幅值相同。量 程控制器改变值与衰减器改变值之差即为幅值测量级线性的误差，其误差应符合 5 . 2的 规定。 7 . 3 . 4 . 3 对于数字式声波检测仪，按 7 . 3 . 4 . 2 调节衰减器 ，用声波检测仪幅值测量功能 测量出 6 d B增加或减少的幅值，并计算相应 d B值，其值应符合5 . 2 的规定。 7 . 3 . 5 发射电压幅值稳定度 7 . 3 . 5 . 1 检定装置方框图如图4 所示。 7 . 3 . 5 . 2 将被检声波检测仪接上负载 ( 1 M f 1 / 2 W 电阻) ，发射电压置于最大，直接用 数字示波器测量声波检测仪发射电压幅

22、值，并在一小时内均匀时间间隔测量 5 次，其最 大值至最小值相对平均值的幅度变化范围应符合 5 . 4规定。 J J G 9 9 0 - 2 0 0 4 图4 发射电压幅值稳定度的检定装置示意图 7 . 3 . 6 幅值测量范围 7 . 3 . 6 . 1 检定装置方框图如图5 所示，图中 R为 5 0 c l 无感电阻。 7 . 3 . 6 . 2 按图 5 所示连接测量仪器，开关 K 1 置于 “ 1 “ , K 2 置于 “ 1 “ ，调节声波检测仪 发射幅值和脉宽使其发射声信号最大 ( 但接收的信号首波不应有过载失真，否则应减小 接收放大器增益) ， 两探头之间距离为 1 . 5 倍近

23、场长度， 接收信号调节同7 , 3 . 2 . 2 ， 记下 首波幅值高度。 7 . 3 . 6 . 3 置碎发音频率为探头标称频率，开关 K 2 置于 “ 2 “ , K 3 置于 “ 1 “ ，调节碎发 音输出幅值，使声波检测仪接收的信号与 7 . 3 . 6 . 2接收首波幅值相等，此时记下数字电 压表的电压值为 V m a , 7 . 3 . 6 . 4 开关K 1 置于 3 “ , K 2 置于 “ 1 “ , K 3 置于 ( a 2a 2 + a , ) / A ; d a , ; d a 2 ( 3 ) 7 . 3 . 9 多通道声波检测仪的通道隔离度 7 . 3 . 9 .

24、1 检定装置方框图如图 7 所示。 图7 多通道声波检测仪的通道隔离度的检定装置示意图 J J G 9 9 0 - 2 0 0 4 7 . 3 . 9 . 2 声波检测仪的量程控制器置于 7 . 3 . 4检定得到测量级线性的上限，调节碎发音 信号发生器的频率为换能器标称频率，并调节碎发音信号输出使声波检测仪通道 1 接收 信号有满屏的8 0 %。用数字电 压表测量的电压值记为 V , o 7 . 3 . 9 . 3 通道2 接换能器，调大声波检测仪通道 2( 接收 2 )的增益，使通道 2 显示的 信号同通道 1( 接收 1 )的信号等幅，此时应尽可能防止 ( 接收2 )接收噪声声信号。通

25、道隔离较好的声波检测仪串人通道2 的信号可能调不起来， 只要调节的 增益大4 0 d B以 上即可视为符合 5 . 7 条要求。 7 . 3 . 9 . 4 通道2 换能器卸下，并接人碎发音信号，调节碎发音信号幅值使声波检测仪 接收的 信号与7 . 3 . 9 . 3 通道2 显示的信号等幅， 记下数字电压表测量的电压值记为 玖。 通道隔离度计算如下式。其结果应符合 5 . 7 条要求。 : 二 : 0 坛 V ,O lg -11- r 1 ( 4 ) 式中:V , 通道1 输人 信号的电压值， V ; 矶 通道1 输人 V : 信号下由通道间的串 扰在通道2 的 等效输人信号的电 压值， L

26、 通道隔离度，d B . 7 . 4 检定结果的处理 经检定合格的声波检测仪发给检定证书;经检定有不合格的项 目，发给检定结果通 知书，并注明不合格项目。 75 检定周期 声波检测仪的检定周期一般不超过 1 年。 J J G 9 9 0 -2 0 0 4 附录 A 不确定 度分 析实例 声波检测仪测量结果不确定度的评定，主要内容就是评定检定声波检测仪声时测量 结果的不确定度。 A . 1 数学模型 本规程采用与已知距离的空气声时测量值与计算值比较法，检定声波检测仪声时测 量误差。数学模型如下: t 1 t 二 1 一d / ( 3 3 1 . 4 , / 1 + 0 . 0 0 3 6 7 T

27、 ) 式中:A t 被检声波检测仪声时测量误差，s ; t , 被检声波检测仪声时测量值， s ; d 两换能器之间的距离 ， m; T 空气温度， 。 AZ 方差及灵敏系数 由于f ( t d , T )中的t d , T 互不相关， 故其合成估计方差为 ( o t ) = 。 ， ( : ， ) u 2 ( ， ) + c 2 ( d ) “ ， ( d ) + 。 ， ( T ) u 2 ( T ) 式中灵敏度系数为 ( t , ) c ( d) = a( A t ) a ( t , ) a( At ) a ( d ) a( A t ) a( T) 二 一1 / ( 3 3 1 . 4,

