水泥胶砂试模尺寸测量不确定度评定

时方荣 邓仕奎 陈恩 赵庆岳

六盘水市检验检测中心 贵州六盘水 553000

现如今社会对水泥的需求非常大，对水泥胶砂试模的需求也很大，水泥胶砂试模主要用于制作测试水泥胶砂材料力学性能的试件，而且水泥胶砂试模是建筑工地和各院校实验室经常用到的建筑试件，通过控制水泥胶砂试模的基本尺寸偏差等计量性能，保证试件的几何尺寸，正确反映水泥等材料的物理性能。因此，通过从测量尺寸不确定度的评定，从而保证水泥胶砂试模的准确性和可靠性，正确反映水泥等材料的物理性能具有重要的意义。

1 测量方法

（1）测量依据。JJF1307—2003《试模校准规范》、JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》。

（2）环境条件。校准室温度：（20±10）℃；校准前，试模和校准用器具等温时间不小于一小时。

（3）测量标准。游标卡尺：0-300mm，MPE=±0.04mm。

（4）被测对象。水泥胶砂试模。

（5）测量过程。用卡尺直接测量水泥胶砂试模基本尺寸，卡尺量程为0-300mm，分度值为0.02mm。

（6）评定结果的使用。在符合上述条件下的测量，一般可直接使用本不确定度的评定结果。

2 不确定度来源分析

下面就以游标卡尺测量40mm×40mm×160mm灰铸铁材料的水泥胶砂试模为例，对水泥胶砂试模基本尺寸偏差测量结果的不确定度进行评定。从测量方法可以看出，不确定度主要来源于以下几个方面：①测量重复性引入的不确定度；②测量用卡尺的示值误差引入的不确定度；③测量用卡尺的分度值引入的不确定度；④卡尺和水泥胶砂试模的线膨胀系数差引入的不确定度。

3 数学模型

水泥胶砂试模基本尺寸的偏差：

e=L卡-L模

式中：L卡——卡尺的读数值；

L模——水泥胶砂试模的基本尺寸；

4 各输入量的标准不确定度（分量）的评定

（1）测量重复性 1u 。示值读数的标准不确定度来源主要是由测量重复性引入，采用A类评定方法。本次对水泥胶砂试模的同一尺寸多次测量，表1为水泥胶砂试模的40mm尺寸分别重复测量10次，结果如下（mm）：

表1

用贝塞尔公式计算得实验标准差[1]为：

L=40mm时：s=0.02mm

在实际工作中，校准试模测量每个尺寸均应在测量两端和中间各一次，同一尺寸应该测量三次[2]，则n=3，则引入的不确定度分量为：

（2）测量用卡尺的示值误差引入的不确定度分量 2u 。根据JJG30-2012《通用卡尺》的规定[3]，测量范围上限为70mm时，示值最大允许误差为±0.02mm，那么测量40mm时的最大允许误差为：±0.02mm，采用B类评定方法，按均匀分布，包含因子

（3）测量用卡尺的分度值为0.02mm，a=0.02/2=0.01mm，采用B类评定方法，按均匀分布[4]，包u含因子k故由卡尺分度值误差引起的标准u不 确定度分量 3

L=40mm时： 3=0.01mm/3 ≈0.006mm

（4）测u量用卡尺和水泥胶砂试模的线膨胀系数差引入的不确定度分量 4。HT200灰铸铁的线膨胀δ系数为8×10-6/℃，则水泥胶砂试模和卡尺的线膨胀系数差a估计为|8-11.5|×10-6℃-1，采用B类评定方法，按三角分布[4]：包含因子，校准室温度：（20±10）℃，取最大偏差10℃计算，则：

L=40mm时： u4=（40mm×10℃×3.5×10-6℃-1）≈0.0006mm

校准前，按要求水泥胶砂试模和校准用器具等温时间不少于一小时，因此，受温度影响很小，故可以不对卡尺和水泥胶砂试模间温度差引入的不确定度u分量进行评定。

（5）合成标准不确定度c。

（6）不确定度一览表。

表2

5 扩展不确定度U

U=k· cu 取k=2

L=40mm时：U=2×0.018mm=0.04mm

同理评定：

L=160mm时：U=2×0.022mm=0.05mm

6 结果与讨论

本文从测量重复性、测量用卡尺的示值误差、测量用卡尺的分度值以及卡尺和水泥胶砂试模的线膨胀系数差引入的不确定度等方面进行不确定度评定，通过不确定度的评定可以看出，本方法测试的不确定度主要来自于测量重复性和卡尺的示值误差带来的不确定度。

测量不确定度评定结果为：

L=40mm时： cu =0.018mm，U=0.04mm（k=2）

L=160mm时： cu =0.022mm，U=0.05mm（k=2）