韦氏硬度计示值测量结果不确定度评定.doc

1、1韦氏硬度计示值测量结果不确定度评定摘 要：JJG 944-2013 韦氏硬度计检定规程，对韦氏硬度计示值测量结果进行了不确定度评定，通过阐述测量过程中产生的各分量对测量结果的影响，得到了测量结果的扩展不确定度。 关键词：硬度 均匀度 测量结果 不确定度 0、引言 韦氏硬度计在机械制造业中是常用量具之一，适用于测试铝合金型材、管材和板材，特别适于在生产现场、销售现场或施工现场对产品硬度进行快速、非破坏性的合格检查。 1、测量方法 用直接测量方式，测出测量示值与标准值之差即为示值误差 2、数学模型和灵敏系数 2.1 数学模型： 式中 -被校硬度计示值误差； -被校硬度计平均示值； -标准硬度块的

2、硬度值。 2.2 方差和传播系数 2.2.1 方差 由（1）式得： 式中， ； ； 、 的不确定度 22.2.2 传播系数： = = = 1 = = =-1 3、输入量的标准不确定度的评定 3.1 输入量 的标准不确定度 的评定 输入量 的不确定度主要是硬度计的测量重复性引起的，虽然硬度计的分辨力也会对重复性测量产生影响，根据 JJG1033-2008计量标准考核规范中有关技术问题的说明 C.1.4 规：被测仪器的分辨力也会对重复性有影响，在不确定度评定中，当重复性引入的不确定度分量大于被测量的分辨力所引入的不确定度分量时，可以不考虑分辨力所引入的不确定度分量。采用 A 类方法进行评定。 在一

3、台韦氏氏硬度计上，用一块 16.1HW 的标准韦氏硬度块进行连续10 测量，得到一测量列为16.3、16.4、16.3、16.5、16.3、16.6、16.4、16.7、16.5、16.5（HW） ，其示值算术平均值和单次实验标准差按下式计算： =16.5HW =0.14HW 在实际测量中，在重复性条件下重复测量 5 次，以 5 次测量的算术平均值作为测量结果，可得输入量 的标准不确定度为： = 0.06260.06 HW 分别用同样的方法用标准韦氏硬度块：13.8HW 在该韦氏硬度计上进行连续 10 次的测量，每组测量列分别按上述方法计量各自的输入量 和3标准不确定度 ，如下： 13.8HW

4、 标准块： =0.06HW； 16.1HW 标准块： =0.06HW； 3.2 输入量 的标准不确定度（ ）的评定 输入量 的标准不确定度来源主要有以下三部分组成 a）定度硬度块的洛氏硬度块检定装置引起的两标准不确定度分项 ； b）标准硬度块稳定性的标准不确定度分量 ； c）标准硬度块均匀度的标准不确定度分量 ； 3.2.1 定度硬度块的洛氏硬度块检定装置引起的标准不确定度分项 的评定 标准韦氏硬度块是在洛氏硬度块检定装置上标定的，洛氏硬度块检定装置的不确定度由证书检定给出，扩展不确定度不大于 0.3HR，包含因子 k=3，采用 B 类方法进行评定。 0 对于在本例中各标准韦氏硬度块： 13.

5、8HW 标准块： =0.10HW； 16.1HW 标准块： =0.10HW； 43.2.2 标准韦氏硬度块稳定度引起的标准不确定度分项 的评定 根据实际经验及有关文献，标准韦氏硬度块在使用周期内的稳定度对 HW 标尺不大于 0.5HW，服从均匀分布，根据经验，其稳定度一般为0.4HW，采用 B 类方法进行评定。 HW0.23HW 13.8HW 标准块： =0.23HW； 16.1HW 标准块： =0.23HW； 3.2.3 标准韦氏硬度块均匀度引起的标准不确定度分项 的评定 根据实际经验及有关文献，标准韦氏硬度块在使用周期内的均匀度变化不大于 0.5HW，服从均匀分布，根据检定证书可知各标准块

6、的均匀度，取包含因子为： ；采用 B 类方法进行评定，则： 13.8HW 标准块： = 0.17HW； 16.1HW 标准块： = 0.06HW； 3.2.4 输入量 的标准不确定度 的计算 输入量 的表不确定度为 = 13.8HW 标准块： = =0.30HW； 516.1HW 标准块： = =0.26HW； 4、合成标准不确定度的评定 4.1 输入量标准不确定度汇总表如下： 标准不确定度分量 不确定度来源 标准不确定度（HW） 13.8HW 16.1HW - 硬度计的测量重复性 0.06 0.06 - 洛氏硬度块检定装置 0.10 0.10 - 韦氏硬度块稳定度 0.23 0.23 - 韦

7、氏硬度块均匀度 0.17 0.06 - | |?u（ ） （HL） - 13.8HW 16.1HW - 0.06 0.06 - 0.30 0.26 - 合成标准不确定度的计算 4.2 输入量 和 彼此独立不相关，所以合成标准不确定度可按下式得 13.8HW 标准块： =0.30HW 16.1HW 标准块： =0.27HW 5、扩展不确定度的评定 6取 k=2，则扩展不确定度 U 为： U =k 13.8HW 标准块： U =20.30=0.6HW 16.1HW 标准块： U =20.270.6HW 6、使用韦氏硬度块测量韦氏硬度计的测量不确定度评估 根据 JJG944-2013韦氏硬度计检定规

8、程 ，利用标准标准硬度块检定或校准韦氏硬度计，其不确定度评定均可以参照以上的方法进行。因为虽然随着不同韦氏硬度计的分辨率不同，但由分辨率引起的标准不确定度远小于测量重复性引起的标准不确定度，可以说，由分辨率引起的标准不确定度包含在测量重复性中，而用来校准的韦氏硬度标准块的标准不确定度是固定的，因此所有评估韦氏硬度计的标准不确定度只需在这些不确定度分量中考虑。 7、校准和测量能力（CMC） 因此该项目的 CMC 为： （020）HW： U =0.6HW （k=2） 8、结束语 本文通过对韦氏硬度计的示值测量结果不确定度进行评定，根据 JJG 944-2013 韦氏硬度计检定规程对测量不确定度的要

9、求，而本文中评定的测量结果不确定度符合检定规程上所要求的，由此可见，此方法科学可行。 参考文献： 1 JJG 944-2013 韦氏硬度计检定规程S，北京：中国计量出版7社，2013. 2 JJF 1059.1-2012 测量不确定度平度与表示S，北京：中国计量出版社，2012. 3 JJF 1001-2011 通用计量术语及定义技术规范S，北京：中国计量出版社，2011. 4 张相山，姜 波，合成标准不确定度评定中相关性的讨论J，中国测试技术，2005，31（5） ；49-50. 作者简介： 伍尚彬，男，1985 年 10 月，广东广州人，本科，2016 年毕业于广东石油化工学院，专业：土木工程，从事计量校准工作十几年，实验室主管，熟悉实验室建标、CNAS 扩项、CMC 评定、不确定度评定工作。