水泥膠砂試模尺寸測量不確定度評定

時方榮 鄧仕奎 陳恩 趙慶岳

六盤水市檢驗檢測中心 貴州六盤水 553000

現如今社會對水泥的需求非常大，對水泥膠砂試模的需求也很大，水泥膠砂試模主要用于制作測試水泥膠砂材料力學性能的試件，而且水泥膠砂試模是建筑工地和各院校實驗室經常用到的建筑試件，通過控制水泥膠砂試模的基本尺寸偏差等計量性能，保證試件的幾何尺寸，正確反映水泥等材料的物理性能。因此，通過從測量尺寸不確定度的評定，從而保證水泥膠砂試模的準確性和可靠性，正確反映水泥等材料的物理性能具有重要的意義。

1 測量方法

（1）測量依據。JJF1307—2003《試模校準規范》、JJF1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》。

（2）環境條件。校準室溫度：（20±10）℃；校準前，試模和校準用器具等溫時間不小于一小時。

（3）測量標準。游標卡尺：0-300mm，MPE=±0.04mm。

（4）被測對象。水泥膠砂試模。

（5）測量過程。用卡尺直接測量水泥膠砂試模基本尺寸，卡尺量程為0-300mm，分度值為0.02mm。

（6）評定結果的使用。在符合上述條件下的測量，一般可直接使用本不確定度的評定結果。

2 不確定度來源分析

下面就以游標卡尺測量40mm×40mm×160mm灰鑄鐵材料的水泥膠砂試模為例，對水泥膠砂試模基本尺寸偏差測量結果的不確定度進行評定。從測量方法可以看出，不確定度主要來源于以下幾個方面：①測量重復性引入的不確定度；②測量用卡尺的示值誤差引入的不確定度；③測量用卡尺的分度值引入的不確定度；④卡尺和水泥膠砂試模的線膨脹系數差引入的不確定度。

3 數學模型

水泥膠砂試模基本尺寸的偏差：

e=L卡-L模

式中：L卡——卡尺的讀數值；

L模——水泥膠砂試模的基本尺寸；

4 各輸入量的標準不確定度（分量）的評定

（1）測量重復性 1u 。示值讀數的標準不確定度來源主要是由測量重復性引入，采用A類評定方法。本次對水泥膠砂試模的同一尺寸多次測量，表1為水泥膠砂試模的40mm尺寸分別重復測量10次，結果如下（mm）：

表1

用貝塞爾公式計算得實驗標準差[1]為：

L=40mm時：s=0.02mm

在實際工作中，校準試模測量每個尺寸均應在測量兩端和中間各一次，同一尺寸應該測量三次[2]，則n=3，則引入的不確定度分量為：

（2）測量用卡尺的示值誤差引入的不確定度分量 2u 。根據JJG30-2012《通用卡尺》的規定[3]，測量范圍上限為70mm時，示值最大允許誤差為±0.02mm，那么測量40mm時的最大允許誤差為：±0.02mm，采用B類評定方法，按均勻分布，包含因子

（3）測量用卡尺的分度值為0.02mm，a=0.02/2=0.01mm，采用B類評定方法，按均勻分布[4]，包u含因子k故由卡尺分度值誤差引起的標準u不 確定度分量 3

L=40mm時： 3=0.01mm/3 ≈0.006mm

（4）測u量用卡尺和水泥膠砂試模的線膨脹系數差引入的不確定度分量 4。HT200灰鑄鐵的線膨脹δ系數為8×10-6/℃，則水泥膠砂試模和卡尺的線膨脹系數差a估計為|8-11.5|×10-6℃-1，采用B類評定方法，按三角分布[4]：包含因子，校準室溫度：（20±10）℃，取最大偏差10℃計算，則：

L=40mm時： u4=（40mm×10℃×3.5×10-6℃-1）≈0.0006mm

校準前，按要求水泥膠砂試模和校準用器具等溫時間不少于一小時，因此，受溫度影響很小，故可以不對卡尺和水泥膠砂試模間溫度差引入的不確定度u分量進行評定。

（5）合成標準不確定度c。

（6）不確定度一覽表。

表2

5 擴展不確定度U

U=k· cu 取k=2

L=40mm時：U=2×0.018mm=0.04mm

同理評定：

L=160mm時：U=2×0.022mm=0.05mm

6 結果與討論

本文從測量重復性、測量用卡尺的示值誤差、測量用卡尺的分度值以及卡尺和水泥膠砂試模的線膨脹系數差引入的不確定度等方面進行不確定度評定，通過不確定度的評定可以看出，本方法測試的不確定度主要來自于測量重復性和卡尺的示值誤差帶來的不確定度。

測量不確定度評定結果為：

L=40mm時： cu =0.018mm，U=0.04mm（k=2）

L=160mm時： cu =0.022mm，U=0.05mm（k=2）