28、 / 1 +0 . 0 0 3 6 7 T )=一0 . 0 0 2 9( 取 T二2 0 9 0 ) ( T ) =一 d / 3 3 1 . 4 x ( 一 1 / 2 ) x ( 1 + 0 . 0 0 3 6 7 T ) 一 ” / 2 x 0 . 0 0 3 6 7 = 0 . 3 x 1 0 - 6( 取 T = 2 0 C， d = 0 . 0 6 m ) A . 3 标准不确定度 现以规程中规定的 6 0 m m距离声时测量为例，分析检定声波检测仪声时测量误差的 不确定度。不确定度的来源有:重复测量的标准差引人的不确定度分量 ， 6 0 . O m m距离 测量误差、温度测量误

29、差及温度范围的规定引人的不确定度分量。 A. 3 . 1 1 ) A 类标准不确定度 因被检声波检测仪声时测量稳定性引起的重复性测量标准差，可以通过对声时值进 行 9 次测量，计算标准差得到测量数据见表 A . l a 表 A. 1 测量次数 123456789 测量 值/ Ft s 1 7 5. 01 7 5 . 21 7 5 . 31 7 5 . 11 7 5. 31 7 5. 41 7 5. 31 7 5 . 21 7 5 . 2 J J G 9 9 0 -2 0 0 4 标准差:u ( t , ) = s , = 0 . 1 2 1 i s 2 ) B 类标准不确定度 2 . 1 )

30、6 0 . O m m距离测量引人的不确定度为 0 . 1 2 m m, k = 2 ，则 u ( d ) 二U l k = 0 . 1 2 / 2 = 0 . 0 6 x 1 0 一 3 m 2 . 2 )温度允许范围引入的不确定度 ， 温度范围为 士 0 . 5 0 , k = 办，则 u , =U / k = 0 . 5 / S = 0 . 2 8 9 9 C 2 . 3 )温度测量引人的不确定度为 0 . 2 0, k 二 2 ，则 u 2 =U l k二0 . 2 / 2二 0 . 1 C 2 . 4 )温度测量分辨率为 0 . 1 C，k = 万，则 u 3 =U l k = 0

31、. 1 / 0= 0 . 0 5 8 0 u , ，u 2 , ll 3 分量独立无关， 合成不确定度为 u ( T ) = 丫u 2u , + 。 ; +u 2U 3 = 0 . 3 1 9 0 A . 4 合成标准不确定度 以上分量独立无关 ， 且数值相差不是太大，可以直接进行合成。 u ( A t ) = c 2 ( t , ) u 2 ( t , ) + c 2 ( d ) u z ( d ) + 。 ， ( T ) u 2 ( T ) u , ( A t ) = 丫 ( 0 . 1 2 ) ， 十 0 . 1 7 4 2 + 0 .0 9 3 2 = 0 .2 3 p s A . 5

32、 扩展不确 定度 取包含因子 k = 2 ，则扩展不确定度: U=k u ( A t ) = 2 x 0 . 2 3 = 0 . 4 6 p s A . 6 相对扩展不确定度 U,=0 . 4 4 1 7 5. 2x 1 0 0% = 0. 2 6% 由以上分析可知，扣除被检重复性后相对扩展不确定度 ，与51 条所要求的最大相 对 允 差 之 比 为 0 .2 6 .% = 1 勺乙 满足小于 1 / 3 要求， 8 5 本方 法有效 。 J J G 9 9 0 - 2 0 0 4 附录 B 检定证书内页格式 检 定 结 果共 页 第 页 1 . 外观检查: 2声时测量相对误差: 电信号测量最

33、大相对误差_%， 声信号测量最大相对误差_%。 3 幅值测量级线性:每 l O d B 最大误差d B ，总线性范围d B , 最小分度为d B o 4 . 幅值测量范围:d B o 5 . 发射电压稳定度 :%。 6 . 接收系统频率范围: ( 1 0 - 2 5 0 ) k H z 频率范围内不均匀度_d B o 7 . 发射换能器谐振频率:k H z o 8 . 多通道声波检测仪隔离度 ( 频率k H z ) : d B . 检定环境条件: 温度:;相对湿度:%。 检定依据 : J J G 9 9 0 -2 0 0 4 声波检测仪检定规程 测量结果不确定度 ( 必要时) : 使用的标准装

34、置名称: 说 明: J J G 9 9 0 - 2 0 0 4 附录 C 检定结果通知书内页格式 检 定 结 果共页 第页 1 . 外观检查: 2 . 声时测量相对误差:电信号测量最大相对误差_%， 声信号测量最大相对误差_%。 3 . 幅值测量级线性: 每 l O d B 最大 误差 _d B ，总 线性范围_d B , 最小分度为d B . 4 . 幅值测量范围:d B . 5 . 发射电压最大示值误差:%。 6 ， 接收系统频率范围:( 1 0 - 2 5 0 ) k H z 频率范围内 不均匀度_d B o 7 发射换能器谐振频率 :k H z . 8 . 多通道声波检测仪隔离度 ( 频率k H z ) :d B . 检定环境条件: 温度:;相对湿度:%。 检定依据:J J G 9 9 0 -2 0 0 4 声波检测仪检定规程 测量结果不确定度 ( 必要时) : 使用的标准装置名称: 说明: 注:对不合格项 目在该项目指明 “ 不合格” ，对无法再检定的项目，应