楊澤文

（深圳市計(jì)量質(zhì)量檢測研究院，廣東深圳518131）

皮革抗張強(qiáng)度的不確定度評(píng)定

楊澤文

（深圳市計(jì)量質(zhì)量檢測研究院，廣東深圳518131）

首先介紹了皮革抗張強(qiáng)度的測量方法，依據(jù)QB/T 2710-2005《皮革物理和機(jī)械試驗(yàn)抗張強(qiáng)度和伸長率的測定》標(biāo)準(zhǔn)測試皮革抗張強(qiáng)度，通過建立數(shù)學(xué)模型，對(duì)測量過程中的不確定度來源進(jìn)行了分析，找出了影響抗皮革張強(qiáng)度測量結(jié)果的主要因素，按照J(rèn)JF 1059.1-2012《測量不確定度評(píng)定與表示》的方法，對(duì)不確定度各個(gè)分量進(jìn)行了評(píng)定、合成，最后給出了合成不確定度和擴(kuò)展不確定度，同時(shí)對(duì)降低測量結(jié)果的不確定度提出了2點(diǎn)具體建議。

數(shù)學(xué)模型；抗張強(qiáng)度；測量；不確定度；評(píng)定

1　引言

抗張強(qiáng)度是皮革的重要力學(xué)性能指標(biāo)。本文依據(jù)JJF 1059.1-2012《測量不確定度評(píng)定與表示》對(duì)皮革抗張強(qiáng)度測量的不確定度進(jìn)行了評(píng)定，找到引起測量結(jié)果不確定度的主要來源并加以分析，為提高檢測結(jié)果的可靠性提供依據(jù)。

2　概述

2.1試驗(yàn)依據(jù)

基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)QB/T 2710-2005《皮革物理和機(jī)械試驗(yàn)抗張強(qiáng)度和伸長率的測定》進(jìn)行檢測。

2.2環(huán)境條件

試樣在溫度（20±2）℃、濕度（65±5）RH%的狀態(tài)下調(diào)節(jié)48 h，并在此條件下進(jìn)行測試。

2.3測試儀器

電子萬能材料試驗(yàn)機(jī)，I級(jí)精度，皮革厚度測定儀，游標(biāo)卡尺。

2.4測試對(duì)象

皮革抗張強(qiáng)度。

2.5試驗(yàn)步驟

按QB/T 2707-2005要求用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的模刀從粒面切取6個(gè)試樣，3個(gè)試樣的長邊平行于背脊線方向，3個(gè)試樣的長邊垂直于背脊線方向。按 QB/T 2707-2005進(jìn)行空氣調(diào)節(jié)后，調(diào)整拉力試驗(yàn)機(jī)，使拉力試驗(yàn)機(jī)上下夾具之間的距離為50 mm，將試樣置于拉力試驗(yàn)機(jī)的上下兩夾具中，使夾具的邊沿與試樣的夾持線AB、CD線平齊，并確保試樣粒面在同一平面上，并且要松緊適宜，以防止試樣滑脫和斷裂在夾具內(nèi)，輸入拉伸試驗(yàn)工作部分的寬度和事先用厚度計(jì)測得的試樣厚度，然后在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下以（100±20）mm/min的拉伸速度拉伸試樣，直至試樣被拉斷，拉力試驗(yàn)機(jī)的力值傳感器測出斷裂力，并按公式計(jì)算出抗張強(qiáng)度，計(jì)算平均值，修約。

3　建立數(shù)學(xué)模型

式中：Tn——被測量的抗張強(qiáng)度之值，N/mm2；

圖1　皮革抗張強(qiáng)度不確定度分量主要來源

F——試驗(yàn)時(shí)的最大力值，N；

w——試樣的平均寬度，mm；

t——試樣的平均厚度，mm。

4　不確定度的主要來源和分析

從抗張強(qiáng)度的數(shù)學(xué)模型公式分析可知，皮革抗張強(qiáng)度測量結(jié)果的不確定度的主要來源有：

（1）抗張強(qiáng)度重復(fù)性測量引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；

（2）試樣工作部分初始橫截面積（寬度和厚度）測量引起的不確定度。包括裁刀模具精度引起的寬度不確定度、厚度重復(fù)性測量帶來的不確定度、皮革厚度測定儀精度帶來的不確定度。其中，制樣的重復(fù)性、厚度測量的重復(fù)性等引起的不確定度可以集中體現(xiàn)在厚度重復(fù)性測量的不確定度中；

（3）拉伸力測量引起的不確定度，包括測力計(jì)示值誤差帶來的不確定度、校準(zhǔn)測力計(jì)用的標(biāo)準(zhǔn)測力計(jì)的精度帶來的不確定度、拉力機(jī)重復(fù)測量引起的不確定度；其中，樣品的均勻性、夾持狀態(tài)不理想、拉伸速度均勻性等隨機(jī)效應(yīng)引起的不確定度可以集中體現(xiàn)在拉力機(jī)重復(fù)測量引起的不確定度中；

