Page 55 - 理化检验-物理分册2025年第四期
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尹思博，等：双引伸计式和应变计式同轴度测试仪的测量不确定度
1.2.3 弯曲应变与弯曲百分数 性及零点漂移等因素，均会导致读数出现偏差或波
应变计式同轴度测试仪各个截面应变差值与 动。此外，数据采集仪表的分辨力和线性度也会对
平均应变的比为弯曲应变百分数。当载荷逐渐增 测量不确定度产生影响。
大时，记录各加载点对应的弯曲应变百分数曲线。 2.2 试棒尺寸和材料特性不确定度
如果该数值始终保持在标准允许的范围内，就说 标准试棒的外径、圆度、弹性模量等都存在制造
明试验机的加载轴线与试样中心线的同轴度良好； 和标定误差。尤其当采用应变计式同轴度测试仪时，
若偏差超过标准要求，则须调整夹具或修正其他 需要对应变片黏贴位置的实际周向角度进行精确度
装配 。 评估；当采用双引伸计式同轴度测试仪时，试棒的加
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应变计式同轴度测试仪能够在多个截面上同步 工精度与长度段定位也存在一定误差。
测试试棒的同轴度，能更全面地反映不同载荷下试 2.3 夹具和试验机本身的安装误差
棒的弯曲应变变化情况。但应变计式同轴度测试仪 试验机夹头装配不当或紧固力不均匀会使标准
的操作更为复杂，需要在试棒制作阶段就完成应变 试棒初始位置偏心或倾斜，从而导致试验机在低载
片的黏贴与标定，而且要保证应变片的黏贴质量与 荷下就产生不对称的应变分布。此外，在施加力的
周向分布的均匀性，否则易引入额外的测试误差。 过程中，试验机横梁或立柱可能存在微小变形或松
数据采集系统也需具备足够的通道数和采集精度， 动，也会带来额外的同轴度误差 。
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才能有效同步记录多路应变。 2.4 环境条件和操作误差
应变计式法在标准ASTM E1012-14e1 中的应 温度、湿度、振动等环境因素会影响引伸计或应
用更为常见，尤其是对于对中性要求高的拉-压试 变计的稳定性，试棒也会因温度变化而产生热膨胀
验，使用该方法可准确地判断试验机加载力轴线与 或材料性能漂移。操作人员在安装、对中及读数时
试样中心线的重合程度。 可能存在主观判断偏差或反应迟滞。
1.3 同轴度的测试结果 根据以上不确定度源，可建立测量方程，运用
无论采用双引伸计式还是应变计式同轴度测试 A类评定和B类评定相结合的方法来评估各不确
仪，核心指标均为弯曲百分数e，其计算方法如式（1） 定度分量。首先，通过多次重复试验获取随机误差
所示。 （A类评定），然后结合传感器检定证书、标准试棒标
定证书等文献或历史数据（B类评定），逐项给出不
（1） 确定度分量的方差或标准不确定度。
3 双引伸计式同轴度测试仪不确定度分量
式中： ΔL max 为最大弯曲变形量； L 为平均轴向变
形量。 评定
记录不同载荷点下的ΔL max 与 L ，若e在某一限 双引伸计式同轴度测试仪测量结果的不确定度
值以内，则可判定该试验机在该载荷段下的同轴度 分量统计结果如表1所示（表中： x i max 为3次测量值
满足要求。 中的最大值； x i min 为3次测量值中的最小值； L为轴
采用应变计式同轴度测试仪时，在多个截面布 向变形； r为同轴度传感器的分辨力； R为铝棒材料
置应变片，记录各应变片与平均应变的差值，则弯曲 的均匀性； S t 为铝棒温度系数； Δt为试验前、后实验
百分数e的计算方法如式（2）所示。 室温度和机器温度的相对变化），双引伸计式同轴度
测试仪在相互垂直方向上各测试一次会有前、后、
（2） 左、右4个数据。
在试验机力值传感器最大使用范围的4%，6%，
式中： ε 为第i个应变片的应变； ε avg 为该截面应变片 8%条件下， 对各不确定度分量进行评定。
i
的平均应变； n为应变片数量。 3.1 载荷为4%时同轴度的不确定度评定
3.1.1 同轴度测试仪测量结果的复现性引入的不
2 测量不确定度的来源
确定度
2.1 传感器和数据采集系统不确定度
，同理u =
引伸计或应变计的灵敏度、线性度、迟滞、重复 12
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