泸州市市场检验检测中心 四川 泸州 646000
摘 要:本文通过测量金属洛氏硬度计(以C标尺为例),分析不确定度来源,给出测量不确定度方法。
关键词:洛氏硬度计；测量；不确定度。
THE UNCERTAINTY ASSESSMENT OF INDICATION ERROR OF METALLIC ROCKWELL HARDNESS TESTING MACHINES
Liwangyang Yexiaobo
（LITC，Sichuan Province Luzhou City）
Abstract： In this paper, the source of uncertainty is analyzed by measuring metal Rockwell hardness tester (taking C scale as an example), and the measurement method of uncertainty is given.
Key words： Metallic Rockwell Hardness Testing Machines; Measurement;Uncertainty.
1.前言
随着全球市场经济的发展，质量意识的增强,对检测质量提出了越来越高的要求，为实现国与国之间检测结果的互认，保证检测质量，许多国家和国际组织在其有关标准和技术规范文件中,都不同程度地从各个角度对检测的不确定度做出了要求,如在IS09000族《质量管理和质量保证》国际标准中,涉及“检验、测量和试验设备的控制条款中都明确指出:“检验、测量和试验设备使用时,应确保其测量不确定度已知”,并“符合所要求的测量能力”。由此可见,正确表达和评定测量不确定度是当前国际上开展产品认证、体系认证和实验室认可以及国际互认协议中普遍提出的新要求。测量不确定度是定量说明测量结果质量好坏的一个参数，也是评判实验室校准能力水平的一个依据，所以本文旨在通过研究讨论不确定度评定的过程与方法，提高自身的能力水平。
2. 概述
2.1 测量依据： JJG112-2013 《金属洛氏硬度计(A,B,C,D,E,F,G,H,K,N,T标尺)》检定规程。
2.2 测量环境条件：硬度计在(23士5)°C 的环境条件下进行校准。在此温度范围以外进行校准时，不应低于10C、高于35C，温度均应在记录或证书中注明。周围环境应清洁，无振动，无腐蚀性气体。硬度计应安装稳固并调至水平。
2.3 测量用标准器：符合JJG112-2013《金属洛氏硬计(A,B,C,D,E,F,G,H,K,N,T标尺)》检定规程中周期检定要求的标准硬度块(20 ~30)HRC、(35 ~55)度块)HRC、(60 ~ 70)HRC(简称HRC低、HRC中、HRC高硬度块)。
2.4 测量对象:金属洛氏硬度计，最大允许误差：±1.5HR。
2.5 测量方法：根据JJG112-2013 《金属洛氏硬度计(A,B,C,D,E,F,G,H,K,N,T标尺)》检定规程，选用相应的试验力和压头，用标准洛氏硬度块对洛氏硬度计进行示值测量，标准洛氏硬度块贴合台面移动，在每一硬度块上重复测量6次，第1点不计，其余5点均匀分布。5次测量的算术平均值和标准硬度块值之差即为硬度计的示值误差。
3.数学模型
式中：
—硬度计的示值误差；
—硬度计示值的算术平均值；
—硬度块的标称值。
4. 各输入量的标准不确定度分量的评定
4.1输入量的不确定度
主要考虑两个方面，其一是测量重复性引入的不确定分量
，其二是由硬度计分辨力引入的不确定度分量
。
测量重复性引入的不确定分量
，来源于硬度计机构、标准硬度块的均匀度两个因素。由于硬度计示值是硬度计在标准硬度块上的不同区域测量得到的结果，其测量的特殊性是同一点不可能重复测量，所以硬度计的测量重复性已经包含了硬度块的均匀度对其示值的影响，采用A类方法进行评定。
在一台型号TH320编号0000027358000003的洛氏硬度计上，用3块（28.3HRC、45.0HRC、62.2HRC）标准洛氏硬度块分别进行连续5次测量，得到一组测量列如表1—1
表1—1 单次测量值
