电线电缆绝缘材料抗张强度测量结果不确定度分析与评定

赵静 王洪建 司志泽 李雷鸣 赵丽瑾 戚威

（山东省产品质量检验研究院 山东济南 250100）

电线电缆绝缘材料抗张强度测量结果不确定度分析与评定

赵静 王洪建 司志泽 李雷鸣 赵丽瑾 戚威

（山东省产品质量检验研究院 山东济南 250100）

本文介绍了分析与评定电线电缆绝缘材料抗张强度不确定度的意义，分析了其测量不确定度的主要来源，确定了不确定度的评定方法，并依此建立数学模型，针对具体样品得出评定结果，对抗张强度及其它测量结果的不确定度评定具有一定的借鉴意义。

电线电缆绝缘材料；抗张强度；不确定度；评定；分析

由于人们认知能力的限制和测试技术的不完善，被测量的“真值”通常是不可知的，也是测不到的。在实际测量中能得到的仅仅是“合理赋予被测量的值”，它表示测量结果的一个范围，被测量的真值以一定的概率落在这个范围内，这些值的分散性就是不确定度。

绝缘老化前后抗张强度是考核电线电缆机械性能的重要指标之一，也是电线电缆产品项目检验中的最常见项目之一。通过测量抗张强度就可以判定其所使用原材料好坏及生产制造工艺的稳定性。为了提高测量抗张强度的准确性及检验实验室的检测能力，有必要对抗张强度测量结果的不确定度因素进行分析与评定。

1 检测依据与方法

1.1 试样制备及处理

本文的研究对象的型号规格是60227IEC 01(BV) 450/750V 1×4，一般用途单芯硬导体无护套电缆，样品为管状试件。

1.2 评定依据

本次测量结果不确定度的评定按照标准JJF_1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》中的方法进行。

1.3 检测前准备与环境

取5段绝缘线芯试样，将其裁成约100mm，抽出导体，存放不小于16h。本次实验环境温度为(23±2)℃。满足GB/T 2951.11-2008中规定。

1.4 检测设备

微电脑拉力试验机，型号GT-7010-AE，测量范围500N(1级，示值误差±1%)；数字式测量投影仪，型号CPJ-3007，测量范围0～50mm，极限示值误差±0.005mm。

1.5 检测步骤

在试样中间处截取一个尽可能薄的试件，用投影仪测量其外径D和绝缘厚度δ，计算截面积

A=π（D-δ）δ；然后，以250mm/min移动速度进行拉力测试直至断裂，记录最大拉力值。

2 数学模型与测量结果不确定度主要来源分析

2.1 数学模型建立

按照GB/T 2951.11-2008的规定：管状绝缘试样抗张强度的计算公式为：

式中：Rm为管状绝缘试样的抗张强度值（N/mm2）；

F为试样断裂时的最大拉力值（N）；

D为试样外径的平均值（mm）；

δ为试样绝缘厚度的平均值（mm）。

2.2 测量结果不确定度主要来源分析

从式（1）中可以看出，影响绝缘抗张强度测量不确定度的因素有最大拉力值F、外径D和厚度δ。其中影响最大拉力值F因素的有测量重复性、微电脑拉力试验机示值误差和试验机分辨力；影响D和δ的因素有，尺寸测量重复性，测量投影仪示值误差。同时，由于本次试验温度为(23±2)℃，相对比较稳定，对样品的尺寸及拉力测量结果引起的不确定度很小。因此，不将环境温度作为不确定度因素进行评定。

根据分析和不确定度的传播定律可以得出：

其中：

3 结果不确定度的评定

3.1 拉力F检测不确定度评定

影响最大拉力值F因素的有测量重复性，采用A类评定方法；微电脑拉力试验机示值误差和试验机分辨力采用B类评定办法，故：

（1）测量重复性引入的误差u1（F）

根据GB/T 2951.11-2008规定，从被测试样选取五根试件进行试验，其最大拉力值F测量结果如表1。因为计算抗张强度选用最大拉力值的中间值，所以根据贝塞尔公式得单次测量的标准偏差：

（2）微电脑拉力试验机示值误差u2（F）

微电脑拉力试验机的最大允许示值误差为±1%。测量值呈均匀分布。区间半宽度a1=1.0%，包含因子k1=。其示值误差为：

（3）试验机分辨力引入的误差u3（F）

该拉力机的分辨力f为0.01N，根据参考文献[1]得出引入的误差：

u3（F）=0.01*0.29% （6）

综上所述：

3.2 试件尺寸外径D和厚度δ的不确定度评定

试件的尺寸外径D和厚度δ，在实际中是按GB/T 2951.11-2008的规定，切取一个试片径向测量六个点厚度，取其平均值作为厚度δ；在互相垂直的两个方向测量其外径，取平均值得外径尺寸D。因此，影响试件尺寸外径D和厚度δ的不确定度评定的主要因素有数字式投影仪示值误差和分辨力，采用B类评定方法。试件尺寸检测结果如表2、表3。

（1）数字式投影仪示值误差引入的测量不确定度u1（D）、u1（δ）；

本次实验所使用的数字式投影仪的示值误差为±0.005mm，误差呈均匀分布，取k=，则：u1（D）=u1（δ）=0.0029mm。

（2）由于只测量一次，即k=1，测量结果服从正态分布，根据参考文献[1]，所引入的不确定度u2（D）=u2（δ）=0.0051mm。

综上所述：

表1 最大拉力值F测量结果

表2 试件尺寸厚度δ检测结果

表3 试件尺寸外径D检测结果

3.3 环境温度变化引起的不确定度

在本实验中，环境温度为（23±2）℃，对试样的尺寸及最大拉力值测量结果引起的不确定度忽略不计。

4 合成标准不确定度

因试样厚度、外径和最大拉力的测量所引入的不确定度之间彼此独立不相关，则抗张强度合成标准不确定度为：

5 扩展不确定度

由上可以得出，最大拉力的测量值所引入的不确定度分量是评定抗张强度测量结果不确定度最主要的分量；它满足正态分布。包含因子k=2，于是扩展不确定度评定为U（Rm）=k×u（Rm）≈≈0.34N/mm2。

6 测量结果的报告

该电缆60227IEC 01(BV) 450/750V 1×4绝缘老化前抗张强度测量结果为：

Rm= 16.7N/mm2；U（Rm）=0.34N/mm2；k=2；置信概率约为95%。

[1] CNAS-GL10：2006材料理化检验测量不确定度评估指南及实例.中国计量出版社, 2007.

Analysis and evaluation for the uncertainty of measurement results of tensile strength concerning wire and cable insulation materials

ZHAO Jing WANG Hongjian SI Zhize LI Leiming ZHAO Lijin QI Wei
（Shandong Product Quality Inspection Research Institute Jinan 250100）

Introduces the significance of analysis and evaluation of wire and cable insulation material tensile strength uncertainty, analyzes the main sources of the uncertainty of the measurement, determine the evaluation method of uncertainty, and set up the mathematical model, according to the specific samples showed that the evaluation results, there has certain reference the meaning of evaluation for the tensile strength and other measuring result uncertainty.

Wire and cable insulation materials; Tensile strength; Uncertainty of measurement; Evaluation; Analysis