高回弹聚氨酯泡沫塑料拉伸强度的实验室整体测量不确定度评定

刘山生，袁 威

（北京工商大学材料与机械工程学院，轻工业塑料加工应用研究所，国家塑料制品质量监督检验中心，北京100048）

高回弹聚氨酯泡沫塑料拉伸强度的实验室整体测量不确定度评定

刘山生，袁 威

（北京工商大学材料与机械工程学院，轻工业塑料加工应用研究所，国家塑料制品质量监督检验中心，北京100048）

采用合成标准差的方法，利用七人次测定高回弹聚氨酯泡沫塑料拉伸强度的分散性，对实验室整体测量不确定度进行了评定。结果表明，实验室整体测定的不确定度高于任一人测定结果的不确定度；实验室整体的测量不确定度更能表征实验室整体的测试水平。

不确定度；高回弹；聚氨酯泡沫塑料；拉伸强度

0 前言

以往对某个测试项目测量不确定度的评定，基本是基于单人次测定数据而作出的评定，但该评定结果并不能代表或包含实验室内其他试验人员测定时的不确定度范围。由于高回弹聚氨酯泡沫塑料的柔软性，不同测试人员在线性尺寸测量、操作技术等方面存在的差异，其测定结果的分散性会各有不同，因此实验室整体测定结果的不确定度往往大于实验室中任一人的测量不确定度。本研究采用合成标准差的方法，利用七人次测定高回弹聚氨酯泡沫拉伸强度的分散性，对实验室整体的测量测量不确定度作出评定，使得到的测量不确定度能够体现实验室整体的测试水平。

1 测量原理

根据GB/T 6344—2008的规定，采用1型试样，平行段尺寸为13mm×10mm，如图1所示。试样横截面为矩形，拉伸强度以试验过程中试样断裂时的最大负荷除以试样初始截面积来表示，单位为kPa。

图1 试样尺寸示意图Fig.1 Schematic diagram for the size of the sample

2 实验部分

依据标准：GB/T 6344—2008软质泡沫聚合材料拉伸强度和断裂伸长率的测定；

试验样品：高回弹聚氨酯泡沫塑料，1型试样；

试验设备：Zwick/Roll Z050型试验机、力传感器200N；

测量量具：数显卡尺，分度值为0.01mm；

试验速度：500mm/min；

试验环境：（23±2）℃；

试验方式：采用相同试验设备、方法、环境，先后由7名试验人员完成拉伸强度的测定；

测试结果：见表1。

对表1中单人次测定的标准差求和，得：

表1 高回弹泡沫塑料拉伸强度测试结果Tab.1 Tensile strength of the high resilience foam

3 不确定度的数学模型

高回弹聚氨酯泡沫塑料拉伸强度计算式如下：

式中 σ——拉伸强度，kPa

F——试样断裂时的最大负荷，N

b——试样宽度，mm

d——试样厚度，mm

由于数学模型中仅包含输入量的积和商，且F、b、d参数各不相关，所以利用规则Ⅱ。对上式两边取对数，有：

对等式两边求微分，有：

4 测量不确定度分量分析

从数学模型及其测试的影响因素，分析影响测试结果不确定度的分量有：

（2）不同试验人员测量的复现性引入的不确定度，表现为合成标准差；

（3）尺寸测量引入的不确定度分量，包括测量重复性引入的不确定度和测量仪器准确度引入的不确定度；

（4）力测量引入的不确定度分量，包含力测量重复性引入的不确定度和仪器准确度引入的不确定度；

（5）试验环境温度变化引入的不确定度：按标准规定，环境温度控制在（23±2）℃，因此环境温度变化的影响可以忽略不计；

（6）拉伸速度变化引入的不确定度：试验方法标准规定试验速度的偏差为10%，而试验机实际控制速率变化远小于标准规定，因此拉伸速率变化的影响也可以忽略不计。

5 标准不确定度的评定

5.1 实验室多人测试的A类不确定度评定

式中 m——参加测试人数

此时，组均值的标准差为：

即为实验室7人次测定拉伸强度的A类标准不确定度。

5.2 B类标准不确定度的评定

5.2.1 力测量的相对不确定度，urel（F）

拉力测量的A类不确定度已经包含在拉伸强度的不确定度中。

拉力的B类测量不确定度来源于仪器校准的不确定度评定：

（1）仪器校准用标准测力仪的不确定度，u1，rel（F）

从校准证书我们得到：仪器校准用标准测力仪为0.3级，查JJG144—2007《标准测力仪检定规程》可得该测力计的示值误差为±0.3%，以均匀分布计，标准测力仪引入的不确定度分量为：

