洛氏硬度计示值误差分析

钱大雷

摘要 ：硬度是金属材料的一个非常重要的属性，在许多行业中，金属的硬度的准确数值对于制造商和用户来说有着非常重要的作用。通常人们用金属洛氏硬度来标记金属的硬度的大小，而洛氏硬度计则是测定金属硬度属性的一大常用手段，在一般情况下，洛氏硬度计能够有效的测量大部分金属的相对比较准确的硬度值；但是事物都有其两面性，洛氏硬度计在测量金属的硬度过程中也存在着极大的误差和不确定性，这对那些需要确切的金属硬度精度的用户来说，就成了一个必须解决的问题。对这一问题进行分析和研究就是一件非常有意义和价值的课题。而本文就是为了探讨这一问题而写作的，通过本文，作者希望就检定人员在实际工作中对洛氏硬度计的检定应该考虑的主要误差的影响因素进行了解，以使检定员能较快地分析、判断、解决造成硬度计误差的原因，以便在测量过程中尽量减少误差并将其限制在一定的可控制范围内。

关键词 ：洛氏硬度计 测量误差 产生原因 对策

一、对测量误差来源的分析

无论是在任何的测量过程中，误差都是无法避免的，但是如果我国能够认清误差产生的原因和来源，并尽量避免和想法消除它，那么就可以将测量误差控制在我们可以接受，不影响大局的一定的范围之内，这样一来，我们的目的就达到了。对于洛式硬度计示值误差也是如此，因此首先我们必须认清洛式硬度误差产生的主要原因和来源。我个人经常长期的研究和实践，以及学习广大学者们的研究成果，发现洛式硬度计的示值误差其实主要有以下几大种来源：

首先，洛式硬度计的示值误差的第一大来源是测量重复性引入的标准不确定度，这主要是由于测量人员在测量过程中的操作失误和无法避免的情况下产生的误差。

其次，是由硬度计本身所具有的不确定度所产生的标准的不确定度。不确定度的含义是指由于测量误差的存在，对被测量值的不能肯定的程度。反过来，也表明该结果的可信赖程度。它是测量结果质量的指标。不确定度愈小，所述结果与被测量的真值愈接近，质量越高，水平越高，其使用价值越高；不确定度越大，测量结果的质量越低，水平越低，其使用价值也越低。在报告物理量测量的结果时，必须给出相应的不确定度，一方面便于使用它的人评定其可靠性，另一方面也增强了测量结果之间的可比性。

第三，是由硬度块不确定度所引入的标准不确定度。这主要是由于硬度块本身的问题导致的测量标准的不确定度，硬度块由于受温度、锈蚀、环境等多方面的作用容易对自己的各种属性产生一些影响，而这些影响又间接的影响了最后的测量结果的不确定性。

第四，是全洛氏硬度计的示值调整方法带来的影响，产生的测量误差

示值调整方法是以每10个硬度单位为一个硬度范围段。如发现某一硬度范围段示值超差，则通过加修正量的方法予以调整。但是这各调整方法本身就是存在着问题的，众所周知，全洛氏硬度计的各个硬度范围段都是相互独立的，因此对其中一个范围段的调整无法影响到其它的范围段，所以这种调整必然无法保证全洛氏硬度计在整个硬度范围内合格。在这样的条件下测来的数据必定会有不小的误差，这明显是无法避免的。目前解决此问题的方法是通过已知的硬度范围段的修正量来确定其他硬度范围段的修正量。但此方法麻烦而繁琐，且并不能保证测量数据的精确。

第五，预负荷及主负荷误差、压入时间和负荷的保持时间对硬度值的影响间接的影响了最后的测量值，难以避免的产生了测量误差。而金刚石压头圆锥角比名义值和壓头的钢球直径比名义值也对最后的测量值有所影响。

第六，压痕深度的测量系统及硬度值数字转换系统误差也是最后的测量误差的来源之一。

二、保证全洛氏硬度计的示值准确的建议

根据上述产生误差的原因与源头，我个人尝试性的给出了下列一些解决方案和建议。

第一，对于因测量人员在测量过程中的操作失误和无法避免的情况下产生的误差。前者可以通过小心谨慎和小心操作洛式硬度计来避免，而后者无法避免，只要以通过某些公式和计算方法来修正。

第二，硬度计本身的不确定度是无法避免的，但可以通过修正手段来修正。下述公式可以对硬度计及下文的硬度块的误差进行修正：

数学模型

△h=Hm-Hb

式中：△h———硬度计的示值误差；

Hm———硬度计示值的算术平均值；Hb———硬度块的标准值。

第三，硬度块的不确定度带来的测量误差的解决方案是在标准的环境下进行测量，尽量避免环境对硬度块的影响，及通过修正手段来减少误差。

第四，除了对上述误差产生原因和来源进行预防和控制外，还可以通过对全洛氏硬度计硬度范围段的修正量确定应采取相应的调整措施。这一方法就是需要采取“就高原则”来对态度范围段的修正量进行调整。所谓就高原则指的是在进行示值调整时，首先依据标准硬度块确定其所在的硬度范围段的修正量，在这之后，对于其它相邻的硬度范围段不再不加修正，而是对与之相邻的硬度范围段采取就高原则确定修正量。具体的做法是调整这一级的范围段的修正量与上一级的范围段一到，如： 30～40 hrc范围段修正量与40～50hrc范围段一致。

第五，解决这些问题的方法是进行精确调整，但却并不能完全保证测量数据的准确。及对最后的测量值进行误差修正。

第六，测量系统与数据转换系统的误差无法避免，只能通过制造方给定的或者科学的修正手段来进行修正。

参考文献：

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