金属布氏硬度计示值误差测量结果的不确定度评定

林勋安

摘要： 本文对金属布氏硬度测量不确定度进行了评定，分析了各测量不确定度主要来源，并对各个分量进行了量化，求出了合成不确定度和扩展不确定度。

Abstract： This paper evaluates the uncertainty in the hardness measurements using metal Brinell hardness testers. The main sources of measurement uncertainty are investigated and the calculations of combined and expanded uncertainties is conducted for metal Brinell hardness measurements.

关键词： 布氏硬度；测量；不确定度；评定

Key words： Brinell hardness；measurement；uncertainty；evaluation

中图分类号：TH87 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）14-0213-02

0 引言

“硬度”广泛应用于工农业生产、科学实验、国防建设，搞好硬度计量和测试，建立标准有着重要意义。开展金属布氏硬度检定之前，必须对金属布氏硬度测量不确定度进行正确评价并建立计量标准装置，以保证布氏硬度量值传递的统一和准确可靠。

本文对金属布氏硬度测量不确定度进行了评定，分析了各测量不确定度主要来源，并对各个分量进行了量化，求出了合成不确定度和扩展不确定度。

1 概述

①测量依据：JJG150-2005《金属布氏硬度计检定规程》。

②环境条件：室温（18～28）℃。，在此温度下检定，由于温度影响引入的不确定度可忽略不计。

③测量标准：标准布氏硬度块。

④被测对象：金属布氏硬度计。

⑤测量方法：用符合要求的布氏硬度块对布氏硬度计（以下简称硬度计）进行示值测量，在硬度块上重复测量5次（？准10mm钢球为3次），5次测量的算术平均值与硬度块标准值之差即为硬度计的示值误差。

⑥评定结果的使用：在符合上述条件下的测量，一般可使用本不确定度的评定方法。

2 测量模型

h=Hm-Hb

式中：？驻h——硬度计的示值误差；

Hm——硬度计示值的算术平均值；

Hb——硬度块的标准值。

3 标准不确定度分量的评定

3.1 Hm的标准不确定度u（Hm）的评定

Hm的不确定来源主要是：硬度计的测量重复性引起的，来源于所选用的硬度计和标准硬度块的均匀度两个因素。由于测量时是在硬度块不同区域进行的，所以硬度计的测量重复性已经包含了硬度块均匀度对示值的影响，采用A类方法进行评定。

选一台硬度计，用一块190HBS10/3000的标准氏硬度块进行连续10次测量，得到一测量结果见表1。

3.2 Hb的标准不确定度u（Hb）的评定

Hb的标准不确定度来源主要有以下两部分构成：

①定度硬度块的工作基准布氏硬度计引入的分项

u（Hb1）；

②标准硬度块稳定度引入的分项u（Hb2）。

两者彼此独立互不相关。

3.2.1 u（Hb1）的评定

标准布氏硬度块是在工作基准布氏硬度计上标定的，由定值证书给出，以B类方法评定。依参照文献，工作基准布氏硬度计的扩展不确定度为0.7%，包含因子k=3，在190HBS10/3000标尺时u（Hb1）=190×=0.44HB。

3.2.2 u（Hb2）的评定

根据实际经验和有关文献，硬度块在周期内使用时的稳定度对（150～600）HBS不过超过0.3%，采用B类方法进行评定。在190HBS10/3000标尺时则：urel（Hb2）=0.173%。

对于190HBS10/3000标尺时则：u（Hb2）=190×0.173%=0.33HB。

3.2.3 输入量Hb的标准不确定度u（Hb）的计算

u2（Hb）=u2（Hb1）+u2（Hb2）=0.442+0.332？圯u（Hb）=0.55HB

4 合成不确定度的评定

4.1 灵敏系数

4.2 合成不确定度评定相关数据综合表（表2）

4.3 合成标准不确定度的计算

输入量Hm与Hb彼此独立互不相关，所以

5 扩展不确定度评定

k=2則扩展不确定度为U=2×0.76=1.52HB

6 测量不确定度的报告与表示

金属布氏硬度计示值误差测量结果在190HBS10/3000标尺处的扩展不确定度为U=1.52HB，k=2。

7 结束语

随着社会、经济和科学的进步和发展，“硬度”广泛应用于工农业生产、科学实验、国防建设的不同场合。只有对相关不确定度的概念进行充分理解，才能合理对测量不确定度进行应用，使其结果更准确可信度更高。

参考文献：

[1]JJF1059.1-2012，测量不确定度评定与表示[S].中国计量出版社出版.

[2]JJG150-2005，金属布氏硬度计[S].中国质检出版社出版.

[3]张一，陈鑫.布氏硬度计检定和故障分析[J].科技创新与应用，2016（36）.