電線電纜絕緣低溫拉伸試驗不確定度評定研究

季 紅

（江蘇省產品質量監督檢驗研究院，江蘇南京210007）

電線電纜絕緣低溫拉伸試驗不確定度評定研究

季 紅

（江蘇省產品質量監督檢驗研究院，江蘇南京210007）

低溫拉伸試驗是電線電纜的一項常規試驗項目，主要用于考核電線電纜的絕緣、護套在低溫環境下的機械應力性能，通過斷裂伸長率指標判斷產品質量是否合格。通過大量的試驗研究了低溫拉伸試驗測量不確定度的來源，建立了數學模型，并對不確定度分量進行了評定，給出了擴展不確定度。

電線電纜；低溫拉伸；測量不確定度

0 引 言

低溫拉伸試驗是電線電纜的一項常規試驗項目，主要用于考核電線電纜的絕緣、護套在低溫環境下的機械應力性能，通過斷裂伸長率指標來判斷產品質量是否合格。本文根據GB/T 2951.14-2008/ IEC 60811-1-4-1985《電纜和光纜絕緣和護套材料通用試驗方法 第14部分通用試驗方法---低溫試驗》標準進行低溫拉伸試驗，通過大量的試驗研究分析低溫拉伸試驗測量不確定度的來源，建立數學模型，并對不確定度分量進行了評定，給出擴展不確定度。

1 試驗方法概述

1.1 測量依據

電線電纜低溫拉伸試驗按照GB/T 2951.14-2008/IEC 60811-1-4-1985進行。

1.2 環境條件

標準規定，試驗設備和試件應在有關電線電纜標準規定的溫度下進行預冷卻處理。當試驗設備和試樣一起在空氣中冷卻時，冷卻時間應至少4 h，如設備已預冷，冷卻時間可縮短至2 h，如試驗設備和試樣均已預冷，則將試樣固定在試驗設備上的冷卻時間應不小于1 h。

根據本次評定測試對象，測試環境溫度為-15℃，選擇設備預冷4 h，試樣固定在試驗設備上2 h后進行試驗。

1.3 測試樣品

規格型號為60227 IEC01（BV）450/750V 1× 50 mm2一般用途單芯硬導體無護套電纜。

1.4 測量設備

本次試驗裝置為WD270C型低溫試驗箱、DLY/ A型低溫拉伸試驗儀。

1.5 測量過程

采用測量夾頭位移距離的方法，自由長度為（30±0.5）mm，夾好試樣，按拉伸鍵，試驗開始，自動記錄數據，等到最后一個試樣拉斷后，自動停車，主界面顯示拉伸距離和伸長率值。

2 不確定度來源分析

式中：E為伸長率；L0為初始標距；ΔL=L-L0為試樣斷裂時伸長的長度。

由式（1）可以看出，計算結果與試驗儀器的長度測試顯示數據有關，即和L、L0相關，此外，溫度以及拉伸速度也是影響測量結果的主要因素。

低溫拉伸試驗結果計算公式為：

低溫拉伸試驗儀采用鋼質材料，其線性膨脹系數在（-8.5～12.2）×10-6/K之間。由于溫度變化產生的線性膨脹是微量的，100 mm長度的線性鋼材由于溫度降低產生的微觀變量為8.5×10-4mm，這對測量不確定度的影響非常小，可以忽略不計。

通過以上分析，我們可以初步確定不確定度來源主要有四個：測量結果的分散性；試驗儀器固有誤差；拉伸速度；試驗溫度。

3 數學模型建立

根據不確定度來源，該測試系統不確定度評定的數學模型為

4 輸入量的標準不確定度評定

低溫拉伸測試不確定分量可分為兩部分來評定。一是測試過程中由于樣品不均勻性、測試結果離散性帶來的不確定度分量，通過數學統計即A類評定方法來確定；二是由試驗儀器固有誤差、試驗溫度產生的不確度定分量，這些分量無法通過統計學的方法獲取信息，需要通過其他的途徑即B類評定方法來確定。

4.1 A類評定

（1）測試過程中隨機產生的不確定度分量

從同一試樣上連續取30個試件，進行多次重復測量。測試中，初始標距 L0=30 mm，溫度為-15℃，速度為25 mm/min。測試結果見表1。為30個測量結果的算術平均值，可求得= 142.67%，取=143%。s（）為本次測量的標準差，由式（3）計算，s（）=0.99%。

