皮革抗张强度的不确定度评定

杨泽文

（深圳市计量质量检测研究院，广东深圳518131）

皮革抗张强度的不确定度评定

杨泽文

（深圳市计量质量检测研究院，广东深圳518131）

首先介绍了皮革抗张强度的测量方法，依据QB/T 2710-2005《皮革物理和机械试验抗张强度和伸长率的测定》标准测试皮革抗张强度，通过建立数学模型，对测量过程中的不确定度来源进行了分析，找出了影响抗皮革张强度测量结果的主要因素，按照JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》的方法，对不确定度各个分量进行了评定、合成，最后给出了合成不确定度和扩展不确定度，同时对降低测量结果的不确定度提出了2点具体建议。

数学模型；抗张强度；测量；不确定度；评定

1　引言

抗张强度是皮革的重要力学性能指标。本文依据JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》对皮革抗张强度测量的不确定度进行了评定，找到引起测量结果不确定度的主要来源并加以分析，为提高检测结果的可靠性提供依据。

2　概述

2.1试验依据

基于行业标准QB/T 2710-2005《皮革物理和机械试验抗张强度和伸长率的测定》进行检测。

2.2环境条件

试样在温度（20±2）℃、湿度（65±5）RH%的状态下调节48 h，并在此条件下进行测试。

2.3测试仪器

电子万能材料试验机，I级精度，皮革厚度测定仪，游标卡尺。

2.4测试对象

皮革抗张强度。

2.5试验步骤

按QB/T 2707-2005要求用标准规格的模刀从粒面切取6个试样，3个试样的长边平行于背脊线方向，3个试样的长边垂直于背脊线方向。按 QB/T 2707-2005进行空气调节后，调整拉力试验机，使拉力试验机上下夹具之间的距离为50 mm，将试样置于拉力试验机的上下两夹具中，使夹具的边沿与试样的夹持线AB、CD线平齐，并确保试样粒面在同一平面上，并且要松紧适宜，以防止试样滑脱和断裂在夹具内，输入拉伸试验工作部分的宽度和事先用厚度计测得的试样厚度，然后在标准试验条件下以（100±20）mm/min的拉伸速度拉伸试样，直至试样被拉断，拉力试验机的力值传感器测出断裂力，并按公式计算出抗张强度，计算平均值，修约。

3　建立数学模型

式中：Tn——被测量的抗张强度之值，N/mm2；

图1　皮革抗张强度不确定度分量主要来源

F——试验时的最大力值，N；

w——试样的平均宽度，mm；

t——试样的平均厚度，mm。

4　不确定度的主要来源和分析

从抗张强度的数学模型公式分析可知，皮革抗张强度测量结果的不确定度的主要来源有：

（1）抗张强度重复性测量引起的标准不确定度；

（2）试样工作部分初始横截面积（宽度和厚度）测量引起的不确定度。包括裁刀模具精度引起的宽度不确定度、厚度重复性测量带来的不确定度、皮革厚度测定仪精度带来的不确定度。其中，制样的重复性、厚度测量的重复性等引起的不确定度可以集中体现在厚度重复性测量的不确定度中；

（3）拉伸力测量引起的不确定度，包括测力计示值误差带来的不确定度、校准测力计用的标准测力计的精度带来的不确定度、拉力机重复测量引起的不确定度；其中，样品的均匀性、夹持状态不理想、拉伸速度均匀性等随机效应引起的不确定度可以集中体现在拉力机重复测量引起的不确定度中；

（4）拉力试验机数显系统的数字修约带来的不确定度。列出不确定度的主要来源图，见图1。

5　不确定度的评定

5.1抗张强度重复性测量引起的不确定度

抗张强度是被测某一批相同试片的特性，在这些试片上裁取的试样之间的差异带来的不确定度可用这些试样重复测量来评价。本试验以平行于背脊线方向在同一张皮革上裁取10个试样进行抗张强度测试。测试结果见表1。

