材料试验机测量不确定度的评定

维普资讯 http://www.cqvip.com 綦齿传动　２００３年第２期　材料试验机测量不确定度的评定　任　宇　摘要：本文针对我厂材料试验机检定过程中的实际情况，对其主要误差来源进行　了分析、计算并对其测量不确定度进行了全面评定。　关键词误差　自由度不确定度评定　１　概述　金属力学性能试验在企业现代理化检验　工作和企业新产品新工艺的应用中占有重要　地位，它是检验和研究材料物理性能的主要　ＡＦ＝Ｆ［１＋Ｋ（ｔ—Ｌ０）］一Ｆ　……（１）　式中：△Ｆ＿试验机的示值误差；　Ｋ——推测力仪的温度修正系数；　Ｆ——标准测力促检定证书给出　的示值；　方法之一。材料试验机是材料力学性能试验　的主要设备之一，其示值的正确与否直接影　响到试验结果，甚至影响产品质量，因此，对　ｔ——使用测力仪时的室温；　ｔｏ——标准测力仪检定时的室温；　材料试验机必须进行定期检定，为保证计量　单位的统一，量值准确可靠，我厂建立了企业　最高力值计量标准——三等测力计标准装　置。由于ＪＪＦｌＯ３３＿２００ｌ新的《计量标准　Ｆ——标准测力仪三次读数的平　均值。　２．３标准不确定度分量的分析与计算　为了方便不确定度的评定，用检定一台　考核规范》和ＪＪＦｌ０５９——ｌ９９９《测量不确定　度评定与表示》的发布与实施，对建立企业　最高计量标准（特别是误差分析和不确定度　评定）提出了更严格的要求，所以必须对材　料试验机测量不确定度重新按照相关要求进　行评定。　１级精度、量程为６００ｋＮ的万能试验机为例，　其它类型的试验机的评定方法类似，在短时　间内对试验机重复测量ｌ０次，发现２００ｋＮ　处的变化较大，因此用此点来计算其不确定　度。其重复性测量列为（单位为ｍｍ）：３、　７６２．３、７６８。３、７６６。３．７６４，３．７６６，３．７６４，３．　７６６，３、７６６，３、７６４，３．７６４。　２评定过程　２．１测量方法（依据ＪＪＧ　ｌ３９——１９９９　２．３．１　输入量Ｆ的标准不确定度Ｕ（Ｆ）的评　定　《拉力、压力和万能试验机检定规程》）　１．０级材料试验机用０．３级标准测力仪　进行检定，把０．３级测力仪放在材料试验机　工作台上，测力仪是一个弹性体，由于试验机　对测力仪施加压力，测力仪发生形变，通过百　分表指示出变形量，在证书上查出对应的压　力与试验机度盘上指示的压力值进行比较，　输入量Ｆ的标准不确定度Ｕ（Ｆ）主要来　源于以下两个分项：　ａ．试验机的重复性引起的确定度分项　Ｕ１（Ｆ）；　ｂ．数误差引起的不确定度分项Ｕ　（Ｆ）。　２．３．１．１　试验机的重复性引起的不确定分　项Ｕ，（Ｆ）的评定　计算出其示值误差。　２．２数学模型　重复性引起的不确定度分项Ｕ，（Ｆ）的评　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００３年第２期　綦齿传动　４５　定采用Ａ类评定．由以上的重复性测量列得　（测量次数ｎ：１０）：　算术平均值　Ｆ＝３．７６５ｍｍ　实验标准偏差　ｓ（Ｆ）＝　０．Ｏ０１７ｒａｍ　…………（２）　“１（　）：　自由度ｖ。＝ｎ一１＝９　２．３．１．２读数误差引起的不确定度分项ｕ　解　：５．３７６×ｌｏ～ｍｍ　√ｎ　（３）　（Ｆ）的评定　标准测力仪的分度值为０．Ｏ１ｍｍ，估读　到０．１个分度，采用Ｂ类评定，按均匀分布，　取包含因子ｋ．＝√３，　ｕ２（Ｆ）＝０．００１ｍＩｎ／　＝５．７７４×１０　ｍｍ　其可靠性一般，估计　＝ｏ．２５，则　自由度为ｖ　＝８。　２．３．１．３输人量Ｆ的标准不确定度ｕ（Ｆ）的　计算　由于以上两个分项不相关，所以　ｕ（Ｆ）＝￣／ｕ　（Ｆ）＋ｕ；（Ｆ）　￣／（５．３７６×１０　）　＋（５．７７４×１０　）　）　＝７．