一種邵氏硬度計測量裝置

范譯

蘇州萊測檢測科技有限公司 江蘇 蘇州 215000

引言

隨著計量檢測機構的日漸增多，邵氏硬度計的測量、溯源越來越方便。目前，各計量檢測機構在測量邵氏硬度計時，通常按照型號主要分為A型、D型、AO型邵氏硬度計，它們分別參照JJG304-2003《A型邵氏硬度計檢定規程》[1]、JJG1039-2008《D型邵氏硬度計檢定規程》[2]、JJF1312-2011《AO型邵氏硬度計校準規范》[3]，通過相應的檢定規程、校準規范可知，邵氏硬度計主要由壓針、壓足、試驗力施加機構、壓針伸出長度測量裝置和指示裝置等部分組成，它們的測量原理相同，并且邵氏硬度值與試驗力的大小成正相關。因此，在測量過程中，可以通過測量邵氏硬度計試驗力的大小來判斷邵氏硬度值的準確性。

如檢定規程、校準規范中所表述的，在測量邵氏硬度計試驗力時，邵氏硬度計壓針應垂直向下，用邵氏硬度計試驗支架或其他專用夾具固定邵氏硬度計，在壓針垂直位置放置測力儀，壓針置于測力儀加力軸線壓墊上，壓墊頂部稍成凹形，與壓針頂端相適應。

于是，筆者翻閱資料，結合實際工作情況，參考高度規用的大理石固定支架，不斷的實踐和論證，設計并且制作了一種邵氏硬度計測量裝置。

1 設計原理

1.1 設計原理圖及實物圖

其實仔細觀察邵氏硬度計的外形，發現目前市場上的A型、D型、AO型等邵氏硬度計，大都形似百分表，其頂部或底部預留了圓柱狀固定支架，為了能夠滿足各種樣式的邵氏硬度計的測量，筆者預留了兩種不同尺寸的夾持臂，用于固定被檢邵氏硬度計。筆者設計的一種邵氏硬度計測量裝置的原理圖如圖1，實物圖如圖2。

圖1 設計原理圖

圖2 設計產品實物圖

1.2 設計說明書

1.2.1 帶支撐桿的大理石基座7采用的是市場上常見的高度規用的大理石固定支架。

1.2.2 可利用水平氣泡將帶支撐桿的大理石基座7放置水平狀態。

1.2.3 第一夾持臂1、第二夾持臂2、第三夾持臂5的夾持孔提供徑向施加力，起到固定作用。

1.2.4 測力傳感器4、手動搖輪6固定在第三夾持臂5的外部夾持孔上，且第一夾持臂1、第二夾持臂2的預留夾持孔中心點與測力傳感器4的加荷中心點位于同一軸線上。

1.2.5 將被檢邵氏硬度計3裝在第一夾持臂1或第二夾持臂2的預留夾持孔上，調整測力傳感器4，使之與被檢邵氏硬度計3處于同一加荷軸線上，且保持被檢邵氏硬度計3的壓針剛好與測力傳感器4加荷中心點接觸。

1.2.6 旋轉手動搖輪6可以通過位移的變化升起或降下測力傳感器4，測力傳感器顯示器8可以顯示所施加的試驗力的大小。

1.2.7 將測力傳感器顯示器8外接計算機或打印機，可以實現實時記錄數據或打印數據的功能。

1.2.8 利用專用量塊和帶支撐桿的大理石基座7的大理石平面，可測量被檢邵氏硬度計3的壓針伸出長度。

1.3 測力傳感器的選擇

以A型邵氏硬度計為例，A型邵氏硬度計的邵氏硬度值通常為（0～100）HA，分辨力通常為0.1HA，依據JJG 304-2003《A型邵氏硬度計檢定規程》中的相關表述，A型邵氏硬度計的試驗力F（單位：mN）與邵氏硬度值滿足此公式：F=550+75HA，那么理論上對應試驗力F的取值區間為（550～8050）mN，為保護測力傳感器不過載使用，宜選取量程范圍（0～10000）mN、分辨力不大于0.1mN的測力傳感器。另規程中對測力傳感器的要求是：示值誤差不超過±8mN，對于量程（0～10000）mN的測力傳感器，其精度要求應優于±0.08%，參照JJG 144-2007《標準測力儀檢定規程》[4]綜合考慮，宜選取級別不高于0.05級的測力傳感器。

