金属材料洛氏硬度（HRC）测量不确定度评定
2015-10-17第五婷婷
第五婷婷
摘 要：在物理量测量结果中，通常会出现不确定度，所谓不确定度是指由于存在测量误差，不能准确确定被测量值的程度，也就是说，不确定度代表着测量结果的可信赖程度。在报告物理量测量结果时，给出不确定度的作用主要表现为便于使用它的人评定可靠性，同时增强测量结果的可比性。本文从洛氏硬度测量的角度进行阐述，同时对金属材料洛氏硬度不确定度评定方法进行分析，为评定金属材料落实硬度的不确定度提供参考。
关键词：不确定度；标准偏差；硬度测量
1 概述
测量对象：选择材质为45钢的钢板；
检测设备：TH300自动数显洛氏硬度计；
检测环境：室温为23.5℃，相对湿度为55%；
检测过程：按照GB/T 230.1 - 2009《金属材料 洛氏硬度试验 试验方法》的相关要求，先用硬度水平为48.2HRC的标准硬度块检测硬度计，在硬度块上选择5点测定其洛氏硬度值，当硬度计正常运行后，再测定试样的洛氏硬度，测定5点硬度值。
2 数学模型和不确定度分项的评定
2.1 测量标准物质时硬度试验机的不确定度
2.1.1 在整个试验面上，使用标准硬度块均匀分布地压出5个相应的压痕，分别测定其硬度值，试验结果如下表所示：
[＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&][测量次数
硬度HRC][1
48.2][2
47.9][3
48.1][4
48.1][5
48.0][平均值（[H] ）
48.06]
2.1.2 单次试验标准偏差
评定选择A类方法
在评定过程中，按照JJF1059—2012推荐的极差法进行计算，相应的计算公式如下所示：
SH=
其中：
R为测量结果中的最大值与最小值之差；
C为极差系数（当n=5时极差系数C=2.33）。
将R=48.2-47.9=0.3HRC、C=2.33代入上述公式，
计算结果为：SH==0.1288 HRC
2.1.3 测量标准物质时硬度试验机的不确定度
对标准物质进行测量时，硬度实验机的不确定度选择5次测量值的平均值，为u[H] ===0.0576。
2.2 试样测量重复性的标准不确定度ux
2.2.1 测量试样的硬度平均值（[x] ）
[＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&][测量次数
硬度HRC][1
50.0][2
50.2][3
50.3][4
49.9][5
50.2][平均值（）
50.12]
2.2.2 測量试样的标准偏差
在测量试样的过程中，采用极差法对测量结果的标准偏差进行处理，当n=5时，极差系数C=为2.33，将R=0.40HRC带入下列公式为
Sx===0.1717
2.2.3 评定试样测量重复性标准不确定度
对单次测量标准的不确定度进行评定：
ux=Sx=0.1717
2.3 评定标准硬度块的标准不确定度uCRM
根据GB/T 230.3-2012规定， 将rrel定为1.0%、HCMR=48.2HRC
带入下列公式：uCRM=
整理uCRM=0.1703。
2.4 评定标准不确定度uE
在硬度计误差允许的情况下，按照GB/ 230.2-2012的相关要求，洛氏硬度的允许误差Erel为1.5HRC
那么标准不确定度uE===0.8661。
2.5 评定压痕测量分辨力的标准不确定度ums
在测量过程中，测量装置的测压痕分辨率为δms=0.1HRC。
其标准不确定度ums===0.0287。
3 评定合成标准不确定度
3.1 灵敏系数
通过上述分析，汇总各标准不确定度分项，如下表所示：
标准不确定度分量汇总表
[＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&＼&][序号
1
2
3
4
5][不确定度来源
试样重复测量
洛氏硬度计
标准硬度块
最大误差
压痕测量系统分辨力][不确定度分项
ux
u
uCRM
uE
ums][标准不确定度
0.1717
0.0576
0.1703
0.8661
0.0287][H]
3.2 计算合成标准不确定度uc
在计算合成标准不确定度时，将输入量看成彼此相互独立的，同时按照下式对标准不确定度进行合成处理：
uc=
uc=
uc=0.90
4 评定扩展不确定度
置信概率P、包含因子k分别取95%和2，那么扩展不确定度U95为
U95=uc×k=0.90×2=1.80HRC
5 测量结果
X=（50.12±1.80）HRC
参考文献：
[1]GB/T8170-2008，数值修约规则与极限数值的表示和判定[S].
[2]GB/T230.1-2009，金属材料洛氏硬度试验第1部分：试验方法[S].
[3]GB/T230.2-2012，金属材料洛氏硬度试验第2部分：硬度计的检验和校准[S].
[4]GB/T230.3-2012，金属材料洛氏硬度试验第3部分：标准硬度块的标定[S].
