芻議測(cè)量不確定度在鋼材拉伸試驗(yàn)中的應(yīng)用

張強(qiáng)

(山東萊鋼永鋒鋼鐵有限公司技術(shù)質(zhì)量部,山東德州 251100)

芻議測(cè)量不確定度在鋼材拉伸試驗(yàn)中的應(yīng)用

張強(qiáng)

(山東萊鋼永鋒鋼鐵有限公司技術(shù)質(zhì)量部,山東德州 251100)

測(cè)量不確定度,表征合理賦予被測(cè)量之值的分散性,與測(cè)量結(jié)果相聯(lián)系的參數(shù)。測(cè)量不確定度對(duì)測(cè)量結(jié)果的完整描述,其作用被凸顯出來。測(cè)量范疇內(nèi)的不確定度,正在被廣泛應(yīng)用,鋼材拉伸試驗(yàn)實(shí)踐中,要用到這一理論,應(yīng)注重檢驗(yàn)時(shí)的細(xì)節(jié)。

測(cè)量不確定度 拉伸試驗(yàn) 具體應(yīng)用

測(cè)量數(shù)值的精準(zhǔn)性，通常用誤差理論去評(píng)判。然而，誤差理論潛藏了偏多的弊病，例如：選取出來的邏輯概念，有著混亂傾向；評(píng)判方式一致性差。在這樣的情形下，不確定度在鋼材拉伸試驗(yàn)中的應(yīng)用很好的解決了上述問題。鋼材拉伸試驗(yàn)中，只有弄清了不確定度，才能提升精準(zhǔn)度，確認(rèn)檢驗(yàn)時(shí)的各種細(xì)節(jié)存在的問題。

1 力學(xué)性能檢驗(yàn)的不確定度來源分析

鋼材的拉伸試驗(yàn)，要依照金屬材料拉伸試驗(yàn)方法。經(jīng)拉伸試驗(yàn)，可以測(cè)得試樣的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、斷后伸長率、斷面收縮率等。

檢測(cè)人員重復(fù)性及鋼筋材質(zhì)不均勻性所帶來的不確定度，這可由不同的人員對(duì)多根試樣的試驗(yàn)力值多次重復(fù)測(cè)量的結(jié)果，用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定。A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定可用貝塞爾公式計(jì)算得到。

試驗(yàn)機(jī)示值誤差、讀數(shù)分辨力、標(biāo)距儀、游標(biāo)卡尺及數(shù)值修約引起的不確定度可采用B類評(píng)定。例如：試驗(yàn)力的最小分度值是0．01kN，那么估計(jì)得來的讀數(shù)范圍，就應(yīng)設(shè)定成一半分度，也即0．005kN。通常來看，服從均勻分布。由讀數(shù)分辨率帶來的不確定度為0．0029kN。

2 選取出來的檢驗(yàn)實(shí)例

某規(guī)格下的鋼材，公稱直徑被設(shè)定成Φ16mm。根據(jù)拉伸試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法，去檢測(cè)它的斷后伸長率。原始標(biāo)距設(shè)定為80毫米。用檢定好的標(biāo)點(diǎn)機(jī)，縱向打出標(biāo)距以內(nèi)的各個(gè)標(biāo)志。經(jīng)過試驗(yàn)后，挑選了某一標(biāo)距，把試樣的斷口，設(shè)置在標(biāo)距中間位置。用某規(guī)格下的游標(biāo)卡尺，測(cè)定出斷后標(biāo)距，計(jì)算它的伸長增量。斷后伸長率不確定度的主要來源是：試樣原始標(biāo)距和斷后標(biāo)距長度測(cè)量所引起的不確定度分量u(Lo)和u(Lu)。分量中包括了檢測(cè)人員測(cè)量重復(fù)性所帶來的不確定度和測(cè)量設(shè)備或量具誤差帶來的不確定度。另外，GB/T 228．1—2010規(guī)定，結(jié)果必須按標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行數(shù)值修約，所以還有數(shù)值修約帶來的不確定度分量u(Arou)。

2.1 試樣原始標(biāo)距和斷后標(biāo)距長度測(cè)量所引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(Lo)和u(Lu)

2.1.1 試樣原始標(biāo)距測(cè)量所引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(Lo)

試樣原始標(biāo)距是用標(biāo)距儀一次性做出標(biāo)記的。標(biāo)距儀經(jīng)檢定合格，極限誤差為±0．5%，且服從均勻分布，因此標(biāo)距儀所引起的相對(duì)不確定度是：

則u(Lo)=Lo×urel(Lo)=80×0．577%=0．4616mm

2.1.2 斷后標(biāo)距長度測(cè)量所引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(Lu)

斷后標(biāo)距的測(cè)量具體數(shù)據(jù)略：

經(jīng)計(jì)算得：

標(biāo)準(zhǔn)差數(shù)列sj的標(biāo)準(zhǔn)差^σLu(s)=0．090mm

2.1.3 測(cè)量斷后標(biāo)距所用量具的誤差引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(Lu,2)

試樣斷后標(biāo)距是用游標(biāo)卡尺測(cè)量的，經(jīng)檢定合格，證書給出的極限誤差為±0．02mm，且服從均勻分布其標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為：

由于兩分量獨(dú)立不相關(guān)，所以斷后標(biāo)距測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量：

2.2 數(shù)值修約所引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(Arou)

GB/T 228．1—2010標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定試樣測(cè)定的性能結(jié)果數(shù)值應(yīng)按照相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行修約。這必定引入了不確定度，可用B類評(píng)定方法來評(píng)定。

伸長率的修約間隔xδ=0．5%，u(Arou)=0．14%

2.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算

原始標(biāo)距和斷后標(biāo)距的測(cè)量所引入的不確定度以及數(shù)值修約所引入的不確定度之間彼此獨(dú)立不相關(guān)，經(jīng)計(jì)算可得：uc(A)=0．886%。

2.4 擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

擴(kuò)展不確定度采用U=kuc(y)的方法，即：包含因子k取2，此時(shí)置信水平為95．45%

3 結(jié)語

檢測(cè)結(jié)果的不確定度評(píng)定，是實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度的最好評(píng)判方式。若測(cè)量得到的數(shù)值，只考量了樣品的可靠性、產(chǎn)品原有的置信度，還是不完備的。為此，檢驗(yàn)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的多個(gè)參數(shù)，只能評(píng)判質(zhì)量等級(jí)；測(cè)量范疇內(nèi)的不確定度，才是評(píng)定測(cè)量準(zhǔn)確度的標(biāo)準(zhǔn)。

[1]吳忠?guī)?測(cè)量不確定度在鋼材檢驗(yàn)中的應(yīng)用[J].南方金屬,2003(10).

[2]陳軍.測(cè)量不確定度在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用研究[D].山東農(nóng)業(yè)大學(xué),2010(06).

[3]李愛紅.測(cè)量不確定度在實(shí)際工作中的應(yīng)用[J].石油工業(yè)技術(shù)監(jiān)督,2008(12).

;張強(qiáng)(1981—),男,山東齊河人,山東萊鋼永鋒鋼鐵有限公司,中級(jí),質(zhì)量檢驗(yàn)。