電線電纜管狀試件抗張強(qiáng)度檢測(cè)不確定度的評(píng)定與分析

謝云濤， 陳 敏

（揚(yáng)州市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，江蘇揚(yáng)州225111）

電線電纜管狀試件抗張強(qiáng)度檢測(cè)不確定度的評(píng)定與分析

謝云濤， 陳 敏

（揚(yáng)州市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，江蘇揚(yáng)州225111）

分析了電線電纜管狀絕緣試件抗張強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果測(cè)量不確定度的主要來源，介紹了抗張強(qiáng)度測(cè)量不確定度的評(píng)定步驟和方法，建立數(shù)學(xué)模型，給出了評(píng)定結(jié)果，并對(duì)各影響分量進(jìn)行分析。

電線電纜管狀試件；抗張強(qiáng)度；不確定度；評(píng)定；分析

0 引 言

電線電纜絕緣抗張強(qiáng)度是考核產(chǎn)品安全性的重要指標(biāo)，亦是電線電纜產(chǎn)品日常檢驗(yàn)中最為常見的項(xiàng)目。通過測(cè)試抗張強(qiáng)度可以辨明生產(chǎn)制造過程中的缺陷，判別所用絕緣材料的優(yōu)劣。本文旨在通過分析電線電纜絕緣抗張強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果的測(cè)量不確定度來源，建立評(píng)定方法與步驟，得到評(píng)定結(jié)果，并對(duì)影響其結(jié)果的因素進(jìn)行分析。

1 檢測(cè)依據(jù)與方法

1.1 試樣制備及處理

GB/T 2951.11-2008中規(guī)定：試樣盡可能使用啞鈴試件，當(dāng)絕緣材料不能制備啞鈴試件時(shí)使用管狀試件。日常檢驗(yàn)中眾多的控制電纜、信號(hào)電纜與民用電纜的絕緣均采用管狀試件。本文的研究對(duì)象為型號(hào)規(guī)格60227IEC 02（RV）450/750V 1×2.5，一般用途單芯軟導(dǎo)體無護(hù)套電纜，樣品為管狀試件。

1.2 評(píng)定依據(jù)

本次檢測(cè)不確定度的評(píng)定按照標(biāo)準(zhǔn)JJF 1059.1-2012《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》中的方法進(jìn)行。

1.3 檢測(cè)環(huán)境

GB/T 2951.11-2008中規(guī)定：試驗(yàn)應(yīng)在絕緣和護(hù)套料擠出或硫化后存放至少16 h方可進(jìn)行，試件應(yīng)在溫度（23±5）℃下至少保持3 h。測(cè)量應(yīng)在（23±5）℃下進(jìn)行。對(duì)熱塑性絕緣材料有疑問時(shí)，測(cè)量應(yīng)在（23±2）℃下進(jìn)行。本實(shí)驗(yàn)環(huán)境溫度滿足（23±2）℃的要求。

1.4 檢測(cè)設(shè)備

電腦控制萬能材料試驗(yàn)機(jī)，型號(hào)MZ-4000D1，測(cè)量范圍2500N（1級(jí)，示值誤差±1%）；投影儀，型號(hào)JT300，測(cè)量范圍0～25 mm，極限示值誤差±0.01 mm。

1.5 檢測(cè)過程

首先，將絕緣線芯試樣切成約100 mm長的小段，抽出所有導(dǎo)體，去除所有外護(hù)層 ，在試樣中間處截取一個(gè)試件，用投影儀測(cè)量試樣外徑D和絕緣厚度δ，計(jì)算其截面積A=π（D-δ）δ；然后，以移動(dòng)速度為250mm/min拉伸試件至斷裂進(jìn)行拉力測(cè)試，記錄最大拉力。

2 數(shù)學(xué)模型與影響因素分析

2.1 數(shù)學(xué)模型建立

按照GB/T 2951.11-2008的規(guī)定：型式試驗(yàn)時(shí)，管狀絕緣試樣的抗張強(qiáng)度的計(jì)算公式為：

式中：Rm為管狀絕緣試樣的抗張強(qiáng)度值（N/mm2）；F為試樣斷裂時(shí)的拉力值（N）；D為試樣外徑的平均值（mm）；δ為試樣絕緣厚度的平均值（mm）。

2.2 影響因素分析

從式（1）中可以看出，影響絕緣抗張強(qiáng)度測(cè)量不確定度的因素有F的測(cè)量、D和δ的檢測(cè)。其中影響F讀數(shù)的因素有試驗(yàn)者讀數(shù)、操作方法等引起的隨機(jī)誤差和檢測(cè)系統(tǒng)引入的系統(tǒng)誤差；檢測(cè)D和δ的儀器均為投影儀，對(duì)每段樣品分別取樣檢測(cè)，因此D和δ也受試驗(yàn)者人為引起的隨機(jī)誤差和投影儀引入的系統(tǒng)誤差影響。同時(shí)亦應(yīng)看到，雖然標(biāo)準(zhǔn)中未將試驗(yàn)的環(huán)境溫度作為影響試驗(yàn)結(jié)果的變量，但也對(duì)其進(jìn)行了限制，在（23±2）℃的條件下認(rèn)為是可接受的，因此試驗(yàn)室要盡量保持試驗(yàn)溫度的穩(wěn)定，將環(huán)境溫度的影響降至最低。

由不確定度的傳播定律知：

因試樣厚度和外徑、試驗(yàn)拉力的檢測(cè)所引入的不確定度之間彼此獨(dú)立互不相關(guān)，則可用方和根的公式及數(shù)學(xué)模型進(jìn)行計(jì)算，式（2）可以簡化為：

