非金属垫片材料拉伸强度试验方法检测结果不确定度评定

黄泰祐

(广州合成材料研究院有限公司，广东 广州 510665)

不确定度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。不确定度越小，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。

拉伸强度试验属于破坏性试验，具有不可重复性，受各种条件影响，实验结果始终存在分散性。为了能够客观反映实验结果的可靠性，有必要对数据进行不确定度的评估。

1 试验

1.1 试验方法及评定依据

按照 GB/T 20671.7-2006《非金属垫片材料分类体系及试验方法 第7部分:非金属垫片材料拉伸强度试验方法》[1]进行试验。按照JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》[2]评定测量不确定度。

1.2 试验条件

在温度（23±2）℃、湿度50%～55%的环境下进行调节和试验。

1.3 测量设备

20kN ProLine万能材料试验机，岛津国际贸易（上海）有限公司；CH-20-AT橡胶塑料特规测厚仪，上海六菱仪器厂；VMS3020光学影像测量仪，西安智泰光电科技有限公司东莞中心。

1.4 被测对象

软木橡胶衬垫。

1.5 测量过程

根据GB/T 20671.7-2006，在温度(23±2)℃、湿度50%～55%的条件下采用测厚仪测量试样的厚度h，用影像测量仪测量试样的宽度w；选择20kN ProLine万能材料试验机，试验速率为（305 ± 25）mm/min，对试样进行拉伸试验，记录拉伸过程中的最大拉力Fm，通过计算得到拉伸强度。

2 数学模型

根据GB/T 20671.7-2006，拉伸强度的数学模型为：

式（1）中：Fm为拉伸过程中的最大力，N；w为试样宽度，mm；h为试样厚度，mm。

3 不确定度来源分析

不确定度来源由5个部分组成：（1）测试重复性引起的不确定度分量；（2）试验力值测量所引起的不确定度分量urel(Fm)：试验机示值误差引入的不确定度u1(Fm)和校准测力仪校准试验机引入的不确定度u2（Fm）；（3）试样宽度测量所引起的不确定度分量urel(w)；（4）试样厚度测量所引起的不确定度分量urel(h)；（5）拉伸强度数值修约带来的不确定度分量u(δrou)。

4 标准不确定度分量的评定

4.1 测试重复性引起的不确定度分量uA( )

在重复条件下对同一试样进行10次拉伸测试，测试结果见表1。

表1 测试数据Table 1 Test data

δ的平均值：

单个测试值的标准偏差s(δ)为：

实际测试时通常测试5条试样，因此的A类标准不确定度为：

4.2 试验力值测量所引起的不确定度分量urel (Fm)

4.2.1 试验机示值误差引入的不确定度u1(Fm)

查20kN ProLine万能材料试验机校准报告，其1000N传感器最小相对示值误差为+0.04%，最大相对示值误差为+0.15%，则区间半宽度为a=(0.15%-0.04%)/2=0.055%，示值误差符合均匀分布，故：

4.2.2 校准测力仪校准试验机引入的不确定度u2(Fm)

查20kN ProLine万能材料试验机校准报告，校准1000N力值传感器的测力传感器等级为0.1级，则由其引入的相对标准不确定度为：

4.2.3 力值测量误差引入的相对标准不确定度计算

4.3 试样宽度测量所引起的不确定度分量urel (w)

查阅影像测量仪设备说明书，在测量平面内的尺寸最大测量误差 ≤ 3+L/200μm，则区间半宽aw=3+50.65/200=3.25μm，宽度测量误差符合均匀分布，故：

4.4 试样厚度测量所引起的不确定度分量urel (h)

依据JJF 1488-2014 橡胶、塑料薄膜测厚仪校准规范，在1～10 mm范围内，分度为0.01mm的指针式测厚仪的示值最大允许误差为±0.020mm，则厚度计示值误差引入的标准不确定度为：

4.5 拉伸强度数值修约带来的不确定度分量u(δrou)

本标准未规定拉伸强度的有效数字，取值时结果修约值0.01MPa，则修约区间半宽=0.01/2=0.005MPa，数值修约引入的不确定度分量为：

5 合成标准不确定度

试样宽度、试样厚度及拉伸最大力之间不相关，按照JJF 1059.1-2012中4.4.2.3公式（29），可合成测量误差引入的不确定度分量：

重复性、测量误差及数值修约引入的测量不确定度彼此独立，故：

包含因子k取2，因此：

6 结语

（1）非金属垫片材料拉伸强度的结果为（3.28±0.09）MPa，包含因子k=2。

（2）由不确定度分析计算可看出，影响合成标准不确定度的主要因素来源于样品厚度的测量。因此在实验室测量分析中应提高测厚仪的精度，使用量程小、精度高的测厚仪进行试验。