（4）拉力試驗(yàn)機(jī)數(shù)顯系統(tǒng)的數(shù)字修約帶來的不確定度。列出不確定度的主要來源圖，見圖1。

5　不確定度的評(píng)定

5.1抗張強(qiáng)度重復(fù)性測量引起的不確定度

抗張強(qiáng)度是被測某一批相同試片的特性，在這些試片上裁取的試樣之間的差異帶來的不確定度可用這些試樣重復(fù)測量來評(píng)價(jià)。本試驗(yàn)以平行于背脊線方向在同一張皮革上裁取10個(gè)試樣進(jìn)行抗張強(qiáng)度測試。測試結(jié)果見表1。

采用A類方法評(píng)定，由貝塞爾公式得出其實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差：

表1　皮革抗張強(qiáng)度測試結(jié)果

表2　皮革試樣寬度測量結(jié)果

表3　皮革試樣厚度測量結(jié)果

式中：Ti——某次測量結(jié)果；

Tˉ——n次測量所得一組測得值的算術(shù)平均值；

n——測量次數(shù)，n=10。

實(shí)際測量的試驗(yàn)結(jié)果是以3片試樣的平均值作為測量結(jié)果，則重復(fù)測量所引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

5.2試樣工作部分初始橫截面積（寬度和厚度）測量帶來的不確定度

5.2.1寬度測量不確定度

5.2.1.1寬度重復(fù)測量不確定度

用游標(biāo)卡尺對(duì)同一試樣寬度重復(fù)測量10次，其測量值如表2所示。

采用A類方法評(píng)定，由貝塞爾公式得出其實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差：

式中：wi——某次測量結(jié)果；

wˉ——同組測試結(jié)果的算術(shù)平均值；

n——測量次數(shù)，n=10。

而在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，寬度實(shí)際測量的試驗(yàn)結(jié)果是取每片試樣工作部分6處寬度的平均值，因此寬度重復(fù)測量引起的不確定度為

5.2.1.2數(shù)顯游標(biāo)卡尺精度帶來的不確定度

數(shù)顯游標(biāo)卡尺的最大允許誤差為±0.01 mm，采用B類方法評(píng)定，認(rèn)為示值呈矩形（均勻）分布，取置信因子，測量寬度所用的數(shù)顯游標(biāo)卡尺引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

5.2.1.3寬度測量帶來的總的不確定度

u1（w）與u2（w）分量彼此獨(dú)立不相關(guān)，所以：

=0.007 mm

寬度測量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

5.2.2厚度測量不確定度

5.2.2.1厚度重復(fù)測量不確定度

表3是對(duì)同一個(gè)試樣的厚度進(jìn)行重復(fù)測量10次的測量值，結(jié)果如下：

采用A類方法評(píng)定，由貝塞爾公式得出其實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差：

=0.017 mm

式中：ti——某次測量結(jié)果；

t-——同組測試結(jié)果的算術(shù)平均值；

n——測量次數(shù)，n=10。

而在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，厚度實(shí)際測量的試驗(yàn)結(jié)果是取每片試樣工作部分3處厚度的平均值，因此厚度重復(fù)測量引起的不確定度為

5.2.2.2皮革厚度測定儀精度帶來的不確定度

皮革厚度測定儀的分辨率δx為0.001 mm，采用B類方法評(píng)定，則區(qū)間半寬為，認(rèn)

=0.0003 mm

5.2.2.3厚度測量帶來的總的不確定度

u1（t）與u2（t）分量彼此獨(dú)立不相關(guān)，所以：

厚度測量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

初始橫截面積是由寬度和厚度相乘而得的，由于寬度測量分量與厚度測量分量彼此獨(dú)立不相關(guān)，則由初始橫截面積測量帶來的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

5.3拉伸力測量引起的不確定度

5.3.1測力計(jì)示值誤差帶來的不確定度

拉力試驗(yàn)機(jī)的準(zhǔn)確度等級(jí)為1級(jí)，示值誤差為±1%，其半寬區(qū)間為1%，采用均勻概率分布處理，按B類方法評(píng)定，則測力計(jì)引起的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

5.3.2校準(zhǔn)測力計(jì)用的標(biāo)準(zhǔn)測力儀的精度帶來的不確定度

1級(jí)拉力試驗(yàn)機(jī)是用0.3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)測力儀進(jìn)行校準(zhǔn)的，該標(biāo)準(zhǔn)測力儀的精度為±0.3%，其半寬區(qū)間為0.3%，采用均勻概率分布處理，按B類方法評(píng)定，則標(biāo)準(zhǔn)測力儀引起的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

數(shù)顯式拉力試驗(yàn)機(jī)采取計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù)，可以不考慮人員讀數(shù)重復(fù)性引入的不確定度，所以拉伸力測量引起的總的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