采用A类方法评定，由贝塞尔公式得出其实验标准偏差：

表1　皮革抗张强度测试结果

表2　皮革试样宽度测量结果

表3　皮革试样厚度测量结果

式中：Ti——某次测量结果；

T¯——n次测量所得一组测得值的算术平均值；

n——测量次数，n=10。

实际测量的试验结果是以3片试样的平均值作为测量结果，则重复测量所引起的标准不确定度为：

5.2试样工作部分初始横截面积（宽度和厚度）测量带来的不确定度

5.2.1宽度测量不确定度

5.2.1.1宽度重复测量不确定度

用游标卡尺对同一试样宽度重复测量10次，其测量值如表2所示。

采用A类方法评定，由贝塞尔公式得出其实验标准偏差：

式中：wi——某次测量结果；

w¯——同组测试结果的算术平均值；

n——测量次数，n=10。

而在实际实验中，宽度实际测量的试验结果是取每片试样工作部分6处宽度的平均值，因此宽度重复测量引起的不确定度为

5.2.1.2数显游标卡尺精度带来的不确定度

数显游标卡尺的最大允许误差为±0.01 mm，采用B类方法评定，认为示值呈矩形（均匀）分布，取置信因子，测量宽度所用的数显游标卡尺引起的标准不确定度为：

5.2.1.3宽度测量带来的总的不确定度

u1（w）与u2（w）分量彼此独立不相关，所以：

=0.007 mm

宽度测量的相对标准不确定度为：

5.2.2厚度测量不确定度

5.2.2.1厚度重复测量不确定度

表3是对同一个试样的厚度进行重复测量10次的测量值，结果如下：

采用A类方法评定，由贝塞尔公式得出其实验标准偏差：

=0.017 mm

式中：ti——某次测量结果；

t-——同组测试结果的算术平均值；

n——测量次数，n=10。

而在实际实验中，厚度实际测量的试验结果是取每片试样工作部分3处厚度的平均值，因此厚度重复测量引起的不确定度为

5.2.2.2皮革厚度测定仪精度带来的不确定度

皮革厚度测定仪的分辨率δx为0.001 mm，采用B类方法评定，则区间半宽为，认

=0.0003 mm

5.2.2.3厚度测量带来的总的不确定度

u1（t）与u2（t）分量彼此独立不相关，所以：

厚度测量的相对标准不确定度为：

初始横截面积是由宽度和厚度相乘而得的，由于宽度测量分量与厚度测量分量彼此独立不相关，则由初始横截面积测量带来的相对标准不确定度为：

5.3拉伸力测量引起的不确定度

5.3.1测力计示值误差带来的不确定度

拉力试验机的准确度等级为1级，示值误差为±1%，其半宽区间为1%，采用均匀概率分布处理，按B类方法评定，则测力计引起的相对标准不确定度为：

5.3.2校准测力计用的标准测力仪的精度带来的不确定度

1级拉力试验机是用0.3级标准测力仪进行校准的，该标准测力仪的精度为±0.3%，其半宽区间为0.3%，采用均匀概率分布处理，按B类方法评定，则标准测力仪引起的相对标准不确定度为：

