高回彈聚氨酯泡沫塑料拉伸強度的實驗室整體測量不確定度評定

劉山生，袁 威

（北京工商大學材料與機械工程學院，輕工業塑料加工應用研究所，國家塑料制品質量監督檢驗中心，北京100048）

高回彈聚氨酯泡沫塑料拉伸強度的實驗室整體測量不確定度評定

劉山生，袁 威

（北京工商大學材料與機械工程學院，輕工業塑料加工應用研究所，國家塑料制品質量監督檢驗中心，北京100048）

采用合成標準差的方法，利用七人次測定高回彈聚氨酯泡沫塑料拉伸強度的分散性，對實驗室整體測量不確定度進行了評定。結果表明，實驗室整體測定的不確定度高于任一人測定結果的不確定度；實驗室整體的測量不確定度更能表征實驗室整體的測試水平。

不確定度；高回彈；聚氨酯泡沫塑料；拉伸強度

0 前言

以往對某個測試項目測量不確定度的評定，基本是基于單人次測定數據而作出的評定，但該評定結果并不能代表或包含實驗室內其他試驗人員測定時的不確定度范圍。由于高回彈聚氨酯泡沫塑料的柔軟性，不同測試人員在線性尺寸測量、操作技術等方面存在的差異，其測定結果的分散性會各有不同，因此實驗室整體測定結果的不確定度往往大于實驗室中任一人的測量不確定度。本研究采用合成標準差的方法，利用七人次測定高回彈聚氨酯泡沫拉伸強度的分散性，對實驗室整體的測量測量不確定度作出評定，使得到的測量不確定度能夠體現實驗室整體的測試水平。

1 測量原理

根據GB/T 6344—2008的規定，采用1型試樣，平行段尺寸為13mm×10mm，如圖1所示。試樣橫截面為矩形，拉伸強度以試驗過程中試樣斷裂時的最大負荷除以試樣初始截面積來表示，單位為kPa。

圖1 試樣尺寸示意圖Fig.1 Schematic diagram for the size of the sample

2 實驗部分

依據標準：GB/T 6344—2008軟質泡沫聚合材料拉伸強度和斷裂伸長率的測定；

試驗樣品：高回彈聚氨酯泡沫塑料，1型試樣；

試驗設備：Zwick/Roll Z050型試驗機、力傳感器200N；

測量量具：數顯卡尺，分度值為0.01mm；

試驗速度：500mm/min；

試驗環境：（23±2）℃；

試驗方式：采用相同試驗設備、方法、環境，先后由7名試驗人員完成拉伸強度的測定；

測試結果：見表1。

對表1中單人次測定的標準差求和，得：

表1 高回彈泡沫塑料拉伸強度測試結果Tab.1 Tensile strength of the high resilience foam

3 不確定度的數學模型

高回彈聚氨酯泡沫塑料拉伸強度計算式如下：

式中 σ——拉伸強度，kPa

F——試樣斷裂時的最大負荷，N

b——試樣寬度，mm

d——試樣厚度，mm

由于數學模型中僅包含輸入量的積和商，且F、b、d參數各不相關，所以利用規則Ⅱ。對上式兩邊取對數，有：

對等式兩邊求微分，有：

4 測量不確定度分量分析

從數學模型及其測試的影響因素，分析影響測試結果不確定度的分量有：

（2）不同試驗人員測量的復現性引入的不確定度，表現為合成標準差；

（3）尺寸測量引入的不確定度分量，包括測量重復性引入的不確定度和測量儀器準確度引入的不確定度；

（4）力測量引入的不確定度分量，包含力測量重復性引入的不確定度和儀器準確度引入的不確定度；

（5）試驗環境溫度變化引入的不確定度：按標準規定，環境溫度控制在（23±2）℃，因此環境溫度變化的影響可以忽略不計；

（6）拉伸速度變化引入的不確定度：試驗方法標準規定試驗速度的偏差為10%，而試驗機實際控制速率變化遠小于標準規定，因此拉伸速率變化的影響也可以忽略不計。

5 標準不確定度的評定

5.1 實驗室多人測試的A類不確定度評定

式中 m——參加測試人數

此時，組均值的標準差為：

即為實驗室7人次測定拉伸強度的A類標準不確定度。

5.2 B類標準不確定度的評定

5.2.1 力測量的相對不確定度，urel（F）

拉力測量的A類不確定度已經包含在拉伸強度的不確定度中。

拉力的B類測量不確定度來源于儀器校準的不確定度評定：

（1）儀器校準用標準測力儀的不確定度，u1，rel（F）

從校準證書我們得到：儀器校準用標準測力儀為0.3級，查JJG144—2007《標準測力儀檢定規程》可得該測力計的示值誤差為±0.3%，以均勻分布計，標準測力儀引入的不確定度分量為：

