金屬布氏硬度計示值誤差測量結果的不確定度評定

林勛安

摘要： 本文對金屬布氏硬度測量不確定度進行了評定，分析了各測量不確定度主要來源，并對各個分量進行了量化，求出了合成不確定度和擴展不確定度。

Abstract： This paper evaluates the uncertainty in the hardness measurements using metal Brinell hardness testers. The main sources of measurement uncertainty are investigated and the calculations of combined and expanded uncertainties is conducted for metal Brinell hardness measurements.

關鍵詞： 布氏硬度；測量；不確定度；評定

Key words： Brinell hardness；measurement；uncertainty；evaluation

中圖分類號：TH87 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）14-0213-02

0 引言

“硬度”廣泛應用于工農業生產、科學實驗、國防建設，搞好硬度計量和測試，建立標準有著重要意義。開展金屬布氏硬度檢定之前，必須對金屬布氏硬度測量不確定度進行正確評價并建立計量標準裝置，以保證布氏硬度量值傳遞的統一和準確可靠。

本文對金屬布氏硬度測量不確定度進行了評定，分析了各測量不確定度主要來源，并對各個分量進行了量化，求出了合成不確定度和擴展不確定度。

1 概述

①測量依據：JJG150-2005《金屬布氏硬度計檢定規程》。

②環境條件：室溫（18～28）℃。，在此溫度下檢定，由于溫度影響引入的不確定度可忽略不計。

③測量標準：標準布氏硬度塊。

④被測對象：金屬布氏硬度計。

⑤測量方法：用符合要求的布氏硬度塊對布氏硬度計（以下簡稱硬度計）進行示值測量，在硬度塊上重復測量5次（？準10mm鋼球為3次），5次測量的算術平均值與硬度塊標準值之差即為硬度計的示值誤差。

⑥評定結果的使用：在符合上述條件下的測量，一般可使用本不確定度的評定方法。

2 測量模型

h=Hm-Hb

式中：？駐h——硬度計的示值誤差；

Hm——硬度計示值的算術平均值；

Hb——硬度塊的標準值。

3 標準不確定度分量的評定

3.1 Hm的標準不確定度u（Hm）的評定

Hm的不確定來源主要是：硬度計的測量重復性引起的，來源于所選用的硬度計和標準硬度塊的均勻度兩個因素。由于測量時是在硬度塊不同區域進行的，所以硬度計的測量重復性已經包含了硬度塊均勻度對示值的影響，采用A類方法進行評定。

選一臺硬度計，用一塊190HBS10/3000的標準氏硬度塊進行連續10次測量，得到一測量結果見表1。

3.2 Hb的標準不確定度u（Hb）的評定

Hb的標準不確定度來源主要有以下兩部分構成：

①定度硬度塊的工作基準布氏硬度計引入的分項

u（Hb1）；

②標準硬度塊穩定度引入的分項u（Hb2）。

兩者彼此獨立互不相關。

3.2.1 u（Hb1）的評定

標準布氏硬度塊是在工作基準布氏硬度計上標定的，由定值證書給出，以B類方法評定。依參照文獻，工作基準布氏硬度計的擴展不確定度為0.7%，包含因子k=3，在190HBS10/3000標尺時u（Hb1）=190×=0.44HB。

3.2.2 u（Hb2）的評定

根據實際經驗和有關文獻，硬度塊在周期內使用時的穩定度對（150～600）HBS不過超過0.3%，采用B類方法進行評定。在190HBS10/3000標尺時則：urel（Hb2）=0.173%。

對于190HBS10/3000標尺時則：u（Hb2）=190×0.173%=0.33HB。

3.2.3 輸入量Hb的標準不確定度u（Hb）的計算

u2（Hb）=u2（Hb1）+u2（Hb2）=0.442+0.332？圯u（Hb）=0.55HB

4 合成不確定度的評定

4.1 靈敏系數

4.2 合成不確定度評定相關數據綜合表（表2）

4.3 合成標準不確定度的計算

輸入量Hm與Hb彼此獨立互不相關，所以

5 擴展不確定度評定

k=2則擴展不確定度為U=2×0.76=1.52HB

6 測量不確定度的報告與表示

金屬布氏硬度計示值誤差測量結果在190HBS10/3000標尺處的擴展不確定度為U=1.52HB，k=2。

7 結束語

隨著社會、經濟和科學的進步和發展，“硬度”廣泛應用于工農業生產、科學實驗、國防建設的不同場合。只有對相關不確定度的概念進行充分理解，才能合理對測量不確定度進行應用，使其結果更準確可信度更高。

參考文獻：

[1]JJF1059.1-2012，測量不確定度評定與表示[S].中國計量出版社出版.

[2]JJG150-2005，金屬布氏硬度計[S].中國質檢出版社出版.

[3]張一，陳鑫.布氏硬度計檢定和故障分析[J].科技創新與應用，2016（36）.