（2）仪器校准结果的测量不确定度，u2，rel（F）

试验采用的传感器200N，校准证书中校准结果的示值误差为0.2%，以均匀分布计，试验机准确度引入的标准不确定度分量为：

于是力测量的B类不确定度为：

5.2.2 尺寸测量相对不确定度评定

被测试样标称尺寸为13（b）×10（d）mm。尺寸测量的不确定度由两部分组成：游标卡尺准确度引入的不确定度分量和操作者测量重复性引入的测量不确定度分量。

（1）操作者重复性测定引入的A类测量不确定度

国家塑料制品质量监督检验中心曾由一名试验员对聚氨酯泡沫宽度尺寸进行10次测量以评定其测量不确定度，得到10次测量的标准差为s＝0.114mm。

由于本次拉伸强度测试中，试样的尺寸仅进行1次测量，由以往不确定度评定时n＝10、k＝1可查得单次测量的包含因子T＝1.06。则可以直接得到试样尺寸单次测定的A类不确定度为：

由此得到：

（2）游标卡尺准确度引入的B类不确定度

游标卡尺准确度引入的不确定度包括游标卡尺的示值误差导致的不确定度和游标卡尺校准的不确定度。

（a）检定用量块引入的不确定度分量

检定证书中给出卡尺检定用标准量块为四等，查JJG145—2003《量块》检定规程，该量块在10≤l≤25mm范围内的测量不确定度为0.30μm，即u1＝0.0003mm。

（b）数显游标卡尺示值误差引入的不确定度分量

检定证书显示该数显游标卡尺的示值误差为±0.02mm，以均匀分布估计，则：

由于卡尺的示值误差引入的不确定度u2远大于量块不确定度引入的不确定度u1，因此可以忽略u1。则得到卡尺准确度引入的相对不确定度：

（3）尺寸测量的不确定度合成

高回弹泡沫塑料尺寸测量的相对不确定度合成如下：

通过评定我们发现，卡尺准确度引入的测量不确定度分量远小于测量重复性引入的不确定度分量，忽略u2对评定结果基本没有影响。

5.2.3 聚氨酯泡沫塑料拉伸强度B类不确定度的合成

根据拉伸强度的数学模型，有：

5.3 高回弹泡沫塑料拉伸强度标准不确定度的合成

6 不确定度扩展与报告

取包含因子k＝2，对应置信度为95%：

聚氨酯泡沫塑料拉伸强度（k＝2）：

7 结果分析

从评定结果可以看出，影响高回弹聚氨酯泡沫塑料实验室整体测量不确定度的主要分量是实验室内不同人员测试复现性引入的不确定度分量和试样分散性引入的不确定度分量，而因仪器、量具测量偏差引入的不确定度分量很小（约为A类的1/3），如果忽略B类不确定度，其扩展不确定度的结果为U＝2×5.067＝10.2kPa，与完整评定结果基本一致。

如果仅对单人次测定作出不确定度评定，则7人测试结果的A类不确定度最大者：

该值为实验室整体不确定度的70.1%。

A类不确定度最小者：

该值为实验室整体不确定度的37.4%。

8 结语

（1）实验室整体测试高回弹聚氨酯泡沫塑料拉伸强度的A类测量不确定度可以通过合成多人测试的标准差获得；

（2）实验室整体测量不确定度的分量较多，但最主要的分量是实验室内不同人员测试结果的复现性与试样的分散性引入的不确定度分量，因此在今后评定高回弹聚氨酯泡沫塑料拉伸强度实验室整体测量不确定度中，可以忽略其他因素，直接以其A类不确定度扩展得到；

（3）实验室整体测量不确定度的评定结果大于单人次不确定度评定结果，整体评定的不确定度值更能表征整个实验室的测试水平。

[1] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.GB/T6344－2008软质泡沫聚合材料拉伸强度和断裂伸长率的测定[S].北京：国家监督检验检疫总局，2009.

[2] 全国几何量长度计量技术委员会.JJG145－2003 量块[S].北京：国家监督检验检疫总局，2004.

[3] 全国法制计量技术委员会.JJF1059－1999 测量不确定度评定与表示[S].北京：国家质量技术监督局，1999.

[4] 全国力值硬度计量技术委员会.JJG144－2007 标准测力仪检定规程[S].北京：国家监督检验检疫总局，2007.

Uncertainty Assessment Based on Measurement Result of Tensile Strength of High Resilience Polyurethane Foams

LIU Shansheng，YUAN Wei
（China National Center for Quality Supervision and Test of Plastic Products，Institute of Plastics Processing ＆ A pplication of Light Industry，School of Material and Mechanical Engineering，Beingjing Technology ＆Business University，Beijing 100048，China）

The uncertainty in the measurement of tensile strength of polyurethane foam for individual and a group was compared.Seven personals participated the assessment.It was found that the uncertainty of the group was higher than any individual.It was proposed that the uncertainty of a group could reflect the measurement capability of a laboratory.

uncertainty；high resilience；polyurethane foam；tensile strength

TQ320.77＋4

B

1001－9278（2012）08－0097－04

2012－02－10

联系人，liushansheng＠126.com