織物斷裂伸長率測量不確定度的評定

劉石磊

(深圳市計量質量檢測研究院，廣東 深圳 518131)

1 引言

斷裂伸長率是織物的重要力學性能指標，其測試原理是以恒定速度拉伸規定尺寸的織物試樣直至斷裂進而得出試樣的斷裂伸長率。為全面了解試驗中檢測數據的準確性，需對斷裂伸長率檢測結果的影響因素進行分析，本文依據JJF 1059.1—2012《測量不確定度評定與表示》[1]，對織物斷裂伸長率測量的不確定度進行了評定，分析引起測量結果不確定度的主要因素，為提高檢測結果的可靠性提供依據。

2 試驗

2.1 測試方法

按照國家標準GB/T 3923.1—2013《紡織品織物拉伸性能 第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定(條樣法)》[2]進行檢測。

2.2 環境條件

試樣在溫度(20±2)℃、相對濕度(65±4)RH%的狀態下調節24 h，并在此條件下進行測試。

2.3 測試設備

織物強力機，I級精度；數顯游標卡尺。

2.4 試驗步驟

按GB/T 3923.1—2013要求進行取樣，并按GB/T 6529—2008《紡織品 調濕和試驗用標準大氣》[3]進行空氣調節后，調整強力機使其上下夾具之間的距離為200 mm(精確至0.5 mm)，將試樣置于強力機的上下兩夾具中，采用預張力夾持試樣，盡量使夾口線與拉力軸線垂直，并確保夾持面在同一平面上，輸入試樣夾緊后夾具間的初始距離，設定拉伸速度為100 mm/min，啟動強力機，拉伸試樣直至斷裂。強力機的橫梁位移測量系統測出試樣斷裂后夾具間的距離，并按公式計算出斷裂伸長率， 計算平均值，對檢測結果進行數值修約。

3 不確定度的主要來源和分析

從斷裂伸長率的試驗過程分析可知，織物斷裂伸長率測量結果不確定度的主要來源有：

斷裂伸長率重復性測量帶來的標準不確定度；試樣夾緊后夾具間初始距離帶來的不確定度：包括夾具間初始距離重復測量帶來的不確定度、數顯游標卡尺精度帶來的不確定度；強力機橫梁位移測量系統測量試樣拉斷后夾具間距離帶來的不確定度：包括橫梁位移測量系統精度帶來的不確定度、校準橫梁位移測量系統用的標準大量程位移測量裝置的精度帶來的不確定度；強力機數顯系統的數值修約帶來的不確定度。

4 不確定度的評定

4.1 斷裂伸長率重復性測量引起的不確定度

斷裂伸長率是被測某一批相同試片的特性，在這些試片上裁取的試樣之間的差異帶來的不確定度可用這些試樣重復測量來評價。本試驗以長邊平行于緯向在同一匹布樣上裁取10個試樣進行斷裂伸長率測試。測試結果見表1。

表1 織物斷裂伸長率測試結果

采用A類方法評定，由貝塞爾公式得出其實驗標準偏差：

式中：Ei-某次測量結果；

n-測量次數，n=10。

實際測量的試驗結果是以5片試樣的平均值作為測量結果，則重復性測量所引起的標準不確定度為：

4.2 試樣夾緊后夾具間初始距離測量帶來的不確定度

4.2.1初始距離重復測量不確定度

用數顯游標卡尺對同一試樣夾緊后的初始距離重復測量10次，其測量結果見表2。

表2 織物試樣初始距離測量結果

采用A類方法評定，由貝塞爾公式得出其實驗標準偏差：

式中：L0i—某次測量結果；

n-測量次數，n=10。

因此初始距離重復測量引起的不確定度為

u1(L0)=S(L0i)=0.014 mm

4.2.2數顯游標卡尺精度帶來的不確定度

4.2.3初始距離測量帶來的總的不確定度

u1(L0)與u2(L0)分量彼此獨立不相關，所以：

初始距離測量的相對標準不確定度為：

4.3 強力機橫梁位移測量系統測量試樣拉斷后夾具間距離帶來的不確定度

4.3.1橫梁位移測量系統精度帶來的不確定度

4.3.2校準橫梁位移測量系統用的標準大量程位移測量裝置的精度帶來的不確定度

I級強力機橫梁位移測量系統使用大量程位移測量裝置進行校準，該大量程位移測量裝置示值誤差為0.03%，采用均勻概率分布處理，按B類方法評定，則標準大量程位移測量裝置引起的相對標準不確定度為：

數顯式強力機采用計算機采集數據，可以不考慮人員讀數重復性引入的不確定度，所以橫梁位移測量系統測量試樣斷裂后夾具間距離引起的總的相對標準不確定度為：

4.4 檢測結果數值修約帶來的標準不確定度

采用B類方法評定，取矩形(均勻)分布，數值修約引入的不確定度分量為：

δx為修約間隔，斷裂伸長率測試結果取平均值，修約到0.5%，所以：

uE2=0.29δx=0.29×0.5%=0.145%

4.5 不確定度一覽表

綜上分析，將各不確定度分量的來源及數值匯總，見表3、表4。

表3 相對標準不確定度一覽表

表4 標準不確定度一覽表

4.6 合成標準不確定度

由于試樣夾緊后夾具間初始距離、強力機橫梁位移測量系統精度、斷裂伸長率重復性測量和數值修約所引入的各不確定度分量彼此獨立不相關，所以合成標準不確定度為：

4.7 擴展不確定度

擴展不確定度為合成標準不確定度與包含因子k的乘積，取置信概率p=95%，包含因子k=2，則斷裂伸長率測量的擴展不確定度為：

U=k·uc(E)=2×0.21%=0.42%

4.8 測量不確定度報告

按GB/T 3923.1-2013標準進行測試，根據以上評定，織物長邊平行于緯向方向斷裂伸長率的報告為：E=19.09±0.42%，k=2。

5 結語

通過對織物斷裂伸長率測量不確定度的評定，發現影響斷裂伸長率檢測結果的主要因素是夾具間初始距離測量、強力機橫梁位移測量系統精度、斷裂伸長率重復性試驗和數值修約，因此，在實際檢測中的關鍵控制點是要提高檢測人員素質，充分考慮試樣夾緊后夾具間初始距離的測量以及施力的軸向性等對檢測結果的影響，注意各操作環節的嚴謹、規范，核查各類測量讀數、計算、轉換結果；對于測量試樣夾緊后夾具間初始距離用的游標卡尺及強力機要定期進行計量校準，確保其在合格范圍內使用；對于測試中在鉗口處斷裂的值小于最小的“正常”值，要嚴格按照規則予以剔除，從而最大限度地提高測量結果的可信度。