８８９×１０一ＩＴＩＩＴＩ　…………（４）　按韦尔奇——萨特思韦特公式　ｕ４　（Ｆ）厂　………　（５）　口　６　则自由度为　Ｉ　（７．８８９×１０　）　Ｖ　■　啊＿　９　８　ｌ７　２．３．２输入量Ｆ的标准不确定度ｕ（Ｆ）的评　定　输入量Ｆ的标准不确定度主要来源于　标准测力仪。采用Ｂ类评定，根据标准测力　仪的检定证书给出的基本误差为０．３％，按　均匀分布，包含因子Ｋ　＝　．得出２００ｋＮ处　标准不确定度为：　ｕ（Ｆ）＝０．３％×２．７８ｍｍ／￣／３＝４．８１５×　ｌＯ＿’ｍｍ　估计　＝ｏ．１ｏ，则自由度为Ｖ　＝５０。　２．３．３输入量ｔ的标准不确定度ｕ（ｔ）的评　／，／７．ｏ　输入量ｔ的标准不确定度主要为测量过　程中的实验室温度波动，采用Ｂ类评定，根　据　Ｇｌ３９——ｌ９９９《拉力、压力和万能试验　机检定规程》，在检定过程中．温度变化不超　过２ｃＣ。按均匀分布，包含因子ｋ　＝　．　ｕ（ｔ）＝２￣Ｃ／４￣＝１．１６￣Ｃ　估计　＝０．１０，则自由度为Ｖ　：５０。　２．３．４输入量标准测力仪温度修正系数Ｋ的　标准不确定度ｕ（Ｋ）的评定　温度修正系数Ｋ由于修约而导致的不　确定度，采用Ｂ类评定，Ｏｒ．＝０．０００００５￣Ｃ，按　均匀分布，取ｋ　＝　ｕ（Ｋ）＝０．０００００５℃　＝２．８９×　ｌＯ一　／ｃＣ。　估计　＝ｏ．１ｏ．则自由度为ｖ　＝５０。　２．４合成标准不确定度的评定　２．４．１灵敏系数Ｃ；　由数学模型△Ｆ＝Ｆ［１＋Ｋ（ｔ—ｔ。）］一Ｆ　ａ△Ｆ　，　Ｃ．：一＝一ｌ　ａＦ　＿ｌ＋Ｋ（ｔ－ｔｏ）　ｃ，：　：ＦＫ　ｄｔ　＿Ｆ（ｔ—ｔ。）　根据ＪＪＧｌ４４——ｌ９９２《标准测力仪检定　维普资讯 http://www.cqvip.com 綦齿传动　规程》，标准测力仪的检定温度为１５—２５℃　１２２＝１．００５４；　２００３年第２期　又根据ＪＪＧ１３９——ｌ９９９《拉力、压力和万能　３＝０．０００７５０６ｍｍ／￣Ｃ；　材料试验机检定规程》，测力仪的使用温度　为１Ｏ一３５℃。取ｔ。＝１５℃，ｔ＝３５　ｏＣ，温度修　正系数Ｋ＝０．０００２７／ｏＣ，Ｆ＝（３．７８０—１．０ｏｏ）　ｍｍ。所以：　ｃｌ＝一１；　ｃ　＝５５．６ｍｍ．ｃｃ；　２．４．２标准不确定度汇总表　综上所述，得到各项不确定分量和相关　信息，见下表。　标准不确定度分量一览表　标准不确定度　分量Ｕ（Ｘ；）　不确定　度类型　标准不确定度　７．８８９　Ｘ　１０一　ｍｍ　Ａ　Ｂ　Ｂ　Ｂ　Ｃｉ　一１　ｌ　ｃｉ　ｌ　ｕ（Ｘ；）　１，ｉ　ｕ（Ｆ）　Ｕｌ（Ｆ）　Ｕ２（Ｆ）　ｕ（Ｆ）　ｕ（ｔ）　７．８８９×１０　ｍｍ　１７　５．３７６　Ｘ　１０一ｍｍ　５．７７４　Ｘ　１０一ｍｍ　４．８１５　Ｘ　１０一　ｍｍ　１．１６℃　１．００５４　５５．６ｍｍ．ｏＣ　４．８４１　Ｘ　１０一　ｍｍ　５０　１．６０７　Ｘ　１０一Ｈｕｎ　５０　Ｏ．Ｏ０ｏ７５０６ｍｍ／ｏＣ　８．７０７　Ｘ　１０～Ｈｕｎ　５０　ｕ（Ｋ）　Ｂ　２．８９　Ｘ　１０一　／ｏＣ　２．５合成标准不确定度的计算　２．５．１合成标准不确定度Ｕ　（ＡＦ）　由于各项不确定度分量彼此独立，互不相关，所以合成标准不确定度可按下式得到：　ｕ　＝　［荔］　ｕ　（　。）＝。　Ｎ［ｃ　）］　。　Ｎ　ｕ　ｕ　（ｙ）　：√　√　ｕＮ　ｕ　２　（ｙ）：）＝　４ｃ￣，ｕ　（　１）＋Ｃ　２１１，　（　２）＋…ＣＮ’ＵＮ’（Ｘ，ｖ）　所以　ｃ（△Ｆ）＝√ｃ２ｌｕ　（Ｆ）＋ｃ２ｕ２２（Ｆ）＋ｃ；（ｆ）＋ｃ２４ｕ　（Ｋ）　、／／（７．８８９　Ｘ　１０　）　＋（４．４８１　Ｘ　１０　）　＋（８．７０７　Ｘ　１０　）　＋（１．６０７　Ｘ　１０　）　ｍｍ　＝４．９８４　Ｘ　１０一。ｍｍ　２．５．２合成标准不确定的有效自由度１，。Ⅱ　按韦尔奇——萨特思韦特公式：　ｕ：（ＡＦ）　　！　：＋　！　！　：＋　！　！　：＋　！！　