門窗執(zhí)手操作力的測量不確定度評定*

高 康，歐陽壯，魏承煬，汪志杰

（國家建筑五金產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（廣東），廣東肇慶 526000）

0 引言

門窗執(zhí)手的力學(xué)性能是反映其產(chǎn)品質(zhì)量和優(yōu)劣等級非常重要的一項(xiàng)指標(biāo)。而門窗執(zhí)手啟閉力的測試是在其開啟和關(guān)閉過程中的一個(gè)動(dòng)態(tài)測量過程，其中，期間要求測量器具的受力方向始終與執(zhí)手手柄中心線的豎直平面垂直。

目前，測試門窗執(zhí)手啟閉力比較通用的做法是人工手持測力計(jì)推拉執(zhí)手手柄。該方法無法保證在動(dòng)態(tài)測量過程中，測力計(jì)始終與執(zhí)手手柄中心線的豎直平面垂直。而且，采用人工手持測力計(jì)的方法，無法避免人手無意間的抖動(dòng)造成的干擾，給測量結(jié)果帶來不穩(wěn)定的因素。

與人工手持測力計(jì)的方式相比，門窗執(zhí)手操作力測試裝置能精確的將測量器具的受力點(diǎn)調(diào)節(jié)在執(zhí)手手柄指定的位置，并有效保證整個(gè)動(dòng)態(tài)測力過程中，測量器具的受力方向始終與執(zhí)手手柄中心線的豎直平面保持垂直。但要保證執(zhí)手操作力每一次測試過程的有效性，僅通過改良測試裝置，精確記錄每一次的測試數(shù)據(jù)是無法保證嚴(yán)謹(jǐn)性的。需要通過測量不確定度評定來描述執(zhí)手操作力測試過程中的影響因素，當(dāng)這些影響因素處于相同狀態(tài)時(shí)，每一次測量結(jié)果的比較才具有實(shí)際意義[1]。

1 評定概述

1.1 測量依據(jù)

（1）JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》；

（2）JG/T 124-2007《建筑門窗五金件傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用執(zhí)手》。

1.2 環(huán)境條件

溫度：（20i 5）℃，相對濕度：≤85%。

1.3 測量標(biāo)準(zhǔn)

門窗執(zhí)手操作力測試裝置為1級拉壓力傳感器和專用加載裝置的組合。

1.4 檢測對象

JG/T 124-2007《建筑門窗五金件傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用執(zhí)手》適用的用于建筑門窗中與傳動(dòng)鎖閉器、多點(diǎn)鎖閉器等配合使用的執(zhí)手[2]。

1.5 檢測過程

依據(jù)JG/T 124-2007《建筑門窗五金件傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用執(zhí)手》檢測標(biāo)準(zhǔn)的要求，將傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用執(zhí)手基座固定，在執(zhí)手手柄中心線上距離執(zhí)手軸50 mm處用拉力計(jì)測量操作力[2]。

首先，將被測樣品按照使用說明書安裝在固定部件上，通過安裝在驅(qū)動(dòng)臂回轉(zhuǎn)軸心上的紅外發(fā)射裝置發(fā)出紅外光束，作為固定部件和調(diào)節(jié)部件的參照物，調(diào)節(jié)門窗執(zhí)手的位置，讓門窗執(zhí)手的回轉(zhuǎn)軸心與驅(qū)動(dòng)臂回轉(zhuǎn)軸心同軸，如圖1所示。

驅(qū)動(dòng)臂上有以回轉(zhuǎn)軸心為零點(diǎn)，沿長度方向的刻度條，用于將拉壓力傳感器精準(zhǔn)調(diào)節(jié)在距離執(zhí)手軸50 mm處。最后，通過測力位置調(diào)節(jié)部件調(diào)節(jié)測力傳感器探頭與執(zhí)手手柄測力點(diǎn)位置貼合，并通過調(diào)節(jié)部件上的微調(diào)裝置調(diào)整拉壓力傳感器的位置相對于執(zhí)手手柄中心線豎直平面保持垂直，如圖2所示。

讓驅(qū)動(dòng)臂緩慢、勻速的推動(dòng)執(zhí)手轉(zhuǎn)動(dòng)，測量并記錄在操作執(zhí)手開啟過程中的最大力，即為門窗執(zhí)手的操作力。

圖1 執(zhí)手軸心與驅(qū)動(dòng)臂軸心同軸操作

圖2 拉壓力傳感器位置調(diào)節(jié)操作

1.6 測試數(shù)據(jù)

在相同的條件下測量門窗執(zhí)手的操作力，按實(shí)際測試過程，連續(xù)測量3次，取平均值，所測數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 重復(fù)性測試數(shù)據(jù)

2 數(shù)學(xué)模型

F=X

式中：

F—操作力，N；

X—力傳感器示值，N。

3 方差與傳播系數(shù)

