织物断裂伸长率测量不确定度的评定

刘石磊

(深圳市计量质量检测研究院，广东 深圳 518131)

1 引言

断裂伸长率是织物的重要力学性能指标，其测试原理是以恒定速度拉伸规定尺寸的织物试样直至断裂进而得出试样的断裂伸长率。为全面了解试验中检测数据的准确性，需对断裂伸长率检测结果的影响因素进行分析，本文依据JJF 1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》[1]，对织物断裂伸长率测量的不确定度进行了评定，分析引起测量结果不确定度的主要因素，为提高检测结果的可靠性提供依据。

2 试验

2.1 测试方法

按照国家标准GB/T 3923.1—2013《纺织品织物拉伸性能 第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》[2]进行检测。

2.2 环境条件

试样在温度(20±2)℃、相对湿度(65±4)RH%的状态下调节24 h，并在此条件下进行测试。

2.3 测试设备

织物强力机，I级精度；数显游标卡尺。

2.4 试验步骤

按GB/T 3923.1—2013要求进行取样，并按GB/T 6529—2008《纺织品 调湿和试验用标准大气》[3]进行空气调节后，调整强力机使其上下夹具之间的距离为200 mm(精确至0.5 mm)，将试样置于强力机的上下两夹具中，采用预张力夹持试样，尽量使夹口线与拉力轴线垂直，并确保夹持面在同一平面上，输入试样夹紧后夹具间的初始距离，设定拉伸速度为100 mm/min，启动强力机，拉伸试样直至断裂。强力机的横梁位移测量系统测出试样断裂后夹具间的距离，并按公式计算出断裂伸长率， 计算平均值，对检测结果进行数值修约。

3 不确定度的主要来源和分析

从断裂伸长率的试验过程分析可知，织物断裂伸长率测量结果不确定度的主要来源有：

断裂伸长率重复性测量带来的标准不确定度；试样夹紧后夹具间初始距离带来的不确定度：包括夹具间初始距离重复测量带来的不确定度、数显游标卡尺精度带来的不确定度；强力机横梁位移测量系统测量试样拉断后夹具间距离带来的不确定度：包括横梁位移测量系统精度带来的不确定度、校准横梁位移测量系统用的标准大量程位移测量装置的精度带来的不确定度；强力机数显系统的数值修约带来的不确定度。

4 不确定度的评定

4.1 断裂伸长率重复性测量引起的不确定度

断裂伸长率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。本试验以长边平行于纬向在同一匹布样上裁取10个试样进行断裂伸长率测试。测试结果见表1。

表1 织物断裂伸长率测试结果

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：Ei-某次测量结果；

n-测量次数，n=10。

实际测量的试验结果是以5片试样的平均值作为测量结果，则重复性测量所引起的标准不确定度为：

4.2 试样夹紧后夹具间初始距离测量带来的不确定度

4.2.1初始距离重复测量不确定度

用数显游标卡尺对同一试样夹紧后的初始距离重复测量10次，其测量结果见表2。

表2 织物试样初始距离测量结果

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：L0i—某次测量结果；

n-测量次数，n=10。

因此初始距离重复测量引起的不确定度为

u1(L0)=S(L0i)=0.014 mm

4.2.2数显游标卡尺精度带来的不确定度

4.2.3初始距离测量带来的总的不确定度

u1(L0)与u2(L0)分量彼此独立不相关，所以：

初始距离测量的相对标准不确定度为：

4.3 强力机横梁位移测量系统测量试样拉断后夹具间距离带来的不确定度

4.3.1横梁位移测量系统精度带来的不确定度

4.3.2校准横梁位移测量系统用的标准大量程位移测量装置的精度带来的不确定度

I级强力机横梁位移测量系统使用大量程位移测量装置进行校准，该大量程位移测量装置示值误差为0.03%，采用均匀概率分布处理，按B类方法评定，则标准大量程位移测量装置引起的相对标准不确定度为：

数显式强力机采用计算机采集数据，可以不考虑人员读数重复性引入的不确定度，所以横梁位移测量系统测量试样断裂后夹具间距离引起的总的相对标准不确定度为：

4.4 检测结果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，断裂伸长率测试结果取平均值，修约到0.5%，所以：

uE2=0.29δx=0.29×0.5%=0.145%

4.5 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，见表3、表4。

表3 相对标准不确定度一览表

表4 标准不确定度一览表

4.6 合成标准不确定度

由于试样夹紧后夹具间初始距离、强力机横梁位移测量系统精度、断裂伸长率重复性测量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：

4.7 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，则断裂伸长率测量的扩展不确定度为：

U=k·uc(E)=2×0.21%=0.42%

4.8 测量不确定度报告

按GB/T 3923.1-2013标准进行测试，根据以上评定，织物长边平行于纬向方向断裂伸长率的报告为：E=19.09±0.42%，k=2。

5 结语

通过对织物断裂伸长率测量不确定度的评定，发现影响断裂伸长率检测结果的主要因素是夹具间初始距离测量、强力机横梁位移测量系统精度、断裂伸长率重复性试验和数值修约，因此，在实际检测中的关键控制点是要提高检测人员素质，充分考虑试样夹紧后夹具间初始距离的测量以及施力的轴向性等对检测结果的影响，注意各操作环节的严谨、规范，核查各类测量读数、计算、转换结果；对于测量试样夹紧后夹具间初始距离用的游标卡尺及强力机要定期进行计量校准，确保其在合格范围内使用；对于测试中在钳口处断裂的值小于最小的“正常”值，要严格按照规则予以剔除，从而最大限度地提高测量结果的可信度。