１，ｌ　Ｖ２　Ｖ３　Ｖ４　：　！　：　５Ｏ　（！：　＝５６　！　：　＋（　：　！　！　：　＋（　：！　１７　５Ｏ　！　：　＋（！：　５Ｏ　为方便使用，１，。　可近似取６Ｏ，不会对最　后结果有太大的影响。　取置信概率Ｐ＝９５％，按有效自由度１，　＝６０，由ｔ分布表包含因子ｋ　＝ｔ９　（６Ｏ）：２．　２．６扩展不确定度的评定００在２００ｋＮ量程处，相对扩（下移第４３页）　维普资讯 http://www.cqvip.com ２００３年第２期　綦齿传动　４３　方法较先进，但设备投资太大，它仅适用于整　车试验；无论是窄带还是宽带随机载荷频谱　国外载荷谱的模拟试验，且在材料应用研究　中，应用特定的载荷程序对材料的Ｓ／Ｎ疲劳　曲线进行了一系列的研究；在汽车传动系零　试验，都被认为是最佳的零部件载荷谱试验　方法。　部件的试验方面，八十年代中、后期，在一些　专业性的技术会议上，曾提出过设想，进人九　十年代，随着市场经济的不断深人，部分科　３　国内汽车工业载荷谱试验的　前景　自从１９５６年长春第一汽车制造厂生产　出第一辆解放牌汽车以来，从此结束了我国　汽车工业只能生产零配件的局面。经过近半　个世纪的艰苦创业，我国汽车工业已形成了　年产近３００万辆的生产能力，它正朝着稳健、　研部门逐步走上了科研、经商共存的道路，　用于科研的资金严重短缺，加之行业主管科　研部门领导换届、更替、各大汽车集团公司　（如一汽、上汽）都各自引进了先进的试验设　备和试验规范，他们可以借助国外载荷谱进　行整车和零部件的模拟试验，这些虽然不能　直接找出试验时间与实际使用里程的当量关　系，但只要能通过国外载荷谱程序的产品，其　质量毕然能信得过，加之国内道路条件复杂，　快速的步伐前进。在汽车试验领域，也取得　了可喜的成绩，特别是近２０年来，结束了汽　车传动系零部件试验中一直沿袭前苏联的一　些陈旧试验方法（例如汽车变速器的试验，　只试一档——在１００％载荷下运转５０万　次），国内很多汽车公司、企业相继引进了一　测定道路载荷谱必须投人巨大的人力、物力　和财力；面对这一科研课题，对于一般大中型　企业只能是爱莫能助，各大汽车集团也持观　望、等待态度。因此，笔者认为，国内汽车工　业在近期采集道路载荷谱按本文中的三种试　验方法进行载荷试验的前景比较渺茫。　参考文献：　１，汽车拖拉机试验学吉林工业大学。　些新产品的制造和试验技术，他们各自按国　外引进的规范或依照１９８５年制定的　ＪＢ３９８７－－８５、ＪＢ３８０３＿８４进行汽车变速器和　驱动桥的等幅载荷试验，这些试验为产品的　改进、质量的提高以及不同材料影响产品质　量的对比方面作出了重大贡献。近年来，国　内就载荷谱试验的应用方面，汽车行业在整　车模拟、转向机、悬挂等部件上进行过一些　２．｛ＳＡＥ　Ｔｒｎａｓａｃｔｉｏｎｓ）７０００３２　（上接第４６页）展不确定度为：　ＩＩ　不确定度的评定过程全面、合理，结果正确，　ｕ９５　ｌ＝詈×１００／１００＝０．２６％　ｒ　完全符合ＪＪＦ１０３３　０ｏｌ《计量标准考核　规范》、ＪＪＦｌ０５９——ｌ９９９《测量不确定度评定　与表示》和ＪＪＣｌ３９——１９９９《拉力、压力和万　２，７扩展不确定度的报告与表示　试验机在２００ｋＮ处相对扩展不确定度　为：Ｕ９５　ｌ＝０．２６％１，　Ⅱ＝６０　ｋ　＝２．００　能试验机检定规程》技术要求。　参考文献：　１，测量不确定度评定与表示，中国计量出版社，　ｌ９９９　３　结束语　以上误差来源分析和不确定度评定经重　２，计量标准考核规范，中国计量出版社，２００１　３，拉力　压力和万能试验机检定规程，中国计量　出版社，１９９９　庆市计量标准考核委员会组织的专家评审组　考核评审认为我厂最高计量标准之一——三　等测力计标准装置所涉及的材料试验机测量　４．误差理论与数据处理，中国计量出版社，１９８９