电线电缆绝缘低温拉伸试验不确定度评定研究

季 红

（江苏省产品质量监督检验研究院，江苏南京210007）

电线电缆绝缘低温拉伸试验不确定度评定研究

季 红

（江苏省产品质量监督检验研究院，江苏南京210007）

低温拉伸试验是电线电缆的一项常规试验项目，主要用于考核电线电缆的绝缘、护套在低温环境下的机械应力性能，通过断裂伸长率指标判断产品质量是否合格。通过大量的试验研究了低温拉伸试验测量不确定度的来源，建立了数学模型，并对不确定度分量进行了评定，给出了扩展不确定度。

电线电缆；低温拉伸；测量不确定度

0 引 言

低温拉伸试验是电线电缆的一项常规试验项目，主要用于考核电线电缆的绝缘、护套在低温环境下的机械应力性能，通过断裂伸长率指标来判断产品质量是否合格。本文根据GB/T 2951.14-2008/ IEC 60811-1-4-1985《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法 第14部分通用试验方法---低温试验》标准进行低温拉伸试验，通过大量的试验研究分析低温拉伸试验测量不确定度的来源，建立数学模型，并对不确定度分量进行了评定，给出扩展不确定度。

1 试验方法概述

1.1 测量依据

电线电缆低温拉伸试验按照GB/T 2951.14-2008/IEC 60811-1-4-1985进行。

1.2 环境条件

标准规定，试验设备和试件应在有关电线电缆标准规定的温度下进行预冷却处理。当试验设备和试样一起在空气中冷却时，冷却时间应至少4 h，如设备已预冷，冷却时间可缩短至2 h，如试验设备和试样均已预冷，则将试样固定在试验设备上的冷却时间应不小于1 h。

根据本次评定测试对象，测试环境温度为-15℃，选择设备预冷4 h，试样固定在试验设备上2 h后进行试验。

1.3 测试样品

规格型号为60227 IEC01（BV）450/750V 1× 50 mm2一般用途单芯硬导体无护套电缆。

1.4 测量设备

本次试验装置为WD270C型低温试验箱、DLY/ A型低温拉伸试验仪。

1.5 测量过程

采用测量夹头位移距离的方法，自由长度为（30±0.5）mm，夹好试样，按拉伸键，试验开始，自动记录数据，等到最后一个试样拉断后，自动停车，主界面显示拉伸距离和伸长率值。

2 不确定度来源分析

式中：E为伸长率；L0为初始标距；ΔL=L-L0为试样断裂时伸长的长度。

由式（1）可以看出，计算结果与试验仪器的长度测试显示数据有关，即和L、L0相关，此外，温度以及拉伸速度也是影响测量结果的主要因素。

低温拉伸试验结果计算公式为：

低温拉伸试验仪采用钢质材料，其线性膨胀系数在（-8.5～12.2）×10-6/K之间。由于温度变化产生的线性膨胀是微量的，100 mm长度的线性钢材由于温度降低产生的微观变量为8.5×10-4mm，这对测量不确定度的影响非常小，可以忽略不计。

通过以上分析，我们可以初步确定不确定度来源主要有四个：测量结果的分散性；试验仪器固有误差；拉伸速度；试验温度。

3 数学模型建立

根据不确定度来源，该测试系统不确定度评定的数学模型为

4 输入量的标准不确定度评定

低温拉伸测试不确定分量可分为两部分来评定。一是测试过程中由于样品不均匀性、测试结果离散性带来的不确定度分量，通过数学统计即A类评定方法来确定；二是由试验仪器固有误差、试验温度产生的不确度定分量，这些分量无法通过统计学的方法获取信息，需要通过其他的途径即B类评定方法来确定。

4.1 A类评定

（1）测试过程中随机产生的不确定度分量

从同一试样上连续取30个试件，进行多次重复测量。测试中，初始标距 L0=30 mm，温度为-15℃，速度为25 mm/min。测试结果见表1。为30个测量结果的算术平均值，可求得= 142.67%，取=143%。s（）为本次测量的标准差，由式（3）计算，s（）=0.99%。

