万能材料试验机示值误差测量结果的不确定度评定

万能材料试验机示值误差测量结果的不确定度评定

叶小波

泸州市市场检验检测中心 四川省泸州市 646000

【摘要】万能材料试验机是一种用来验测各种材料式部件机械物理性能的仪器。广泛应用于广泛应用于机械、冶金、石油、化工、建材、建工、航空航天、造船、交通运输、等工业部门以及大专院校、科研院所的相关实验室，对有效使用材料、改进工艺、提高产品质量、降低成本、保证产品安全可靠等都具有重要作用。为了确保试验机计量性能是否满足试验要求，需根据国家技术规范对试验机进行检定或校准，其结果以示值误差和测量结果不确定度的方式给出，示值误差和测量结果不确定度的大小直接反应出试验机的计量性能能否满足试验要求。

【关键词】 万能材料试验机；示值误差；测量不确定度

1 概述

1.1 测量方法：依据JJG139—2014《拉力、压力和万能试验机》。

1.2 环境条件：温度(10～35)℃，温度波动不大于2℃/h。

1.3 测量标准：0.3级标准测力仪。

1.4 被测对象：万能材料试验机，准确度等级为1级。

1.5 测量过程

在规定环境条件下，试验机对标准测力仪施加负荷至测量点，可得到与标准测力仪力值相对应的试验机负荷示值，该过程连续进行3次，以3次示值的算术平均值减去标准测力仪力值，即得该测量点试验机的示值误差。

2 数学模型:

式中： —试验机的示值误差

—试验机3次示值的算术平均值

—标准测力仪上的参考力值

—标准测力仪的温度修正系数；

—标准测力仪定度温度

—测量时的环境温度。

灵敏系数

3 输入量的标准不确定度评定

3.1 标准不确定度的A类评定

3.1.1 输入量F的标准不确定度 的评定

输入量 的标准不确定度来源主要是试验机测量的读数重复性和试验机读数分辨力，依据JJF1033-2016《计量标准考核规范》中C.1.4，被测仪器的分辨力会对测量重复性产生影响，当两个分量同时存在时，取两者中较大值。

例：对一台600kN的试验机，选择满量程的20％作为测量点，连续测量10次，得到测量列如表1-1所示。

表1-1 单次测量值

其算术平均值 kN

单次实验标准差 kN

依据JJG139-2014《拉力、压力和万能试验机》规定，在重复条件下连续测量3次，以该3次测量值的算术平均值作为测量结果，可得到:

3.1.2 由试验机读数分辨力引入的标准不确定度分量

试验机读数分辨力为 kN 且服从均匀分布， ，则

kN

因为 ＞ ，两者取大，所有A类标准不确定度来源于试验机的读数重复性，即 = 。

3.2 标准不确定度的B类评定

3.2.1 由标准测力仪引入的标准不确定度分量

根据上级溯源机构给出的标准测力仪检定证书，相对误差不大于0.3%，包含因子 ，长期稳定性0.2%，包含因子 。在测量点120kN处：

由标准测力仪的相对误差引入的标准不确定度为:

标准测力仪的稳定性引入的标准不确定度为:

标准测力仪读数分辨力为 kN 且服从均匀分布， ，则

所有由标准测力仪引入的标准不确定度分量为：

3.2.2 测量时的环境温度t的引入的标准不确定度分量

测量时的环境温度t引入的标准不确定度主要为测量过程中的实验室温度波动，温度计很可靠，示值误差可忽略，实验室温度波动不大于2℃/h，所以a=2℃，服从均匀分布，取是 ,得标准不确定度为: ℃

3.2.3 标准测力仪温度修正系数K引入的标准不确定度分量

温度修正系数K由于修约而导致的不确定度, 为0.00005/℃，服从均匀分布，取 ， /℃

4 合成标准不确定度

根据JJGl44—2007《标准测力仪》检定规程中检定环境温度范围为15℃～25℃，和JJGl39—2014《拉力、压力和万能试验机》检定规程中检定环境温度范围为10℃～35℃。取 ℃， ℃，温度修正系数K=0.00027/℃，

F=120kN, 则：

kN/℃

kN·℃

标准不确定度汇总表

标准不确定度汇总于表1—2。

表1—2 标准不确定度汇总表

合成标准不确定度的计算

输入量 、 、 与 彼此独立不相关，所以合成标准不确定度可按下式得到：

=

5 扩展不确定度的评定

取置信概率 ，

扩展不确定度 为

该试验机在20%（120kN）量程处：

相对扩展不确定度为:

6 扩展不确定度的报告与表示

试验机在20%（120kN）量程处测量结果的相对扩展不确定度分别为：

7 万能材料试验机测量结果的不确定度报告

按上述评定方法，对试验机其他校准点的测量结果进行不确定度评定，便可得到万能材料试验机量程内各测量点的示值误差测量结果的不确定度评定报告。

参考文献

[1] 王鹏，何文焰.拉力、压力和万能试验机测量结果不确定度的评定[J]中国计量，2018（3）：103-104