洛氏硬度計(jì)示值誤差分析

錢大雷

摘要 ：硬度是金屬材料的一個非常重要的屬性，在許多行業(yè)中，金屬的硬度的準(zhǔn)確數(shù)值對于制造商和用戶來說有著非常重要的作用。通常人們用金屬洛氏硬度來標(biāo)記金屬的硬度的大小，而洛氏硬度計(jì)則是測定金屬硬度屬性的一大常用手段，在一般情況下，洛氏硬度計(jì)能夠有效的測量大部分金屬的相對比較準(zhǔn)確的硬度值；但是事物都有其兩面性，洛氏硬度計(jì)在測量金屬的硬度過程中也存在著極大的誤差和不確定性，這對那些需要確切的金屬硬度精度的用戶來說，就成了一個必須解決的問題。對這一問題進(jìn)行分析和研究就是一件非常有意義和價值的課題。而本文就是為了探討這一問題而寫作的，通過本文，作者希望就檢定人員在實(shí)際工作中對洛氏硬度計(jì)的檢定應(yīng)該考慮的主要誤差的影響因素進(jìn)行了解，以使檢定員能較快地分析、判斷、解決造成硬度計(jì)誤差的原因，以便在測量過程中盡量減少誤差并將其限制在一定的可控制范圍內(nèi)。

關(guān)鍵詞 ：洛氏硬度計(jì) 測量誤差 產(chǎn)生原因 對策

一、對測量誤差來源的分析

無論是在任何的測量過程中，誤差都是無法避免的，但是如果我國能夠認(rèn)清誤差產(chǎn)生的原因和來源，并盡量避免和想法消除它，那么就可以將測量誤差控制在我們可以接受，不影響大局的一定的范圍之內(nèi)，這樣一來，我們的目的就達(dá)到了。對于洛式硬度計(jì)示值誤差也是如此，因此首先我們必須認(rèn)清洛式硬度誤差產(chǎn)生的主要原因和來源。我個人經(jīng)常長期的研究和實(shí)踐，以及學(xué)習(xí)廣大學(xué)者們的研究成果，發(fā)現(xiàn)洛式硬度計(jì)的示值誤差其實(shí)主要有以下幾大種來源：

首先，洛式硬度計(jì)的示值誤差的第一大來源是測量重復(fù)性引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，這主要是由于測量人員在測量過程中的操作失誤和無法避免的情況下產(chǎn)生的誤差。

其次，是由硬度計(jì)本身所具有的不確定度所產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)的不確定度。不確定度的含義是指由于測量誤差的存在，對被測量值的不能肯定的程度。反過來，也表明該結(jié)果的可信賴程度。它是測量結(jié)果質(zhì)量的指標(biāo)。不確定度愈小，所述結(jié)果與被測量的真值愈接近，質(zhì)量越高，水平越高，其使用價值越高；不確定度越大，測量結(jié)果的質(zhì)量越低，水平越低，其使用價值也越低。在報(bào)告物理量測量的結(jié)果時，必須給出相應(yīng)的不確定度，一方面便于使用它的人評定其可靠性，另一方面也增強(qiáng)了測量結(jié)果之間的可比性。

第三，是由硬度塊不確定度所引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。這主要是由于硬度塊本身的問題導(dǎo)致的測量標(biāo)準(zhǔn)的不確定度，硬度塊由于受溫度、銹蝕、環(huán)境等多方面的作用容易對自己的各種屬性產(chǎn)生一些影響，而這些影響又間接的影響了最后的測量結(jié)果的不確定性。

第四，是全洛氏硬度計(jì)的示值調(diào)整方法帶來的影響，產(chǎn)生的測量誤差

示值調(diào)整方法是以每10個硬度單位為一個硬度范圍段。如發(fā)現(xiàn)某一硬度范圍段示值超差，則通過加修正量的方法予以調(diào)整。但是這各調(diào)整方法本身就是存在著問題的，眾所周知，全洛氏硬度計(jì)的各個硬度范圍段都是相互獨(dú)立的，因此對其中一個范圍段的調(diào)整無法影響到其它的范圍段，所以這種調(diào)整必然無法保證全洛氏硬度計(jì)在整個硬度范圍內(nèi)合格。在這樣的條件下測來的數(shù)據(jù)必定會有不小的誤差，這明顯是無法避免的。目前解決此問題的方法是通過已知的硬度范圍段的修正量來確定其他硬度范圍段的修正量。但此方法麻煩而繁瑣，且并不能保證測量數(shù)據(jù)的精確。