（2）拉伸速度帶來的不確定度分量

本測試系統中，拉伸速度由儀器自身預先設定。查儀器設備校準報告，對于負載聚氯乙烯樣品，拉伸速度處于24.27～25.01 mm/min之間，其速度變化遠小于標準中（25±5）mm/min的要求，其帶來的不確定度分量可通過多次測量的重復性測試體現，以避免重復計算。

表1 60227 IEC 01（BV）低溫拉伸測量結果 （單位：%）

4.2 B類評定

（1）拉伸測試儀固有誤差引入的不確定度

式（2）中的儀器固有誤差引入不確定度的靈敏度系數可由式（4）計算：

其中靈敏度系數計算公式為：

根據儀器設備說明書，并查校準報告，測量顯示數據最大可能誤差為0.15 mm，給定初始標距L0的偏差u（L0）=0.15 mm，拉伸測試儀的長度測量偏差u（L）=0.15 mm。通過式（4）可得：

（2）試驗溫度誤差引入的不確定度

為了驗證試驗溫度偏差產生的影響，分別在溫度的上限和下限狀態下進行試驗，拉伸速度為25 mm/min，試驗數據見表2、表3。從表2計算可得=143.21%，S1（）=1.2605%。從表3計算可得=142.00%，S2（）=1.1719%。

表2 -14℃的低溫拉伸試驗結果 （單位：%）

表3 -16℃的低溫拉伸試驗結果 （單位：%）

從表2、表3中可以看出，不同的測量環境對試驗結果存在一定的影響。將表1、表2、表3中的數據繪制成曲線如圖1所示。

圖1 溫度與斷裂伸長率的關系

由圖1中可以看出，測試結果在-14～-16℃區間呈較好的線性變化趨勢，在該區間內可認為溫度和測量結果為線性關系，通過數據擬合，其關系可表達為：

式中：a，b為待測常數。根據-14℃和-16℃兩個溫度點的測量結果，可得a=1.5168，b=0.00605。則式（8）為：

試驗溫度影響帶來的不確定度系數為0.00605℃-1。

試驗溫度偏差引入的不確定度分為三個方面，分別為溫度偏差、溫度波動、溫度均勻度引入的不確定度，記為u（t1）、u（t2）、u（t3），查閱設備校準報告可知，所用低溫試驗箱在 -15℃時，溫度偏差為+0.2℃，溫度波動度為 ±0.05℃，溫度均勻度為±0.5℃。按照均勻分布，取k為2，可得：

u（t1）、u（t2）、u（t3）為相互獨立的不確定分量，故得：

則試驗溫度帶來的不確定度分量為

5 合成標準不確定度的評定

該試驗系統不確定度分量如表4所示。

表4 各不確定度分量計算結果及比較

合成不確定度為：

6 擴展不確定度的評定

如表4，取包含因子k=2，則擴展不確定度為U（E）=2uc=2%。測量結果可表示為伸長率（143±2）%，k=2。

7 結束語

本測試系統在-15℃、拉伸速度為25 mm/min的試驗條件下，測得60227 IEC01（BV）1×50 mm2絕緣材料的低溫伸長率為（143±2）%，k=2。低溫拉伸試驗是考核電線電纜產品質量在低溫狀態下物理機械性能的一項重要指標。本文從測試儀器、拉伸試驗長度、試驗溫度等環節研究了測試系統測量不確定度的貢獻，對該項目測試準確度的提高具有參考意義。

［1］ GB/T 2951-2008 電纜和光纜絕緣護套材料通用試驗方法［S］.

［2］ 國家質量技術監督局計量司組編.測量不確定度評定與表示指南［M］.北京：中國計量出版社，2000.

Research on UM of Low-Tem perature Strength Test of W ires and Cables

JIHong
（Jiangsu Province Institute of Quality Inspection and Testing，Nanjing 210007，China）

Low-temperature strength test is concerned on resistance stretching performance of insulation or sheathmaterials，and the test resultof elongation is compared with the judgment standard.Themost test research on the branch of UM，and themathematicalmodel is given.Expanded uncertainty is given also.

wires and cables；low temperature strength test；uncertainty ofmeasurement

TM206

A

1672-6901（2014）01-0031-03

2013-03-07

季 紅（1978-），女，高級工程師.

作者地址：江蘇南京市光華東街5號［210007］.