門窗執手操作力的測量不確定度評定*

高 康，歐陽壯，魏承煬，汪志杰

（國家建筑五金產品質量監督檢驗中心（廣東），廣東肇慶 526000）

0 引言

門窗執手的力學性能是反映其產品質量和優劣等級非常重要的一項指標。而門窗執手啟閉力的測試是在其開啟和關閉過程中的一個動態測量過程，其中，期間要求測量器具的受力方向始終與執手手柄中心線的豎直平面垂直。

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

與人工手持測力計的方式相比，門窗執手操作力測試裝置能精確的將測量器具的受力點調節在執手手柄指定的位置，并有效保證整個動態測力過程中，測量器具的受力方向始終與執手手柄中心線的豎直平面保持垂直。但要保證執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據是無法保證嚴謹性的。需要通過測量不確定度評定來描述執手操作力測試過程中的影響因素，當這些影響因素處于相同狀態時，每一次測量結果的比較才具有實際意義[1]。

1 評定概述

1.1 測量依據

（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機構用執手》。

1.2 環境條件

溫度：（20i 5）℃，相對濕度：≤85%。

1.3 測量標準

門窗執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機構用執手》適用的用于建筑門窗中與傳動鎖閉器、多點鎖閉器等配合使用的執手[2]。

1.5 檢測過程

依據JG/T 124-2007《建筑門窗五金件傳動機構用執手》檢測標準的要求，將傳動機構用執手基座固定，在執手手柄中心線上距離執手軸50 mm處用拉力計測量操作力[2]。

首先，將被測樣品按照使用說明書安裝在固定部件上，通過安裝在驅動臂回轉軸心上的紅外發射裝置發出紅外光束，作為固定部件和調節部件的參照物，調節門窗執手的位置，讓門窗執手的回轉軸心與驅動臂回轉軸心同軸，如圖1所示。

驅動臂上有以回轉軸心為零點，沿長度方向的刻度條，用于將拉壓力傳感器精準調節在距離執手軸50 mm處。最后，通過測力位置調節部件調節測力傳感器探頭與執手手柄測力點位置貼合，并通過調節部件上的微調裝置調整拉壓力傳感器的位置相對于執手手柄中心線豎直平面保持垂直，如圖2所示。

讓驅動臂緩慢、勻速的推動執手轉動，測量并記錄在操作執手開啟過程中的最大力，即為門窗執手的操作力。

圖1 執手軸心與驅動臂軸心同軸操作

圖2 拉壓力傳感器位置調節操作

1.6 測試數據

在相同的條件下測量門窗執手的操作力，按實際測試過程，連續測量3次，取平均值，所測數據如表1所示。

表1 重復性測試數據

2 數學模型

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

合成標準不確定度：

靈敏系數：

4 測量不確定度分析

門窗執手操作力的不確定度來源包括：

（1）執手軸心與驅動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）傳感器受力支點垂直度引入的不確定度；

（4）測量重復性引入的不確定度；

（5）力值誤差引入的不確定度。

根據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，在規定測量條件下測得的量值用統計分析的方法進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行的評定，稱為B類不確定度評定[3]。對于測量重復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 執手軸心與驅動臂軸心同軸引入的不確定度u1

在操作執手軸心與驅動臂軸心對心同軸的過程中，由于執手位置調節和執手軸的轉動，執手軸心與紅外光束照射點之間會發生圓跳動。執手位置調節部件在橫向和縱向分別配備了最小刻度為1 mm的刻度條，執手位置調節的最大允許誤差為i 0.5 mm。根據多次試驗，執手軸心與紅外光束照射點之間的圓跳動可以控制在0.5 mm的范圍內，按照經驗法，由執手軸心與驅動臂軸心同軸跳動帶來的不確定度：

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動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。

驅動臂刻度條的最小刻度為1 mm，依據經驗估計為均勻分布，查表得k= 3，則刻度條示值誤差引起的不確定度：

依據經驗估計，驅動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 傳感器受力支點垂直度引入的不確定度u3

查閱拉壓力傳感器調節部件的設計制造公差，以及實際調節過程中，通過直角尺的比對校正，拉壓力傳感器相對于沿執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，故傳感器受力支點垂直度引入的不確定度：

4.4 測量重復性引入的不確定度u4

測試在相同的條件，并且可復現的條件下，對門窗執手的操作力，連續測量3次，可采用極差法評定，由極差法公式：

并查表得極差系數C=1.69，得單次測量實驗標準偏差：

單次測量實驗標準偏差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%，依據經驗估計為均勻分布，查表得k=，則力值誤差引入的不確定度：

5 合成標準不確定度評定

由上述不確定度分量的評定，根據合成不確定度的公式：

得：

6 擴展不確定度評定

門窗執手操作力的測量屬于力值測量，根據經驗法則，一般取k=2，則擴展不確定度：

U=kuc=2×0.326=0.652 N≈0.65 N

7 測量不確定度評定報告與表示

用門窗執手操作力測試裝置測量門窗執手操作力的測量結果為：

F=13.65 N，U=0.65 N，k=2

或F=（13.65i 0.65）N，k=2

8 結束語

門窗執手操作力測量不確定度是保證測試質量的重要要素。在實際檢驗過程中，依據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，對執手操作力測試結果的數據進行測量不確定度的評定，有效地避免執手操作力測試條件和檢驗人員的不同，引起對檢驗數據的爭議,極大的提高檢測報告的權威性，并顯著降低實驗室的運行風險[4]。

［1］葉德培.測量不確定度理解評定與應用［M］.北京：中國質檢出版社，2013.

［2］JG/T 124-2007.建筑門窗五金件傳動機構用執手［S］.

［3］JJF 1059.1-2012.測量不確定度評定與表示［S］.

［4］張紅飆.產品質量檢測不確定度的分析及應用［J］.中國測試技術，2015，31（3）：65-67.