（2）拉伸速度带来的不确定度分量

本测试系统中，拉伸速度由仪器自身预先设定。查仪器设备校准报告，对于负载聚氯乙烯样品，拉伸速度处于24.27～25.01 mm/min之间，其速度变化远小于标准中（25±5）mm/min的要求，其带来的不确定度分量可通过多次测量的重复性测试体现，以避免重复计算。

表1 60227 IEC 01（BV）低温拉伸测量结果 （单位：%）

4.2 B类评定

（1）拉伸测试仪固有误差引入的不确定度

式（2）中的仪器固有误差引入不确定度的灵敏度系数可由式（4）计算：

其中灵敏度系数计算公式为：

根据仪器设备说明书，并查校准报告，测量显示数据最大可能误差为0.15 mm，给定初始标距L0的偏差u（L0）=0.15 mm，拉伸测试仪的长度测量偏差u（L）=0.15 mm。通过式（4）可得：

（2）试验温度误差引入的不确定度

为了验证试验温度偏差产生的影响，分别在温度的上限和下限状态下进行试验，拉伸速度为25 mm/min，试验数据见表2、表3。从表2计算可得=143.21%，S1（）=1.2605%。从表3计算可得=142.00%，S2（）=1.1719%。

表2 -14℃的低温拉伸试验结果 （单位：%）

表3 -16℃的低温拉伸试验结果 （单位：%）

从表2、表3中可以看出，不同的测量环境对试验结果存在一定的影响。将表1、表2、表3中的数据绘制成曲线如图1所示。

图1 温度与断裂伸长率的关系

由图1中可以看出，测试结果在-14～-16℃区间呈较好的线性变化趋势，在该区间内可认为温度和测量结果为线性关系，通过数据拟合，其关系可表达为：

式中：a，b为待测常数。根据-14℃和-16℃两个温度点的测量结果，可得a=1.5168，b=0.00605。则式（8）为：

试验温度影响带来的不确定度系数为0.00605℃-1。

试验温度偏差引入的不确定度分为三个方面，分别为温度偏差、温度波动、温度均匀度引入的不确定度，记为u（t1）、u（t2）、u（t3），查阅设备校准报告可知，所用低温试验箱在 -15℃时，温度偏差为+0.2℃，温度波动度为 ±0.05℃，温度均匀度为±0.5℃。按照均匀分布，取k为2，可得：

u（t1）、u（t2）、u（t3）为相互独立的不确定分量，故得：

则试验温度带来的不确定度分量为

5 合成标准不确定度的评定

该试验系统不确定度分量如表4所示。

表4 各不确定度分量计算结果及比较

合成不确定度为：

6 扩展不确定度的评定

如表4，取包含因子k=2，则扩展不确定度为U（E）=2uc=2%。测量结果可表示为伸长率（143±2）%，k=2。

7 结束语

本测试系统在-15℃、拉伸速度为25 mm/min的试验条件下，测得60227 IEC01（BV）1×50 mm2绝缘材料的低温伸长率为（143±2）%，k=2。低温拉伸试验是考核电线电缆产品质量在低温状态下物理机械性能的一项重要指标。本文从测试仪器、拉伸试验长度、试验温度等环节研究了测试系统测量不确定度的贡献，对该项目测试准确度的提高具有参考意义。

［1］ GB/T 2951-2008 电缆和光缆绝缘护套材料通用试验方法［S］.

［2］ 国家质量技术监督局计量司组编.测量不确定度评定与表示指南［M］.北京：中国计量出版社，2000.

Research on UM of Low-Tem perature Strength Test of W ires and Cables

JIHong
（Jiangsu Province Institute of Quality Inspection and Testing，Nanjing 210007，China）

Low-temperature strength test is concerned on resistance stretching performance of insulation or sheathmaterials，and the test resultof elongation is compared with the judgment standard.Themost test research on the branch of UM，and themathematicalmodel is given.Expanded uncertainty is given also.

wires and cables；low temperature strength test；uncertainty ofmeasurement

TM206

A

1672-6901（2014）01-0031-03

2013-03-07

季 红（1978-），女，高级工程师.

作者地址：江苏南京市光华东街5号［210007］.