金属材料洛氏硬度试验测量不确定度评定

金属材料洛氏硬度试验测量不确定度评定

高莹

石家庄市住房开发建设集团有限责任公司  河北 石家庄  050091

本次不确定度评定内容：在18℃~28℃的环境条件下，通过对标准硬度块进行10次测量，依据《测量不确定度评定与表示》JJF 1059.1-2012进行试验分析，得到金属材料洛氏硬度C标尺的测量不确定度。

适用范围：本次不确定度评定结果适用于依据《金属材料 洛氏硬度试验 第1部分：试验方法》GB/T 230.1-2018标准进行试验所得结果。

1、取样与制样

本次试验样品为洛氏硬度标准块，硬度值为26.3HRC±1.5HRC，试样表面平坦光滑，无氧化皮及外来污物，无油脂。

2、仪器设备

洛氏硬度计HR-150A、标准硬度块26.3HRC±1.5HRC

3、试验步骤

试验按照《金属材料 洛氏硬度试验 第1部分：试验方法》GB/T 230.1-2018中的操作步骤进行。

试样放置在刚性支撑物上，使压头轴线和加载方向与试样表面垂直，同时应避免试样产生位移。使压头与试样表面接触，无冲击、振动、摆动和过载地施加初试验力F0，初试验力的加载时间不超过2s，保持时间为s。无冲击、振动、摆动和过载地施加主试验力F1，使试验力从初试验力F0增加至总试验力F。洛氏硬度主试验力的加载时间为1s~8s。总试验力F的保持时间为s，卸除主试验力F1，初试验力F0保持s后，进行最终读数。两相邻压痕中心之间的距离至少应为压痕直径的3倍，任一压痕中心距试样边缘的距离至少应为压痕直径的2.5倍。

4、环境条件

试验室控制温度：23±5℃。

一、建立数学模型

洛氏硬度计可以直接从表盘中读出洛氏硬度值，无需计算，即

二、对观测列进行测量不确定度评定（A类评定）

对1个洛氏硬度标准块进行10次独立检测，所得数据如下表。

本次试验的测量不确定评定的试验次数为10次，因此应用贝塞尔公式法计算10组数据的A类标准不确定度。

由表中数据可以计算得出：

（1）平均值

平均值计算公式：

洛氏硬度值平均值：27.1HRC     （n=10）

（2）残差

计算公式：

式中：—残差；

—单次测量值；

—平均值。

依据上述公式，可得出洛氏硬度各自标尺的残差，如下表：

（3）单次测量的标准偏差（单个测量值的标准偏差）

根据贝塞尔公式：

由公式计算可得：

洛氏硬度C标尺单次测量标准偏差： 0.313；

（4）A类标准不确定度

注：在上述公式中，中的n为实际检测情况下的测量次数，标准要求试验次数为3次，所以，洛氏硬度C标尺的A类标准不确定度为。

三、测量不确定度B类评定

B类标准测量不确定度公式：

式中：

—B类测量不确定度；

a—被测量可能值区间的半宽度；

k—被测量概率分布的包含因子。

现对B类测量不确定度的来源逐条进行分析及计算：

1仪器设备的性能不稳定，或设备的计量性能（如最大允许误差、灵敏度、分辨力等）的局限性造成仪器的不确定度。

洛氏硬度计HR-150A的校准证书中的校准结果为：

由此可以看出；

C标尺的区间半宽度为，假设被测量值在区间内的概率分布为均匀分布，则，因此由此导致的标准测量不确定度分量为：。

2设备最小分辨力引入的的测量不确定度

C标尺最小分辨力为0.5HRC，假设被测量值在区间内的概率分布为均匀分布，则，由此导致的测量不确定度分量均为：。

四、测量不确定度的合成

被测量的估计值y的合成标准不确定度按不确定度传播率公式计算：

式中：

y——被测量Y的估计值，又称输出量的估计值；

——输入量的估计值，又称第i个输入量的估计值；

——两个随机变量之间相互依赖性的度量，称相关系数；

——被测量Y与有关的输入量Xi之间的函数对于输入量的偏导数，称灵敏系数。

根据国家相关标准规定，除航空、航天、兴奋剂检测三个领域外，其他检验检测领域均按照试验各输入量间互不相关进行处理。因此可以认为灵敏系数，相关系数，所以被测量的估计值y的合成标准不确定度为：

代入以上各因素导致的测量不确定度分量，可以看出：

五、扩展不确定度

取包含因子，则扩展不确定度为：

六、结果表示

此次试验3次测量结果为：26.5HRC、26.0HRC、26.5HRC，平均值26.3HRC,

该结果表示为：26.3HRC；