5.4拉力試驗(yàn)機(jī)本身誤差帶來的不確定度

由抗張強(qiáng)度的數(shù)學(xué)模型可得出抗張強(qiáng)度的相對(duì)量的變化為：

由于試樣工作部分初始橫截面積測量分量與拉伸力測量分量彼此獨(dú)立不相關(guān)，則拉力試驗(yàn)機(jī)本身誤差所引起的抗張強(qiáng)度總的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

拉力試驗(yàn)機(jī)本身誤差所引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

式中：Tˉ——抗張強(qiáng)度平均值，見表1。

5.5數(shù)值修約帶來的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

采用B類方法評(píng)定，取矩形（均勻）分布，數(shù)值修約引入的不確定度分量為：

δx為修約間隔，抗張強(qiáng)度測試結(jié)果取平均值，修約到0.01 N/mm2，所以：

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

5.6不確定度一覽表

綜上分析，將各不確定度分量的來源及數(shù)值匯總?cè)绫?、表5。

5.7合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

由于拉力試驗(yàn)機(jī)本身精度和拉伸力重復(fù)測量、試樣工作部分初始橫截面積和數(shù)值修約所引入的各不確定度分量彼此獨(dú)立不相關(guān)，所以合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

5.8擴(kuò)展不確定度

擴(kuò)展不確定度為合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度與包含因子k的乘積，取置信概率p=95%，包含因子k=2，則抗張強(qiáng)度測量的擴(kuò)展不確定度為：

UT=k·ucT=2×0.14=0.28N/mm2

5.9報(bào)告與表示

按QB/T2710-2005標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，皮革平行于背脊線方向的抗張強(qiáng)度為：

U=0.28 N/mm2

6　結(jié)論

通過對(duì)皮革抗張強(qiáng)度測量不確定度的評(píng)定，知道影響抗張強(qiáng)度檢測結(jié)果的主要因素是抗張強(qiáng)度重復(fù)性試驗(yàn)和拉力試驗(yàn)機(jī)本身誤差，因此，在實(shí)際檢測中的關(guān)鍵控制點(diǎn)是要提高檢測人員素質(zhì)，充分考慮試樣工作部分尺寸的測量、試樣的裝夾以及施力的軸向性等對(duì)檢測結(jié)果的影響。所以對(duì)于取樣所用到的標(biāo)準(zhǔn)模具裁刀，應(yīng)定期計(jì)量其工作部分的尺寸以及采取措施保護(hù)好裁刀的刀口工作部分，及時(shí)淘汰不合格裁刀；對(duì)于測量試樣工作部分尺寸所用到的游標(biāo)卡尺、厚度測定儀等儀器應(yīng)定期校準(zhǔn)，確保其在合格范圍內(nèi)使用。具體建議如下：

表4　相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表

表5　標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表

（1）提高裁刀工作部分的精度要求。對(duì)每次使用后的模具裁刀應(yīng)對(duì)其刀口工作部分上潤滑油，以防止生銹，裁刀的擺放原則是防止刀口與其他硬物擦碰以及防止出現(xiàn)崩口；對(duì)模具裁刀應(yīng)經(jīng)常性自我校驗(yàn)，具體可在每次使用前用游標(biāo)卡尺測量其工作部分的尺寸，保證其工作部分的尺寸符合要求，此外還應(yīng)通過目測檢查刀口關(guān)鍵工作部位是否出現(xiàn)崩口、變形；對(duì)于使用頻率較高的裁刀應(yīng)半個(gè)月對(duì)其進(jìn)行計(jì)量檢定，主要是要保證其工作部分尺寸符合要求。

（2）實(shí)際檢測中，適當(dāng)增加試樣工作部分厚度測量點(diǎn)的個(gè)數(shù)，通過測量多個(gè)點(diǎn)的厚度值，可以有效地降低其不確定度。

對(duì)于日常檢測工作，要嚴(yán)格按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，做好關(guān)鍵控制點(diǎn)，就可以降低測量結(jié)果的不確定度。

[1]QB/T2710-2005皮革物理和機(jī)械試驗(yàn)抗張強(qiáng)度和伸長率的測定[S].

[2]QB/T2707-2005皮革物理和機(jī)械試驗(yàn)試樣的準(zhǔn)備與調(diào)節(jié)[S].

[3]QB/T2706-2005皮革化學(xué)、物理、機(jī)械和色牢度試驗(yàn)取樣部位[S].

[4]JJF 1059.1-2012測量不確定度評(píng)定與表示[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

楊澤文（1981-），男，廣東揭陽人，大學(xué)本科，工學(xué)學(xué)士，工程師，主要從事皮革、毛皮、鞋類產(chǎn)品的質(zhì)量檢測工作。E-mail：yzwyzx10@163.com。