綜上所述，A型邵氏硬度計推薦選用量程范圍（0～10000）mN、分辨力不大于0.1mN、級別不高于0.05級的測力傳感器。

以此類推，D型邵氏硬度計推薦選用量程范圍（0～50000）mN、分辨力不大于0.1mN、級別不高于0.1級的測力傳感器。AO型邵氏硬度計推薦選用量程范圍（0～10000）mN、分辨力不大于0.1mN、級別不高于0.1級的測力傳感器。

2 測量不確定度的評定

以A型邵氏硬度計為例，不確定度的來源主要有以下3個方面：①測力傳感器示值誤差引入的標準不確定度；②測力傳感器分辨力引入的標準不確定度；③測量重復性引入的標準不確定度。

2.1 測力傳感器示值誤差引入的標準不確定度

筆者選用的是量程范圍（0～10000）mN、分辨力0.1mN、級別0.05級的測力傳感器，該測力傳感器示值誤差最大為±5mN，則區間半寬度a=5mN，服從均勻分布，按B類不確定度評定，取包含因子故標準不確定度為：

2.2 測力傳感器分辨力引入的標準不確定度

測力傳感器分辨力為0.1mN，則區間半寬度a=0.05mN，服從均勻分布，按B類不確定度評定，取包含因子故標準不確定度：

2.3 測量重復性引入的標準不確定度

按照A類不確定度評定，以60HA（試驗力F的標稱值為5050mN）的邵氏硬度值為評定點，按規程連續測量10次，如下表：

表1 重復測量結果

其實驗標準偏差s的計算方式：

2.4 合成標準不確定度

引入的不確定度分量的因素互不相關，則：

2.5 擴展不確定度U

取包含因子k=3，置信概率為99%以上，則在邵氏硬度值60HA（試驗力F的標稱值為5050mN）時，以此計算出各測量點的擴展不確定度如下表。

表2 各測量點的擴展不確定度

由此得出，A型邵氏硬度計的擴展不確定度U=10mN（k=3）。

2.6 符合性評定

按照JJF 1094-2002《測量儀器特性評定》[5]的規定，對測量儀器特性進行符合性評定時，若評定示值誤差的測量不確定度滿足下面要求：評定示值誤差的測量不確定度（U95或k=2的U）與被評定測量儀器的最大允許誤差的絕對值（MPEV）之比小于或等于1/3，即滿足U95≤MPEV時，示值誤差評定的測量不確定度對符合性評定的影響可忽略不計（也就是合格評定誤判概率很小），此時被檢計量器具示值誤差的絕對值小于等于MPEV即判為合格。

那么規程上給出的A型邵氏硬度計的試驗力F的允許誤差為±80.5mN，我們評定的擴展不確定度U=10mN（k=3）遠小于最大允許誤差絕對值（MPEV）的1/3，所以該測量裝置完全能夠滿足檢定規程的要求。

3 結束語

當然，目前市面上除了上述三種類型的邵氏硬度計，還有C型、OO型等邵氏硬度計，該套測量裝置只需更換合適的測力傳感器，便能滿足多種類型的邵氏硬度計的測量。

并且該測量裝置簡單易制作，零配件采購簡單，非常鍛煉動手能力，是各大計量檢測機構必備的主要計量標準器之一，筆者將該套測量裝置整理成文，希望能對邵氏硬度計的測量工作提供極大的幫助。