Page 29 - 理化检验-物理分册2021年第七期

李美岁, 等: 铍材平均线膨胀系数测量不确定度评定

-1 分别为试 式中: 为被测试样的平均线膨胀系数读出值; x 为
,
式中: α 为平均线膨胀系数, ℃ ; L 1 L 2 y
, , 为测量中 被测试样的平均线膨胀系数测量值。
样在温度 T 1 T 2 下的长度, mm ; T 1 T 2
为 常 温 下 试 样 的 原 始 长 度,
3 测量不确定度来源
的两个温 度 点, ℃ ; L 0
mm 。
用测量不确定度来表示测量的可信程度是经 通过平均线膨胀系数数学模型和测量原理可
典误差理论发展和完善的产物。 20 世纪 60 年代, 知, 影响平均线膨胀系数测量不确定度的因素有很
计量学领域首先引入测量不确定度 的概念。近年 多, 该试验基本 满足 GB / T4339 — 2008 《 金 属 材 料

来, 对认可 试 验 室 的 不 确 定 度 评 估 能 力 也 有 了 明 热膨胀特征参数的测定》 的要求, 试样平均温度与温
确的要求, 而作为规范化试验室, 在受控条件下不 度传感器指示温度的偏差、 试样与推杆间的温差、 位
需要每次都对性能参数的检测进行不确定度评定 移传感器等因素所引起的不确定度包含于试验机校
工作 [ 4 ] 。目前缺少对平均线膨胀系数测量结果不 准误差, 不予另行评定。通过分析, 影响平均线膨胀
确定度问 题 的 系 统 研 究, 因 此, 笔 者 以 铍 材 为 例, 系数测量的不确定度因素主要有 [ 5-7 ] :( 1 ) 平均线膨
在试验室中进行了平均线膨胀系数的测量不确定 胀系数测量重复性引入的 不确定分量 u 1 x );( 2 )
(
度评定。 热膨 胀 分 析 仪 测 量 精 度 引 入 的 不 确 定 度 分 量
(
1 试验方法 u 2 x );( 3 ) 试样初始长度 L 0 测量引入的标准不确
定度分量u 3 x );( 4 ) 数值修约引入的标准不确定度
(
试验采用 DIL402 型热膨胀分析仪测量铍材在 分量u 4 x )。
(
25~100 ℃ 下的平均线膨胀系数, 其测量原理是在

一定的温度变化( 升、 降、 恒温及其组合) 过程中, 测 4 不确定度分量的评定
(
量试样长度的变化, 从而得到试样随温度升高的线 4.1 测量重复性引入的标准不确定度分量u 1 x )
膨胀率和指定温度范围内的线膨胀系数, 热膨胀仪 考虑人员测量重复性的影响, 由不同人员对多
结构 图 见 图 1 。 对 同 一 坯 料 在 同 一 方 向 连 续 截
根试样的平均线膨胀系数进行多次重复测量, 用统

取 5 个 圆 柱 状 铍 材 试 样,直 径 为 6 mm ,高
计方法进行不确定度评定。对 5 个圆柱状铍材标准

为 25mm 。采用千分尺测量试样的长度, 每个试样
试样进行测试, 得到平均线膨胀系数。两个人同时
测量 3 次, 取其平均值。平均线膨胀系数测量温度
进行试验, 其中一人测 量 2 个 试 样 ( 试 样 编 号 j=

范围为 25~100 ℃ , 升温速率为 3 ℃ · min , 采用

-1
j=3~5 ), 试样总数
1~2 ), 另一人测量 3 个试样(
氩气保护。测量开始后, 测量仪器全程自动测量并
n=5 , 每个试样 测 量 10 次 ( 试 样 测 量 顺 次i=1~
记 录 试 样 温 度 及 长 度 的 变 化,结 果 精 确 到
10 , 每个试样测量总次数 m=10 ), 结果见表 1 。

-6 -1 , 数值修约根据 GB / T8170-2008 《 数值
10 ℃ 表 1 重复性试验测量结果
修约规则与极限数值的表示和判定》 的要求执行, 修 Tab 1 Measurementresultsofre p eatabilit y test

约至 2 位小数。
a i , j 1 2 3 4 5
1 12.07 12.08 12.09 11.98 12.01
2 12.12 12.02 12.01 11.95 11.98
3 12.05 11.98 12.09 11.97 12.02
4 12.06 12.12 11.97 11.76 11.99

5 12.10 12.08 12.05 11.85 12.04
6 12.08 12.01 12.03 11.76 11.99
图 1 热膨胀仪结构图
7 12.05 11.99 12.07 11.98 12.01
Fi g 1 Structuredia g ramofthermaldilatometer

8 12.00 12.07 12.04 11.89 11.99
2 不确定度评定数学模型 9 11.98 12.09 12.03 11.79 12.02

试样的平均线膨胀系数数值直接从热膨胀仪分 10 12.04 12.10 12.08 11.89 12.01

析软件读取, 所以数学模型为 平均值 12.06 12.05 12.05 11.88 12.01
a j

y= x ( 2 ) 标准差 S j 0.0422 0.0495 0.0384 0.0888 0.0184
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