数显式拉力试验机采取计算机采集数据，可以不考虑人员读数重复性引入的不确定度，所以拉伸力测量引起的总的相对标准不确定度为：

5.4拉力试验机本身误差带来的不确定度

由抗张强度的数学模型可得出抗张强度的相对量的变化为：

由于试样工作部分初始横截面积测量分量与拉伸力测量分量彼此独立不相关，则拉力试验机本身误差所引起的抗张强度总的相对标准不确定度为：

拉力试验机本身误差所引起的标准不确定度为：

式中：T¯——抗张强度平均值，见表1。

5.5数值修约带来的标准不确定度

采用B类方法评定，取矩形（均匀）分布，数值修约引入的不确定度分量为：

δx为修约间隔，抗张强度测试结果取平均值，修约到0.01 N/mm2，所以：

uT3=0.29δx=0.29×0.01 N/mm2=0.0029 N/mm2

5.6不确定度一览表

综上分析，将各不确定度分量的来源及数值汇总如表4、表5。

5.7合成标准不确定度

由于拉力试验机本身精度和拉伸力重复测量、试样工作部分初始横截面积和数值修约所引入的各不确定度分量彼此独立不相关，所以合成标准不确定度为：

5.8扩展不确定度

扩展不确定度为合成标准不确定度与包含因子k的乘积，取置信概率p=95%，包含因子k=2，则抗张强度测量的扩展不确定度为：

UT=k·ucT=2×0.14=0.28N/mm2

5.9报告与表示

按QB/T2710-2005标准进行测试，皮革平行于背脊线方向的抗张强度为：

U=0.28 N/mm2

6　结论

通过对皮革抗张强度测量不确定度的评定，知道影响抗张强度检测结果的主要因素是抗张强度重复性试验和拉力试验机本身误差，因此，在实际检测中的关键控制点是要提高检测人员素质，充分考虑试样工作部分尺寸的测量、试样的装夹以及施力的轴向性等对检测结果的影响。所以对于取样所用到的标准模具裁刀，应定期计量其工作部分的尺寸以及采取措施保护好裁刀的刀口工作部分，及时淘汰不合格裁刀；对于测量试样工作部分尺寸所用到的游标卡尺、厚度测定仪等仪器应定期校准，确保其在合格范围内使用。具体建议如下：

表4　相对标准不确定度一览表

表5　标准不确定度一览表

（1）提高裁刀工作部分的精度要求。对每次使用后的模具裁刀应对其刀口工作部分上润滑油，以防止生锈，裁刀的摆放原则是防止刀口与其他硬物擦碰以及防止出现崩口；对模具裁刀应经常性自我校验，具体可在每次使用前用游标卡尺测量其工作部分的尺寸，保证其工作部分的尺寸符合要求，此外还应通过目测检查刀口关键工作部位是否出现崩口、变形；对于使用频率较高的裁刀应半个月对其进行计量检定，主要是要保证其工作部分尺寸符合要求。

（2）实际检测中，适当增加试样工作部分厚度测量点的个数，通过测量多个点的厚度值，可以有效地降低其不确定度。

对于日常检测工作，要严格按照有关标准进行，做好关键控制点，就可以降低测量结果的不确定度。

[1]QB/T2710-2005皮革物理和机械试验抗张强度和伸长率的测定[S].

[2]QB/T2707-2005皮革物理和机械试验试样的准备与调节[S].

[3]QB/T2706-2005皮革化学、物理、机械和色牢度试验取样部位[S].

[4]JJF 1059.1-2012测量不确定度评定与表示[S].

Evaluation of Measurement Uncertainty in Determination of Tensile Strength of Leather

YANG Ze-wen
（Shenzhen Academy of Metrology&Quality Inspection，Shenzhen 518131，China）

Above all，the method for measuring tensile strength of the leather is introduced in this paper，the tensile strength of leather is determined according to QB/T 2710-2005 named“Leather-Physical and mechanical tests-Determination of tensile strength and percentage extension”.The source of uncertainty in the whole process of measurement is analysed via establisned mathematical model，and the main factors that affect the results of measuring tensile strength of the leather was found out.According to the method of JJF 1059.1-2012 named“Evaluation and Expression of Uncertainty in Measurement”.Each component of uncertainty is estimated and composed.Finally，the composed uncertainty and expanded uncertainty are presented，meanwhile 2 concrete suggestions about how to reduce the uncertainty ofmeasurements are proposed in this paper.

mathematical model；tensile strength；measurement；uncertainty；evaluation

TS 57

A

1671-1602（2016）17-0024-05

杨泽文（1981-），男，广东揭阳人，大学本科，工学学士，工程师，主要从事皮革、毛皮、鞋类产品的质量检测工作。E-mail：yzwyzx10@163.com。