第五，預(yù)負(fù)荷及主負(fù)荷誤差、壓入時間和負(fù)荷的保持時間對硬度值的影響間接的影響了最后的測量值，難以避免的產(chǎn)生了測量誤差。而金剛石壓頭圓錐角比名義值和壓頭的鋼球直徑比名義值也對最后的測量值有所影響。

第六，壓痕深度的測量系統(tǒng)及硬度值數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng)誤差也是最后的測量誤差的來源之一。

二、保證全洛氏硬度計(jì)的示值準(zhǔn)確的建議

根據(jù)上述產(chǎn)生誤差的原因與源頭，我個人嘗試性的給出了下列一些解決方案和建議。

第一，對于因測量人員在測量過程中的操作失誤和無法避免的情況下產(chǎn)生的誤差。前者可以通過小心謹(jǐn)慎和小心操作洛式硬度計(jì)來避免，而后者無法避免，只要以通過某些公式和計(jì)算方法來修正。

第二，硬度計(jì)本身的不確定度是無法避免的，但可以通過修正手段來修正。下述公式可以對硬度計(jì)及下文的硬度塊的誤差進(jìn)行修正：

數(shù)學(xué)模型

△h=Hm-Hb

式中：△h———硬度計(jì)的示值誤差；

Hm———硬度計(jì)示值的算術(shù)平均值；Hb———硬度塊的標(biāo)準(zhǔn)值。

第三，硬度塊的不確定度帶來的測量誤差的解決方案是在標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)境下進(jìn)行測量，盡量避免環(huán)境對硬度塊的影響，及通過修正手段來減少誤差。

第四，除了對上述誤差產(chǎn)生原因和來源進(jìn)行預(yù)防和控制外，還可以通過對全洛氏硬度計(jì)硬度范圍段的修正量確定應(yīng)采取相應(yīng)的調(diào)整措施。這一方法就是需要采取“就高原則”來對態(tài)度范圍段的修正量進(jìn)行調(diào)整。所謂就高原則指的是在進(jìn)行示值調(diào)整時，首先依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)硬度塊確定其所在的硬度范圍段的修正量，在這之后，對于其它相鄰的硬度范圍段不再不加修正，而是對與之相鄰的硬度范圍段采取就高原則確定修正量。具體的做法是調(diào)整這一級的范圍段的修正量與上一級的范圍段一到，如： 30～40 hrc范圍段修正量與40～50hrc范圍段一致。

第五，解決這些問題的方法是進(jìn)行精確調(diào)整，但卻并不能完全保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。及對最后的測量值進(jìn)行誤差修正。

第六，測量系統(tǒng)與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的誤差無法避免，只能通過制造方給定的或者科學(xué)的修正手段來進(jìn)行修正。

參考文獻(xiàn)：

[1]中國計(jì)量科學(xué)院.力值與硬度計(jì)量手冊[m].北京：中國計(jì)量出版社， 1980.

[2]史濟(jì)來.田少崗.洛氏硬度計(jì)示值誤差調(diào)整的一個誤區(qū)[A].江蘇省計(jì)量測試學(xué)術(shù)論文集（2011）[C]，2011年.

[3]張澤孟.金屬洛氏硬度計(jì)非正常偏差之探討[A].2008年江蘇省計(jì)量測試學(xué)術(shù)論文集[C]，2008年.

[4]朱清.金屬洛氏硬度計(jì)示值誤差測量結(jié)果的不確定度評定[A].江蘇省計(jì)量測試學(xué)術(shù)論文集[C]，2007年.

[5]于步翠.洛氏硬度計(jì)檢定示值誤差測量不確定的評定與表示[A].江蘇計(jì)量測試學(xué)術(shù)論文集（2009）[C]，2009年.