序号( | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 平均值 |
示值(28.3HRC) | 28.0 | 28.4 | 28.3 | 28.3 | 28.1 | 28.2 |
序号( | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 平均值 |
示值(45.0HRC) | 44.7 | 44.6 | 44.7 | 45.0 | 44.6 | 44.7 |
序号( | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 平均值 |
示值(62.2HRC) | 61.7 | 62.2 | 61.8 | 62.1 | 61.8 | 61.9 |
采用极差法得到单次实验标准差分别为：
28.3HRC： 
HRC, C值由查表得：C=2.33；
45.0HRC： 
HRC, C值由查表得：C=2.33；
62.2HRC：
HRC, C值由查表得：C=2.33。
在重复条件下连续测量5次，以5次测量的算术平均值为测量结果，即由实验标准偏差得到5次的测量重复性引入的不确定度分量分别为，
28.3HRC： 
HRC；
45.0HRC： 
HRC；
62.2HRC： 
HRC。
硬度计分辨力引入的不确定度分量
，根据硬度计分辨力为0.1HRC，估计均匀分布，采用B类评定，得：
HRC
由于重复性引入的不确定度分量包含硬度计示值的分辨力引入的不确定分量，为了避免重复计算，只取最大影响量
，舍弃
。
所以输入量的不确定度为：
28.3HRC： 
HRC；
45.0HRC： 
HRC；
62.2HRC： 
HRC。
4.2 输入量的标准不确定度
主要考虑两个方面，其一是定度硬度值的标准洛氏硬度计引入的不确定分量
，其二是硬度块的稳定性引入的不确定分量
。
定度硬度值的标准洛氏硬度计引入的不确定分量，由上级证书得出
HRC，
。则
HRC。
硬度块的稳定性引入的不确定分量，根据JJG 113-2013《标准金属洛氏硬度块(A,B,C,D,E,F,G,H,K,N,T标尺)检定规程》的规定，标准洛氏硬度块在使用周期内的稳定性对HRC高、HRC中标尺不大于0.4HRC，对HRC低标尺不大于0.6HRC，其稳定性服从均匀分布，采用B类方法进行评定，得：
28.3HRC：
HRC；
45.0HRC：
HRC；
62.2HRC：
HRC。
所以输入量的标准不确定度为：
28.3HRC：
HRC；
45.0HRC：
HRC；62.2HRC：
HRC。
5. 合成标准不确定度的评定
5.1 数学模型：
灵敏系数：
5.2标准不确定度汇总表（以28.3HRC为例）
表1—3 标准不确定度汇总表
标准不确定度分量 | 不确定度来源 | 标准不确定度 |
|
|
| 示值的测量重复性 | 0.08HRC | 1 | 0.08HRC |
| 标准硬度块 | 0.43HRC | -1 | 0.43HRC |
5.3 合成标准不确定度
的计算：
输入量与彼此独立不相关，所以合成标准不确定度可按下式计算：
即
HRC
6. 扩展不确定度的评定
标准洛氏硬度块28.3HRC：
扩展不确定度
，取k=2为：
HRC
同理，对于45.0HRC和62.2HRC标准硬度块按照以上评定方法得出相对扩展不确定度为：
标准洛氏硬度块45.0HRC：
扩展不确定度，取k=2为：
HRC
标准洛氏硬度块62.2HRC：
扩展不确定度，取k=2为：
HRC
7. 测量不确定度的报告
（标准硬度块28.3HRC）
金属洛氏硬度计示值误差测量结果的扩展不确定度为：
HRC 
（标准硬度块45.0HRC）
金属洛氏硬度计示值误差测量结果的扩展不确定度为：
HRC 
（标准硬度块62.2HRC）
金属洛氏硬度计示值误差测量结果的扩展不确定度为：
HRC
参 考 文 献
[1] JJG112-2013 《金属洛氏硬度计(A,B,C,D,E,F,G,H,K,N,T标尺)检定规程》
[2] JJF 1059.1-2012 《测量不确定度评定与表示》
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