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电子万能试验机示值误差的测量不确定度评定


现代测量与实验室管理
  文章编号:1005-3387(2014)04-0027-28

2014 年第 4 期

电子万能试验机示值误差的测量不确定度评定
( 温州市计量技术研究院,温州  325001)
确定度进行了探讨。 摘  要:本文结合工作实践,依据 JJG475-2008《 电子式万能试验机检定规程

》 ,就电子万能试验机示值误差的测量结果不

李  伟

关键词:示值误差;测量结果;评定

中图分类号:TH87              文献标识码:A

0  引言

剥离、撕裂等试验, 可对各种金属、 非金属及复合材 料进行力学性能试验, 使用范围广泛。 本文介绍了 试验机的测量结果进行不确定度评定。

电子式万能试验机可作拉伸、压缩、弯曲、剪切、

上读数时,其示值误差计算公式为: δ = F1 -F2

用 0. 3 级标准测力仪作为标准, 对 1 级电子式万能

3  方差与灵敏系数
3. 1  方差 由式(1) 得:

值为准,在试验机上读数;F2 测力仪的示值。

式中,δ 为试验机的示值误差;F1 为以测力仪示

(1)

1  测量方法

的示值误差是其主要的技术指标 。 对于 1 级试验

程 》 , 电子式万能材料试验机 ( 以下简称为试验机 )

根据 JJG475 - 2008《 电子式万能试验机检定规

机 , 应用 0. 3 级或以上级别的标准测力仪 ( 以下简

3. 2  灵敏系数

定度。

式中, u1 为 F1 的 不 确 定 度; u2 为 F2 的 不 确 c1 = c ( F 1 ) = 1

2 = u 2 ( δ ) = c2 + 2 2 u2 c 1 u 1 c2 u 2

(2)

称为测力仪 ) 进行示值误差的检定 , 而测力仪应符 合 JJG 144 - 2007 《 标准测力仪检定规程 》 的要求 。

万能试验机的示值误差的测量结果不确定度。 对一 大,选 择 测 量 上 限 的 20% 作 为 测 量 点, 估 算 不 确 台 300kN 的试验机, 在 20% 这点上重复性变化较 定度。

下面分析用 0. 3 级标准测力仪检定 1 级电子式

4  计量分量标准不确定度

所以,式(2) 简化为 = u2 + 2 u2 c 1 u2

c2 = c ( F 2 ) = - 1 (3)

4. 1  由试验机示值估算的不确定度分量 u1 4. 1. 1  重复性影响不确定度分量 u1. 1 列,采用 A 类方法进行评定。 所示。 试验机的重复性, 可能通过连续测量得到测量

2  数学模型

力仪检定试验机的示值误差时,若使用不同方法,计 算公式亦不同。 当以测力仪示值为依据, 在试验机
n 1 2 3 4   表1

根据 JJG475 - 2008 《 电子式万能试验机 》 , 用测

作为测 量 点, 连 续 测 量 10 次, 得 到 测 量 列 如 表 1

对一台 300kN 的试验机,选择测量上限的 20%

单次测量值 60. 22 60. 17 60. 30 60. 23 60. 41 5 60. 45 6 60. 15 7 60. 25 8 60. 28 9 60. 24 10

F

其算术平均值:F = 60. 27

单次实验标准差 — 27 —

s=

( Fi ∑ i=1

10

性条件下连续测量 10 次, 共得到 9 组测量列, 每组 测量列分别按上述方法计算得到单次实验标准差如 表 2 所示。
  表2 m 组实验标准差计算结果 20% 量程 0. 095 60 50% 量程 0. 101 150 80% 量程 0. 105 240

程的 20% 、50% 、80% 负荷点进行测试, 每点在重复

任意选择 3 台同类型试验机, 每台分别在满量

n -1

- F) 2

不确定度为 = 0. 095kN 所以: u2. 1 = (0. 15% ×60) / 1. 98 = 0. 05kN u2 = (0. 05) 2 +(0. 10) 2 = 0. 11kN 估计 u2. 2 = (0. 3% ×60) / 3 = 0. 10kN

Δu = 0. 10,所以自由度为:ν2 = 50。 u

检测点 单位( kN)

5  合成标准不确定度 6  有效自由度
ν eff = = 60≈50 u c = (0. 058) 2 +(0. 11) 2 = 0. 12kN (0. 12) 4 [ (0. 058) / 50 ] + [ (0. 11) 4 / 50 ]
4

实验标准差 s i( kN)

0. 093 0. 105

0. 104 0. 097

0. 097 0. 107

合并样本标准差为 sp = 自由度为 1 ∑ s2 = 0. 101kN m j=1 j ν1. 1 = m( n -1) = 81
m

7  扩展不确定度

该 3 次测量值的算术平均值作为测量结果,可得到 u1. 1 = 0. 101 3 = 0. 058kN 4. 1. 2  估读示值不确定度分量 u1. 2

实际测量情况,在重复条件下连续测量 3 次,以

t 分布表得到 k p = t95 (50) = 2. 01  取 k p = 2

取置信概率 p = 95% ,按有效自由度 ν eff = 50, 查

扩展不确定度为 U95 = 2 ×0. 12kN = 0. 24kN 相对扩展不确定度为 U95rel = 0. 24 ×100% = 0. 4% 60

均匀分布,以半区间计入,故 0. 01 ×0. 5 = 0. 00289( kN) u1. 2 = 3 ×(25% ) -2 = 8

因估读到最小分度值 0. 01kN,而误差分布遵从

8  报告与表示 9  结论

其估算值可靠性约 25% , 故自由度取 ν1. 2 = 1 / 2 u1 = (0. 058) 2 +(0. 00289) 2 = 0. 058 kN ν eff =
4 4

300kN 的试验机在 20% 点 U95rel = 0. 4% ,k = 2。 在电子式万能试验机的检定或校准过程中, 由

4. 2  由标准测力仪估算的不确定度分量 u2 度,即 B 类方法进行评定。

= 80≈50

(0. 058) [ (0. 058) / 81 ] + [ (0. 00289) 4 / 8 ]

于测量不确定度评定需考虑的因素很多, 分析和计 算过程较为繁琐,文章可能还存在一些不足之处,恳 请广大读者批评指正。
参考文献 [1]   国家质量监督检验检疫总局 JJG475 -2008 电子式万 [2]   国家质量监督检验检疫总局 JJF1059. 1 -2012 测量不 [3]   施昌彦,宣安东. 实用测量不确定度评定及案例 . 北 京:中国计量出版社,2009 确定度评定与表示,2012 能试验机检定规程,2008

可根据证书给出的相对扩展不确定度, 年稳定

检定证书给出测力仪的相对扩展不确定度为: 0. 15% ,k = 1. 98。 年稳定度为 ±0. 3% , 估计为均匀 分布,取包含因子 k = 3 。 在测量点 60kN 处, 标准

— 28 —


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