洛氏硬度计计量建标方案探讨

魏居锋，张旭敏，刘克先

（深圳中航技术检测所，广东深圳518040）

洛氏硬度计计量建标方案探讨

魏居锋，张旭敏，刘克先

（深圳中航技术检测所，广东深圳518040）

依据计量标准考核的要求，通过对计量标准的工作原理，不确定度的评定及进行重复性、稳定性指标和不确定度的验证考核，建立洛氏硬度计符合量值传递的标准器组。

硬度计、洛氏硬度计、硬度

1 建立计量标准的目的

定[4]。标准配置如表1.

为了检定或校准国防科技工业、各有关单位应用广泛的洛氏硬度计，保证量值准确一致，需建立洛氏硬度计检定装置，给出硬度值，用于金属洛氏A、B、C标尺检定或校准，从而保证科研、生产中相应的硬度值测量，合法开展洛氏硬度计的检定或校准工作[1，2]。

2 计量标准的工作原理及组

2.1 工作原理

根据国家计量检定规程JJG112-2013《金属洛氏硬度计》，使用中的洛氏硬度计主要是校准洛氏硬度计的示值误差，当洛氏硬度计的示值超差时，才进行试验力、压头和测深机构等项目的检定。所以示值是洛氏硬度计使用和校准的最主要技术指标。洛氏硬度计的示值误差是用标准洛氏硬度块进行校准的，而标准洛氏硬度块必须符合JJG113-1991《标准金属洛氏硬度块》的要求[4，5]。

2.2 计量标准组成

标准洛氏硬度块A B C标尺。

3 计量标准器及主要配套设备

计量标准器及配套设备的配置应当科学合理，完整齐全，并能满足开展检定或校准工作的需要。计量特性必须符合相应计量检定规程或技术规范的规

表1 计量标准器及主要配套设备

4 计量标准的主要技术指标

标准硬度块：

4.1 测量范围：

标准洛氏硬度块A B C标尺。

4.2 准确度等级：

金属洛氏硬度块（0.38～0.7）HR

5 环境条件

环境条件及设施应当满足开展检定或校准工作的要求，并按要求对环境条件进行有效监测和控制；JJG112-2013《金属洛氏硬度计检定规程》6.1.1要求[3]：硬度计应在（23±5）℃环境条件下进行检定。在此温度范围之外进行检定是，不应定于10℃、高于35℃；因此按实际情况本项目环境条件要求与实际情况如表2.

表2 环境条件

6 计量标准的量值溯源和传递框图

JJF1033-2008《计量标准考核规范》4.1.2计量标准的溯源性要求：为了保证计量标准的溯源性，计量标准的量值应当定期溯源至国家计量基准或社会公用计量标准；当不能采用检定或校准方式溯源时，应当通过比对的方式，确保计量标准量值的一致性[1]。量值溯源和传递框图如图1.

图1 计量标准的量值溯源和传递框图

7 计量标准的重复性试验

在94.5HRBW处用洛氏硬度计对标准洛氏硬度块进行10次连续测量，记录硬度计示值（HRBW）[1]，如表3：重复测量10次，则

表3 测量重复性数据/HR

根据贝塞尔公式得出实验标准差

得到的重复性不确定度为0.107 HRBW，符合JJF1033-2008《计量标准考核规范》关于重复性试验的要求。

8 计量标准的稳定性试验

在94.5 HRBW处用金属洛氏硬度计对标准洛氏硬度块进行10次连续测量，记录硬度计示值。每隔一定时间进行一组测量共进行4组测量，所得结果经计算后即为洛氏硬度计检定装置的测量稳定性[1]。检测结果如表4.

表4 计量标准稳定性考核测量结果/HR

9 校准结果的测量不确定度评定

9.1 适用范围

适用于金属洛氏硬度计的检定或校准不确定度分析。

9.2 引用标准/文件

JJF 1059.1-2012测量不确定度评定与表示

9.3 测量方法及原理简述

（1）根据国家计量检定规程JJG112-2013《金属洛氏硬度计》，使用中的洛氏硬度计主要是校准洛氏硬度计的示值误差，当洛氏硬度计的示值超差时，才进行试验力、压头和测深机构等项目的检定。所以示值是洛氏硬度计使用和校准的最主要技术指标。洛氏硬度计的示值误差是用标准洛氏硬度块进行校准的，而标准洛氏硬度块必须符合JJG113-1991《标准金属洛氏硬度块》的要求[4，5]。

下面分析洛氏硬度计C标尺示值误差检定的测量结果不确定度，所用的标准硬度块包括低、中和高三块，硬度范围分别为20～30 HRC，35～55 HRC和60～70 HRC.被检硬度计为表盘式金属洛氏硬度计。

