攜帶式洛氏硬度計(jì)的量值傳遞及影響量的分析與研究

郭貴勇　馬興

【摘 要】介紹了攜帶式洛氏硬度計(jì)的工作原理和用途，建立了攜帶式洛氏硬度計(jì)的測(cè)量模型，分析了各不確定度分量主要來(lái)源。結(jié)合測(cè)量實(shí)例具體數(shù)據(jù)，對(duì)其合成不確定度進(jìn)行分析評(píng)定，對(duì)各不確定度分量進(jìn)行計(jì)算并得出合成不確定度和擴(kuò)展不確定度，最終可得出該項(xiàng)目的校準(zhǔn)測(cè)量能力，為我國(guó)冶金等行業(yè)提供的技術(shù)支撐。

【關(guān)鍵字】攜帶式洛氏硬度計(jì);量傳傳遞;影響量;不確定度評(píng)定

0 引言

攜帶式洛氏硬度計(jì)主要適用于測(cè)量不易搬動(dòng)的大、中型金屬工件的材料硬度，廣泛應(yīng)用治金工廠，機(jī)械企業(yè)及材料庫(kù)。

1 攜帶式洛氏硬度計(jì)的校準(zhǔn)

用符合JJG113-2013《標(biāo)準(zhǔn)金屬洛氏硬度塊》中規(guī)定的（60～70）HRC標(biāo)準(zhǔn)塊對(duì)洛氏硬度計(jì)（以下簡(jiǎn)稱硬度計(jì)）進(jìn)行示值測(cè)量，在每一硬度塊上重復(fù)測(cè)量5次，剃除異常值，其5次測(cè)量的算術(shù)平均值與硬度塊標(biāo)準(zhǔn)值之差即為硬度計(jì)的示值誤差。

2 攜帶式洛氏硬度計(jì)測(cè)量結(jié)果的不確定度評(píng)定

2.1 測(cè)量模型

δ=Hm-Hb

式中：δ——硬度計(jì)的示值誤差;

Hm——硬度計(jì)示值;

Hb——硬度塊的標(biāo)準(zhǔn)值。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評(píng)定

2.2.1 輸入量Hm的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Hm）的評(píng)定

輸入量Hm的標(biāo)準(zhǔn)不確定度來(lái)源主要由以下兩個(gè)部分構(gòu)成：

（a）硬度計(jì)示值重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分項(xiàng)u1（Hm）;

（b）硬度計(jì)的分辨力引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分項(xiàng)u2（Hm）。

2.2.2 硬度計(jì)示值重復(fù)性引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分項(xiàng)u1（Hm）的評(píng)定：

硬度計(jì)的示值重復(fù)性來(lái)源于硬度計(jì)示值和標(biāo)準(zhǔn)硬度塊的均勻度兩個(gè)因素，由于硬度計(jì)示值是硬度計(jì)在標(biāo)準(zhǔn)硬度塊上不同區(qū)域測(cè)得的結(jié)果，其測(cè)量的特殊性是同一點(diǎn)不可能重復(fù)測(cè)量，硬度計(jì)示值重復(fù)性已包含了標(biāo)準(zhǔn)塊均勻度對(duì)其示值的影響。采用A類方法進(jìn)行評(píng)定。

用一塊硬度值為61.3HRC的標(biāo)準(zhǔn)塊在一臺(tái)硬度計(jì)上進(jìn)行連續(xù)5次測(cè)量，得到一測(cè)量列，其測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 硬度計(jì)示值的測(cè)量列

其所求的平均值：

Hm=■■H■=61.5HRC

單次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差：

s=■=0.2HRC

實(shí)際測(cè)量中，每塊標(biāo)準(zhǔn)塊在重復(fù)性條件下連續(xù)測(cè)量5次，取其值為測(cè)量結(jié)果。則

u1（Hm）=■=■=0.089HRC

2.3.1 硬度計(jì)的分辨力引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分項(xiàng)u2（Hm）的評(píng)定

硬度計(jì)示值讀數(shù)鼓輪的分度值為1個(gè)硬度單位，分辨力導(dǎo)致的示值誤差限為±0.1個(gè)硬度單位。即其分散區(qū)的半寬a為0.1個(gè)硬度單位，按矩形分布，采用B類方法進(jìn)行評(píng)定，則

u2（Hm）=■=■=0.058HRC

2.3.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Hm）的計(jì)算：通過(guò)不確定度分項(xiàng)u1（Hm）和u2（Hm）可計(jì)算出u（Hm）

u2（Hm）=u■■（Hm）+u■■（Hm）

則

u（Hm）=■=0.106HRC

2.3.3 輸入量Hb的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（Hb）的評(píng)定

標(biāo)準(zhǔn)塊的不確定度由定值證書給出，采用B類方法進(jìn)行評(píng)定。

標(biāo)準(zhǔn)塊校準(zhǔn)證書給出其擴(kuò)展不確定度不大于0.7HRC，包含因子k=3，則

u（Hb）=■=■=0.233HRC

2.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

2.4.1 靈敏系數(shù)

由測(cè)量模型δ=Hm-Hb得：

c1=■=1，c2=■=-1

2.4.2 主要標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表

2.4.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算

輸入量Hm和Hb彼此獨(dú)立，互不相關(guān)，所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

u■■（δ）=[c1·u（Hm）]2+[c2·u（Hb）]2

則

u■（δ）=■=0.26HRC

2.5 擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算

取包含因子k=2，則

U=kuc（δ）=2×0.26=0.6HRC

2.6 測(cè)量不確定度的報(bào)告與表示

攜帶式洛氏硬度計(jì)示值誤差測(cè)量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度為：U=0.6HRC，它是由合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc=0.26HRC和包含因子k=2之乘積得到。

3 結(jié)語(yǔ)

保證攜帶式洛氏硬度計(jì)的準(zhǔn)確性，通過(guò)校準(zhǔn)等方法實(shí)現(xiàn)量值的溯源性，在冶金等行業(yè)的質(zhì)量控制中起到重要作用;本文介紹我院對(duì)攜帶式洛氏硬度計(jì)進(jìn)行校準(zhǔn)方法和不確定度評(píng)定方法。

【參考文獻(xiàn)】

[1]國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.JJF1594-2016，《攜帶式洛氏硬度計(jì)校準(zhǔn)規(guī)范》[S].北京：中國(guó)質(zhì)檢出版社，2016.

[2]國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.JJG113-2013，《標(biāo)準(zhǔn)金屬洛氏硬度塊》[S].北京：中國(guó)質(zhì)檢出版社，2013.