3 檢驗(yàn)結(jié)果不確定度分析與評(píng)定

3.1 不確定度來源分析

管狀絕緣抗張強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果不確定度u的來源主要為：由管狀絕緣拉力檢測(cè)引入的不確定度u（F）；由尺寸檢測(cè)引入的不確定度u（D）與u（δ）。

3.2 拉力F檢測(cè)不確定度評(píng)定

（1）A類不確定度評(píng)定

拉力值F由電腦控制萬能材料試驗(yàn)機(jī)測(cè)得。對(duì)試樣進(jìn)行10次連續(xù)檢測(cè)，結(jié)果見表1。

表1 拉力檢測(cè)結(jié)果

（2）B類不確定度評(píng)定

2）計(jì)量拉力試驗(yàn)機(jī)所用的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀引入的不確定度u3()F。查閱拉力試驗(yàn)機(jī)的校準(zhǔn)報(bào)告，計(jì)量拉力試驗(yàn)機(jī)借助于0.3級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀，不確定度為0.3%，置信因子為2，由此引入的B類不確定度為u3()F=106.21×0.3×0.01/2=0.159 N。

（3）F檢測(cè)不確定度評(píng)定

3.3 輸入量D、δ的檢測(cè)不確定度評(píng)定

（1）尺寸檢測(cè)重復(fù)性引入的不確定度

在此次操作中對(duì)每件樣品分別標(biāo)號(hào)取樣，結(jié)果見表2。

表2 尺寸檢測(cè)結(jié)果

）=0.026 mm。

（2）低倍投影儀示值誤差引入的檢測(cè)不確定度

（3）實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度導(dǎo)致的不確定度

經(jīng)查閱，電纜絕緣PVC塑料的熱膨脹系數(shù)β為80×10-6/℃，此次實(shí)驗(yàn)在恒溫室環(huán)境下進(jìn)行，整個(gè)試驗(yàn)過程中溫度變化小于0.5℃，則由實(shí)驗(yàn)室環(huán)境溫度波動(dòng)帶來的試樣變形引起的不確定度可忽略不計(jì)。

（4）尺寸檢驗(yàn)不確定度評(píng)定

由于上述各個(gè)因素所引入的檢測(cè)不確定度彼此互不相關(guān) ，所以尺寸檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度可合成為：

4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

由式（3）可求得：

可計(jì)算出

5 擴(kuò)展不確定度

取包含因子k=2，被測(cè)量抗張強(qiáng)度值分布的95%可含于此區(qū)間，得擴(kuò)展不確定度為：U=k× u=2×0.39=0.78 N/mm2。

因此，本次檢測(cè)的最終結(jié)果如下：最大拉力值F為106.21N，試樣外徑D為3.41mm，絕緣厚度δ為0.83 mm。

該電纜絕緣抗張強(qiáng)度Rm測(cè)量結(jié)果為：Rm=（15.80±0.78）N/mm2。

6 結(jié)束語

為保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須確保拉力試驗(yàn)過程中試驗(yàn)溫度、拉伸速度以及樣品前處理等要素與標(biāo)準(zhǔn)要求相符；對(duì)拉力試驗(yàn)機(jī)應(yīng)注意設(shè)備量值溯源的及時(shí)校準(zhǔn)，并按該項(xiàng)目的試驗(yàn)頻率進(jìn)行期間核查；同時(shí)，GB/T 2951.11-2008中規(guī)定，計(jì)算抗張強(qiáng)度時(shí)至少需要測(cè)量4個(gè)有效數(shù)據(jù)，應(yīng)提供足夠的試驗(yàn)樣品數(shù)量。

此外尺寸測(cè)試的靈敏系數(shù)較高，而使用投影儀等光學(xué)儀器時(shí)由于試驗(yàn)人員視線角度的不同會(huì)引起偏差，且樣品制備過程中也會(huì)受試驗(yàn)人員的影響，因此要加強(qiáng)對(duì)人員的操作培訓(xùn)，必要時(shí)對(duì)尺寸測(cè)試項(xiàng)目開展人員比對(duì)，提高試驗(yàn)人員的操作水平。

［1］ GB/T 2951.11-2008 電纜和光纜絕緣和護(hù)套材料通用試驗(yàn)方法第11部分：通用試驗(yàn)方法、厚度和外形尺寸測(cè)量、機(jī)械性能試驗(yàn)［S］.

［2］ CNAS-GL10：2006 材料理化檢驗(yàn)測(cè)量不確定度評(píng)估指南及實(shí)例［S］.

［3］ JJF 1059.1-2012 測(cè)量不確定度評(píng)定與表示技術(shù)規(guī)范［S］.

［4］ 國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局計(jì)量司編.測(cè)量不確定度評(píng)定與標(biāo)示指南［M］.北京：中國計(jì)量出版社，2005.

Uncertainty Evaluation and Analysis for the Tensile Strength Testing of Tubular Samp les of Cable

XIE Yun-tao，CHEN Min
（Yangzhou Institute of Product Quality Inspection&Supervision，Yangzhou 225111，China）

Themain sources of uncertainty evaluation for the tensile strength testing of tubular samples of cable were analyzed.Themeasurement principles and ways were introduced，amathematic model was established.The uncertainty ofmeasurementwas given，and the factors affected were analyzed.

tubular samples of cable；tensile strength；uncertainty；evaluation；analysis

TM206

A

1672-6901（2014）04-0034-03

2014-01-13

謝云濤（1977-），男，工程師.

作者地址：江蘇揚(yáng)州市廣陵區(qū)杭集鎮(zhèn)龍王路［225111］.