（2）数学模型

式中：e为洛氏硬度计的示值误差；Hm为洛氏硬度计示值的算术平均值；Hb为标准硬度块的硬度值。

（3）方差和传播系数

由上式可得：

“我爷爷”是土匪也是英雄，他曾经杀人越货、落草为寇，也能以寡敌众将日本鬼子打得屁滚尿流，在莫言笔下他是抗日战争时期众多草莽英雄的化身。“我奶奶”一生追求自由，敢爱敢恨，她不顾封建礼教的束缚，是那个时代女性反抗封建制度的代表。莫言通过对这些形象的书写，以小见大，表现了那个年代中华民族顽强旺盛、不肯屈服的生命张力，并通过先辈与我辈的对比哀叹种的退化，从而深入反思了民族精神的何去何从，希望借此重建属于民族的精神家园。他巧妙地将中国这个大舞台浓缩为高密东北乡这个小舞台，成功地使乡土情结升华到了民族情结的高度。

uc2(e)=c12·u12+c22·u12

式中：c1=∂e/∂Hm=1；

u1，u2分别表示Hm，hb的不确定度。

uc2(e)=u12+u22

9.4 计算分量标准不确定度

（1）硬度计示值给出的不确定度分量u1

1）示值变动性估算的不确定度分量0.2%；

扩展不确定度，取覆盖因子k=2，得：

依据规程，HRC硬度的示值误差主要是硬度计的测量重复性所引起的，其来源于硬度计本身测量的重复性和标准硬度块的均匀性两个因素，由于硬度计示值是硬度计在标准块上的不同区域测得的结果，其测量的特殊性是同一点不可能重复测量，所以硬度计示值重复性已包含了标准硬度块均匀度对其示值的影响，采用A类方法进行评定。

在一台硬度计上，用一块标准块为60.5的洛氏硬度块进行10次测量，得到一测量列为60.5，60.7，60.3，60.5，60.4，60.7，60.6，60.4，60.7，60.5 HRC

其示值算术平均值和单次实验标准差按下式计算：

测量结果为5次的平均值，得：

用同样方法测得低硬度范围重复性不确定度为

2）硬度计示值估读误差引起的不确定度分量

硬度计示值检定过程，卸去初试验力读取硬度值，一般估读误差为±0.1HRC，该误差为均匀分布，得：

（2）标准硬度块的不确定度分量

1）定度标准硬度块的标准硬度计引起的不确定度分量

标准金属洛氏硬度块是采用标准洛氏硬度计定度的，根据JJG 113—2003《标准金属洛氏硬度块》，标准洛氏硬度计的不确定度由定值证书给出，采用B类方法进行评定。标准洛氏硬度计检定证书给出的其扩展不确定度不大于0.3 HR，包含因子k=3，得：

u3=a/k=0.3/3=0.1 HRC

2）标准硬度块稳定度引起的不确定度分量

根据JJG 113—2003《标准金属洛氏硬度块》，标准金属洛氏硬度块在检定周期的稳定度，在低硬度范围，不超出±0.6 HRC，中硬度和高硬度稳定度为± 0.4 HRC.其稳定度变化服从均匀分布.

9.5 合成标准不确定度：

低硬度范围：

中、高硬度范围：

9.6 扩展不确定度：

取包含因子k=2，得：

低硬度范围：U=ku c=2×0.38=0.76 HRC

中硬度范围：U=0.54 HRC

高硬度范围：U=0.54 HRC

10 检定或校准结果的验证

选择一稳定的金属洛氏硬度计，经自检测一组数据后，送上级法定计量检定机构测得一组数据，检定结果合格[1]，比对数值如表5.

表5 比对数值表/HR

根据JJF1033-2008附录C中C.2.2.3中式

所建立洛氏硬度计检定装置检定/校准结果是符合要求的[1]。

11 结束语

经分析与验证表明，洛氏硬度计检定装置满足国家计量检定规程JJG112-2013《金属洛氏硬度计》的要求，可以开展对洛氏硬度计的检定或校准[1，4，5]。

[1]JJF1033-2008计量标准考核规范[S]，北京：中国计量出版社，2008.

[2]JJF1001-1998通用计量术语及定义[S]，北京：中国计量出版社，1998.

[3]JJF1059.1-2012测量不确定度评定与表示[S]，北京：中国计量出版社，2012.

[4]JJG112-2013金属洛氏硬度计检定规程[S]，北京：中国计量出版社，2013.

[5]JJG113-1991标准金属洛氏硬度块[S]，北京：中国计量出版社，1991.

Discussion on the Measurement and Calibration of Rockwell Hardness Tester

WEI Ju-feng1，ZHANG Xu-min2，LIU Ke-xian3
（Shenzhen Metrology&Measurement Institute of AVIC.，Shenzhen Guangdong 518040，China）

According to the requirements of the measurement standard，to set up the measurement and calibration of rockwell Hardness tester through analyzing the working principle of the measurement standard，the repeatability，the stability index and the verification of the uncertainty.

hardness tester；rockwell hardness tester；hardness

TH871.5

B < class="emphasis_bold">文章编号：1

1672-545X（2017）05-0274-03

2017-02-24

魏居锋（1967-），男，山东人，硕士，高级工程师，从事计量检定、校准测试工作；张旭敏（1964-），男，广西人，硕士，高级工程师，从事机电工程、检测测试工作；刘克先（1967-），男，湖南人，学士，高级工程师，从事计量检定、校准测试工作。