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

靈敏系數(shù)：

4 測量不確定度分析

門窗執(zhí)手操作力的不確定度來源包括：

（1）執(zhí)手軸心與驅(qū)動(dòng)臂軸心同軸引入的不確定度；

（2）施力位置測量誤差引入的不確定度；

（3）傳感器受力支點(diǎn)垂直度引入的不確定度；

（4）測量重復(fù)性引入的不確定度；

（5）力值誤差引入的不確定度。

根據(jù)JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》的分類，測量不確定度的評定分為A、B兩類，在規(guī)定測量條件下測得的量值用統(tǒng)計(jì)分析的方法進(jìn)行的測量不確定度分量的評定，稱為A類不確定度評定；用不同于測量不確定度A類評定的方法對測量不確定度分量進(jìn)行的評定，稱為B類不確定度評定[3]。對于測量重復(fù)性引入的不確定度分量用A類不確定度評定，對于其它來源引入的不確定度分量用B類不確定度評定。

4.1 執(zhí)手軸心與驅(qū)動(dòng)臂軸心同軸引入的不確定度u1

在操作執(zhí)手軸心與驅(qū)動(dòng)臂軸心對心同軸的過程中，由于執(zhí)手位置調(diào)節(jié)和執(zhí)手軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，執(zhí)手軸心與紅外光束照射點(diǎn)之間會(huì)發(fā)生圓跳動(dòng)。執(zhí)手位置調(diào)節(jié)部件在橫向和縱向分別配備了最小刻度為1 mm的刻度條，執(zhí)手位置調(diào)節(jié)的最大允許誤差為i 0.5 mm。根據(jù)多次試驗(yàn)，執(zhí)手軸心與紅外光束照射點(diǎn)之間的圓跳動(dòng)可以控制在0.5 mm的范圍內(nèi)，按照經(jīng)驗(yàn)法，由執(zhí)手軸心與驅(qū)動(dòng)臂軸心同軸跳動(dòng)帶來的不確定度：

4.2 施力位置測量誤差引入的不確定度u2

施力位置測量誤差引入的不確定度由測量用驅(qū)動(dòng)臂刻度條示值誤差引起的不確定度和檢測人員操作引起的測量不確定度組成。

驅(qū)動(dòng)臂刻度條的最小刻度為1 mm，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)為均勻分布，查表得k= 3，則刻度條示值誤差引起的不確定度：

依據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)，驅(qū)動(dòng)臂刻度條的測量最大允許誤差為i 0.5 mm，符合均勻分布，查表得k= 3，則檢測人員操作引起的測量不確定度：

由兩個(gè)分量合成的施力位置測量誤差引入的不確定度：

4.3 傳感器受力支點(diǎn)垂直度引入的不確定度u3

查閱拉壓力傳感器調(diào)節(jié)部件的設(shè)計(jì)制造公差，以及實(shí)際調(diào)節(jié)過程中，通過直角尺的比對校正，拉壓力傳感器相對于沿執(zhí)手手柄中心線豎直平面的垂直度誤差可以控制在i 1h的范圍內(nèi)，故傳感器受力支點(diǎn)垂直度引入的不確定度：

4.4 測量重復(fù)性引入的不確定度u4

測試在相同的條件，并且可復(fù)現(xiàn)的條件下，對門窗執(zhí)手的操作力，連續(xù)測量3次，可采用極差法評定，由極差法公式：

并查表得極差系數(shù)C=1.69，得單次測量實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差：

單次測量實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差s(F)表征了操作力測試值F的分散性，被測量F的A類不確定度，即測量重復(fù)性引入的不確定度：

4.5 力值誤差引入的不確定度u5

查閱拉壓力傳感器的使用說明書和檢定證書，其精度為1級，即最大允許誤差為i 1%，依據(jù)經(jīng)驗(yàn)估計(jì)為均勻分布，查表得k=，則力值誤差引入的不確定度：

5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

由上述不確定度分量的評定，根據(jù)合成不確定度的公式：

得：

6 擴(kuò)展不確定度評定

門窗執(zhí)手操作力的測量屬于力值測量，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法則，一般取k=2，則擴(kuò)展不確定度：

U=kuc=2×0.326=0.652 N≈0.65 N

7 測量不確定度評定報(bào)告與表示

用門窗執(zhí)手操作力測試裝置測量門窗執(zhí)手操作力的測量結(jié)果為：

F=13.65 N，U=0.65 N，k=2

或F=（13.65i 0.65）N，k=2

8 結(jié)束語

門窗執(zhí)手操作力測量不確定度是保證測試質(zhì)量的重要要素。在實(shí)際檢驗(yàn)過程中，依據(jù)JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》提供的測量不確定度方法，對執(zhí)手操作力測試結(jié)果的數(shù)據(jù)進(jìn)行測量不確定度的評定，有效地避免執(zhí)手操作力測試條件和檢驗(yàn)人員的不同，引起對檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的爭議,極大的提高檢測報(bào)告的權(quán)威性，并顯著降低實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)[4]。

［1］葉德培.測量不確定度理解評定與應(yīng)用［M］.北京：中國質(zhì)檢出版社，2013.

［2］JG/T 124-2007.建筑門窗五金件傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用執(zhí)手［S］.

［3］JJF 1059.1-2012.測量不確定度評定與表示［S］.

［4］張紅飆.產(chǎn)品質(zhì)量檢測不確定度的分析及應(yīng)用［J］.中國測試技術(shù)，2015，31（3）：65-67.