電線電纜絕緣材料抗張強度測量結果不確定度分析與評定

趙靜 王洪建 司志澤 李雷鳴 趙麗瑾 戚威

（山東省產品質量檢驗研究院 山東濟南 250100）

電線電纜絕緣材料抗張強度測量結果不確定度分析與評定

趙靜 王洪建 司志澤 李雷鳴 趙麗瑾 戚威

（山東省產品質量檢驗研究院 山東濟南 250100）

本文介紹了分析與評定電線電纜絕緣材料抗張強度不確定度的意義，分析了其測量不確定度的主要來源，確定了不確定度的評定方法，并依此建立數學模型，針對具體樣品得出評定結果，對抗張強度及其它測量結果的不確定度評定具有一定的借鑒意義。

電線電纜絕緣材料；抗張強度；不確定度；評定；分析

由于人們認知能力的限制和測試技術的不完善，被測量的“真值”通常是不可知的，也是測不到的。在實際測量中能得到的僅僅是“合理賦予被測量的值”，它表示測量結果的一個范圍，被測量的真值以一定的概率落在這個范圍內，這些值的分散性就是不確定度。

絕緣老化前后抗張強度是考核電線電纜機械性能的重要指標之一，也是電線電纜產品項目檢驗中的最常見項目之一。通過測量抗張強度就可以判定其所使用原材料好壞及生產制造工藝的穩定性。為了提高測量抗張強度的準確性及檢驗實驗室的檢測能力，有必要對抗張強度測量結果的不確定度因素進行分析與評定。

1 檢測依據與方法

1.1 試樣制備及處理

本文的研究對象的型號規格是60227IEC 01(BV) 450/750V 1×4，一般用途單芯硬導體無護套電纜，樣品為管狀試件。

1.2 評定依據

本次測量結果不確定度的評定按照標準JJF_1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》中的方法進行。

1.3 檢測前準備與環境

取5段絕緣線芯試樣，將其裁成約100mm，抽出導體，存放不小于16h。本次實驗環境溫度為(23±2)℃。滿足GB/T 2951.11-2008中規定。

1.4 檢測設備

微電腦拉力試驗機，型號GT-7010-AE，測量范圍500N(1級，示值誤差±1%)；數字式測量投影儀，型號CPJ-3007，測量范圍0～50mm，極限示值誤差±0.005mm。

1.5 檢測步驟

在試樣中間處截取一個盡可能薄的試件，用投影儀測量其外徑D和絕緣厚度δ，計算截面積

A=π（D-δ）δ；然后，以250mm/min移動速度進行拉力測試直至斷裂，記錄最大拉力值。

2 數學模型與測量結果不確定度主要來源分析

2.1 數學模型建立

按照GB/T 2951.11-2008的規定：管狀絕緣試樣抗張強度的計算公式為：

式中：Rm為管狀絕緣試樣的抗張強度值（N/mm2）；

F為試樣斷裂時的最大拉力值（N）；

D為試樣外徑的平均值（mm）；

δ為試樣絕緣厚度的平均值（mm）。

2.2 測量結果不確定度主要來源分析

從式（1）中可以看出，影響絕緣抗張強度測量不確定度的因素有最大拉力值F、外徑D和厚度δ。其中影響最大拉力值F因素的有測量重復性、微電腦拉力試驗機示值誤差和試驗機分辨力；影響D和δ的因素有，尺寸測量重復性，測量投影儀示值誤差。同時，由于本次試驗溫度為(23±2)℃，相對比較穩定，對樣品的尺寸及拉力測量結果引起的不確定度很小。因此，不將環境溫度作為不確定度因素進行評定。

根據分析和不確定度的傳播定律可以得出：

其中：

3 結果不確定度的評定

3.1 拉力F檢測不確定度評定

影響最大拉力值F因素的有測量重復性，采用A類評定方法；微電腦拉力試驗機示值誤差和試驗機分辨力采用B類評定辦法，故：

（1）測量重復性引入的誤差u1（F）

根據GB/T 2951.11-2008規定，從被測試樣選取五根試件進行試驗，其最大拉力值F測量結果如表1。因為計算抗張強度選用最大拉力值的中間值，所以根據貝塞爾公式得單次測量的標準偏差：

（2）微電腦拉力試驗機示值誤差u2（F）

微電腦拉力試驗機的最大允許示值誤差為±1%。測量值呈均勻分布。區間半寬度a1=1.0%，包含因子k1=。其示值誤差為：

（3）試驗機分辨力引入的誤差u3（F）

該拉力機的分辨力f為0.01N，根據參考文獻[1]得出引入的誤差：

u3（F）=0.01*0.29% （6）

綜上所述：

3.2 試件尺寸外徑D和厚度δ的不確定度評定

試件的尺寸外徑D和厚度δ，在實際中是按GB/T 2951.11-2008的規定，切取一個試片徑向測量六個點厚度，取其平均值作為厚度δ；在互相垂直的兩個方向測量其外徑，取平均值得外徑尺寸D。因此，影響試件尺寸外徑D和厚度δ的不確定度評定的主要因素有數字式投影儀示值誤差和分辨力，采用B類評定方法。試件尺寸檢測結果如表2、表3。

（1）數字式投影儀示值誤差引入的測量不確定度u1（D）、u1（δ）；

本次實驗所使用的數字式投影儀的示值誤差為±0.005mm，誤差呈均勻分布，取k=，則：u1（D）=u1（δ）=0.0029mm。

（2）由于只測量一次，即k=1，測量結果服從正態分布，根據參考文獻[1]，所引入的不確定度u2（D）=u2（δ）=0.0051mm。

綜上所述：

表1 最大拉力值F測量結果

表2 試件尺寸厚度δ檢測結果

表3 試件尺寸外徑D檢測結果

3.3 環境溫度變化引起的不確定度

在本實驗中，環境溫度為（23±2）℃，對試樣的尺寸及最大拉力值測量結果引起的不確定度忽略不計。

4 合成標準不確定度

因試樣厚度、外徑和最大拉力的測量所引入的不確定度之間彼此獨立不相關，則抗張強度合成標準不確定度為：

5 擴展不確定度

由上可以得出，最大拉力的測量值所引入的不確定度分量是評定抗張強度測量結果不確定度最主要的分量；它滿足正態分布。包含因子k=2，于是擴展不確定度評定為U（Rm）=k×u（Rm）≈≈0.34N/mm2。

6 測量結果的報告

該電纜60227IEC 01(BV) 450/750V 1×4絕緣老化前抗張強度測量結果為：

Rm= 16.7N/mm2；U（Rm）=0.34N/mm2；k=2；置信概率約為95%。

[1] CNAS-GL10：2006材料理化檢驗測量不確定度評估指南及實例.中國計量出版社, 2007.

Analysis and evaluation for the uncertainty of measurement results of tensile strength concerning wire and cable insulation materials

ZHAO Jing WANG Hongjian SI Zhize LI Leiming ZHAO Lijin QI Wei
（Shandong Product Quality Inspection Research Institute Jinan 250100）

Introduces the significance of analysis and evaluation of wire and cable insulation material tensile strength uncertainty, analyzes the main sources of the uncertainty of the measurement, determine the evaluation method of uncertainty, and set up the mathematical model, according to the specific samples showed that the evaluation results, there has certain reference the meaning of evaluation for the tensile strength and other measuring result uncertainty.

Wire and cable insulation materials; Tensile strength; Uncertainty of measurement; Evaluation; Analysis