电线电缆绝缘材料抗张强度测量不确定度评定研究 |
| 2012-07-25 09:49 作者：guigu 来源：硅谷网 HV： 编辑： 【搜索试试】
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硅谷网7月25日消息 （原文载于《硅谷》杂志）测量不确定度是对测量结果的不可信程度或对测量结果有效性怀疑程度。建立抗张强度测量不确定度的数学评价模型，结合测量结果给出合成不确定度，并对影响其测量不确定度的分量进行简单的分析，对抗张强度的测量及其它测量不确定度的评定具有一定的借鉴意义。
电线电缆绝缘材料的抗张强度是电线电缆产品最基本的机械性能之一，它反映电线电缆产品在各种环境下能否保证正常供电安全，是反映电线电缆产品机械特性的重要指标。通过测定抗张强度可以发现生产制造工艺中的缺陷，辨别使用绝缘材料的优劣。为了提高测量抗张强度的准确性，有必要对抗张强度测量不确定度因素进行分析和研究。
1抗张强度测量依据及方法
试件制备及处理：
GB/T2951.11-2008中规定：试件尽可能使用哑铃试件，当绝缘材料不能制备哑铃试件时使用管状试件。本文研究对象为型号规格60227IEC01（BV）450/750V2.5一般用途单芯硬导体无护套电缆，所以样品为管状试件。
1.1测试环境
GB/T2951.11-2008中规定：试验应在绝缘和护套料挤出或硫化后存放至少16h方可进行，试件应在温度（23±5）℃下至少保持3h。测量应在（23±5）℃下进行。对热塑性绝缘材料有疑问时，测量应在（23±2）℃下进行。
1.2测试设备
电子万能试验机CMT4104，测量范围10kN（1级，示值误差±1%）。低倍投影仪型号DTTA，测量范围（0-25mm），极限示值误差±0.01mm。
1.3测试方法
依据GB/T2951.11-2008。
2抗张强度测量不确定度数学模型的建立
电线电缆绝缘材料抗张强度测试按照GB/T2951.11-2008，试验方法对试验设备、试样、试验步骤和试验结果及计算都有详细的阐述和规定。抗张强度测量不确定度评定的数学模型计算公式：
FF
Rm==———==―――――――
A（D-δ）δ
式中：Rm-试件的抗张强度（Ｎ／mm2）；
F-最大拉力值（Ｎ）；
A-试件的截面积（mm2）；
D-试件外径的平均值（mm）；
δ-绝缘厚度平均值（mm）。
被测量抗张强度的不确定度来源有：①最大拉力值F的测量重复性，可用A类评定方法；②拉力机最大允差引起的最大拉力值F的测量不确定度，可用B类评定方法；③试件的截面积A的测量不确定度，可用B类评定方法。
3输入量测量不确定度的评定
3.1输入量F测量的标准不确定度评定
输入量F有2个不确定度来源：最大拉力值F的测量重复性，采用A类评定方法；最大拉力值F的测量不确定度，采用B类评定方法。
1）最大拉力值F的测量重复性引入的标准不确定度UA（F）评定。从被测试样中随机取有效长度100mm的试件10根，按照GB/T2951.11-2008的规定，将被测试样正确地夹持在电子拉力机的上、下夹头中，以一定的速度进行10次拉断力的测量，并记录相应的拉断力Fi（i=1，2，……10）。10次测量结果如表1所示。应用贝塞尔公式计算单次测量的标准偏差S（F）。因为抗张强度测量结果只由1次测量给出，所以重复性引入的标准不确定度UA（F）等于单次测量的标准偏差S（F）：
UA（F）=S（F）=/10-1=0.47（N）
其相对标准不确定度UA’（F）为：
UA’（F）=UA（F）/=0.47/102.51=0.46%
式中F平是10根长度为100mm的被测样品拉断力的测量平均值。
表1同一样品多次测量结果
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
F 101.65 102.72 100.77 105.04 102.65 103.42 104.23 100.84 101.50 102.30
Rm 15.31 15.47 15.18 15.82 15.46 15.57 15.70 15.19 15.29 15.41
=102.51N=15.44N/mm2=3.4mm=0.82mm
Fi-F平 -0.86 0.21 -1.71 2.53 0.14 0.91 1.72 -1.67 1.01 -0.21
2）拉力机最大允差引起的最大拉力值F的测量重复性引入的相对标准不确定度UB1’（F）评定电子万能试验机的最大允许示值误差为±1%.测量值落在区间内的概率分布为均匀分布。区间半宽度a1=1.0%，包含因子k1=。其相对标准不确定度UB1’（F）：
UB1’（F）=a1/k1=1.0%/=0.577%
3）拉力机分辨力引入的不确定度UB2’（F），采用B类评定方法。该拉力机的分辨力f为0.01N，根据文献资料[2]得出引人的相对标准不确定度为UB2’（F）=0.29%。
4）输入量F测量的相对合成标准不确定度Uc（F）评定。
不确定度分量UA’（F）、UB1’（F）、UB2’（F）互不相关，采用方和根方法合成：
Uc（F）==0.79%
3.2输入量D、δ的测量相对标准不确定度评定
1）尺寸测量重复性引入的不确定度。由于在实际操作中是按GB/T2951.11的规定测量1次，即k=1，测量结果服从正态分布。根据文献资料[2]得出引人的不确定度为U1’（D）=U1’（δ）=0.0051mm，相对标准不确定度：
U1’（D）=0.0051/3.4=0.0015%
U1’（δ）=0.0051/0.82=0.0062%
2）低倍投影仪示值误差引入的测量不确定度U2（D）、U2（δ），本次试验使用的投影仪的最大允许示值误差为±1%.测量值落在区间内的概率分布为均匀分布。区间半宽度a1=1.0%，包含因子k1=。其相对标准不确定度为U2’（D）=U2’（δ）=1%/=0.557%。
3）尺寸测量的相对合成标准不确定度评定。
不确定度分量U1’（D）、U1’（δ）、U2’（D）、U2’（δ）互不相关，采用方和根方法合成：
Uc’（D）==0.557%
Uc’（δ）==0.557%
3.3环境温度变化引入的不确定度
在本试验中环境温度保持在（23±1）℃进行，对样品的尺寸及拉力结果引起的不确定度很小，这里忽略不计。
4合成相对标准不确定度
因试样外径和绝缘厚度的平均值、拉力机的测量所引入的不确定度之间彼此独立不相关，则可用方和根的方法及数学模型计算灵敏系数，得出合成相对标准不确定度：
Uc’（Rm）=Uc（Rm）/Rm==2.42%
其中：灵敏系数C1=Rm/F=0.15；C2=Rm/D=-5.82；C3=Rm/δ=-12.69
5抗张强度Rm的扩展不确定度
根据惯例，取包含因子k=2，被测量抗张强度Rm之值分布的95%可望含于此区间：
U’（Rm）=kUc’（Rm）=4.84%
6测量结果的报告
6.1测量结果最大拉力值F测量结果=102.51N
该样件的截面积A=（D-δ）δ=6.64mm2
该电缆绝缘老化前抗张强度Rm测量结果为Rm=F/A=15.44N/mm2
6.2测量不确定度报告
测量电缆60227IEC（01）BV2.5mm2绝缘老化前抗张强度Rm的相对扩展不确定度为：
U’（Rm）=kUc’（Rm）=4.84%
或者：U（Rm）=RmU’（Rm）=15.444.84%N/mm2=0.747N/mm2
包含因子k=2，置信概率p=95%。
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