（2）儀器校準結果的測量不確定度，u2，rel（F）

試驗采用的傳感器200N，校準證書中校準結果的示值誤差為0.2%，以均勻分布計，試驗機準確度引入的標準不確定度分量為：

于是力測量的B類不確定度為：

5.2.2 尺寸測量相對不確定度評定

被測試樣標稱尺寸為13（b）×10（d）mm。尺寸測量的不確定度由兩部分組成：游標卡尺準確度引入的不確定度分量和操作者測量重復性引入的測量不確定度分量。

（1）操作者重復性測定引入的A類測量不確定度

國家塑料制品質量監督檢驗中心曾由一名試驗員對聚氨酯泡沫寬度尺寸進行10次測量以評定其測量不確定度，得到10次測量的標準差為s＝0.114mm。

由于本次拉伸強度測試中，試樣的尺寸僅進行1次測量，由以往不確定度評定時n＝10、k＝1可查得單次測量的包含因子T＝1.06。則可以直接得到試樣尺寸單次測定的A類不確定度為：

由此得到：

（2）游標卡尺準確度引入的B類不確定度

游標卡尺準確度引入的不確定度包括游標卡尺的示值誤差導致的不確定度和游標卡尺校準的不確定度。

（a）檢定用量塊引入的不確定度分量

檢定證書中給出卡尺檢定用標準量塊為四等，查JJG145—2003《量塊》檢定規程，該量塊在10≤l≤25mm范圍內的測量不確定度為0.30μm，即u1＝0.0003mm。

（b）數顯游標卡尺示值誤差引入的不確定度分量

檢定證書顯示該數顯游標卡尺的示值誤差為±0.02mm，以均勻分布估計，則：

由于卡尺的示值誤差引入的不確定度u2遠大于量塊不確定度引入的不確定度u1，因此可以忽略u1。則得到卡尺準確度引入的相對不確定度：

（3）尺寸測量的不確定度合成

高回彈泡沫塑料尺寸測量的相對不確定度合成如下：

通過評定我們發現，卡尺準確度引入的測量不確定度分量遠小于測量重復性引入的不確定度分量，忽略u2對評定結果基本沒有影響。

5.2.3 聚氨酯泡沫塑料拉伸強度B類不確定度的合成

根據拉伸強度的數學模型，有：

5.3 高回彈泡沫塑料拉伸強度標準不確定度的合成

6 不確定度擴展與報告

取包含因子k＝2，對應置信度為95%：

聚氨酯泡沫塑料拉伸強度（k＝2）：

7 結果分析

從評定結果可以看出，影響高回彈聚氨酯泡沫塑料實驗室整體測量不確定度的主要分量是實驗室內不同人員測試復現性引入的不確定度分量和試樣分散性引入的不確定度分量，而因儀器、量具測量偏差引入的不確定度分量很?。s為A類的1/3），如果忽略B類不確定度，其擴展不確定度的結果為U＝2×5.067＝10.2kPa，與完整評定結果基本一致。

如果僅對單人次測定作出不確定度評定，則7人測試結果的A類不確定度最大者：

該值為實驗室整體不確定度的70.1%。

A類不確定度最小者：

該值為實驗室整體不確定度的37.4%。

8 結語

（1）實驗室整體測試高回彈聚氨酯泡沫塑料拉伸強度的A類測量不確定度可以通過合成多人測試的標準差獲得；

（2）實驗室整體測量不確定度的分量較多，但最主要的分量是實驗室內不同人員測試結果的復現性與試樣的分散性引入的不確定度分量，因此在今后評定高回彈聚氨酯泡沫塑料拉伸強度實驗室整體測量不確定度中，可以忽略其他因素，直接以其A類不確定度擴展得到；

（3）實驗室整體測量不確定度的評定結果大于單人次不確定度評定結果，整體評定的不確定度值更能表征整個實驗室的測試水平。

[1] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.GB/T6344－2008軟質泡沫聚合材料拉伸強度和斷裂伸長率的測定[S].北京：國家監督檢驗檢疫總局，2009.

[2] 全國幾何量長度計量技術委員會.JJG145－2003 量塊[S].北京：國家監督檢驗檢疫總局，2004.

[3] 全國法制計量技術委員會.JJF1059－1999 測量不確定度評定與表示[S].北京：國家質量技術監督局，1999.

[4] 全國力值硬度計量技術委員會.JJG144－2007 標準測力儀檢定規程[S].北京：國家監督檢驗檢疫總局，2007.

Uncertainty Assessment Based on Measurement Result of Tensile Strength of High Resilience Polyurethane Foams

LIU Shansheng，YUAN Wei
（China National Center for Quality Supervision and Test of Plastic Products，Institute of Plastics Processing ＆ A pplication of Light Industry，School of Material and Mechanical Engineering，Beingjing Technology ＆Business University，Beijing 100048，China）

The uncertainty in the measurement of tensile strength of polyurethane foam for individual and a group was compared.Seven personals participated the assessment.It was found that the uncertainty of the group was higher than any individual.It was proposed that the uncertainty of a group could reflect the measurement capability of a laboratory.

uncertainty；high resilience；polyurethane foam；tensile strength

TQ320.77＋4

B

1001－9278（2012）08－0097－04

2012－02－10

聯系人，liushansheng＠126.com