摆锤式冲击试验机检定装置的不确定度分析

1 概述

1.1 检定方法

依据JJG145-2007《摆锤式冲击试验机检定规程》。

1.2 检定条件

23℃±5℃, 检定时的温度应稳定, 温度变化不应超过2℃。

1.3 测量原理

该检定装置是将初始势能mgh转化成为动能, 该动能作用于被测试件后会有一定的损耗, 然后该动能转化为最终势能。

1.4 数学模型

式中:E为摆锤冲击试验后, 扬起到角处的能量 (J)

F为摆锤在水平位置时的重量 (N) 。

d为摆锤重量测量点与摆轴间的距离 (m)

为摆锤越过零位后仰角 (°) 。

1.5 不确定度来源

(1) 称重仪测量摆锤在水平位置时的重量引入的标准不确定度分量。

(2) 秒表测量摆轴轴线至打击中心距离引入的标准不确定度分量。

(3) 象限仪引入的标准不确定度分量。

(4) 标准冲击试样引入的标准不确定度分量。

(5) 摆轴间隙、冲击刀与试样间隙引入的标准不确定度分量。

2 标准不确定度的评定

选用稳定性能好JB-30A型号的冲击试验机, 取F=215.4N, d=0.8m,

选取127J的标准冲击试样, 根据不计任何能量损失则

2.1 由称重仪测量摆锤在水平位置时的重量引入的标准不确定度

根据检定证书, 称重仪的准确度为0.1%, 采用B类评定方法, 服从均匀分布, 包含因子

2.2 秒表测量摆轴轴线至打击中心距离引入的标准不确定度分量

将摆锤置于不大于5°位置时释放, 让其自由摆动100次并测量摆动时间。再计算摆锤摆动的一个完整周期t, 重复测量10次。测量工具为准确度0.01s的秒表。所测数据如下:

按不确定度A类方法进行评定, 利用贝塞尔公式:

根据公式

式中:g为当地重力加速度;

为取值9.87。

则0.1439mm。

由检定证书可知, 秒表的准确度为0.01 (s) , 采用B类评定方法, 服从均匀分布, 包含因子k=。

根据公式

式中:g为当地重力加速度;

t为摆锤摆动的一个完整周期;

为取值9.87。

2.3 由象限仪引入的标准不确定度分量

象限仪的准确度为采用B类评定方法呈投影分布,

2.4 由标准冲击试样引入的标准不确定度分量

由检定规程可知, KR≥40J时, 弧形标准冲击试样标准偏差为≤3.0%KR。 (KR:标准试样的吸收能量值) 根据规程要求, 每个能量级至少验证3个试样, 则

挑选高能量 (H) 弧形标准冲击试样10块, 冲击能量值为127J, 进行冲击试验, 所测得的数据见表1。

冲击试验重复性引入不确定度按不确定度A类方法进行评定, 利用贝塞尔公式:

2.5 由摆轴间隙、冲击刀与试样间隙引入的不确定度

试验机水平、摆轴间隙、冲击刀与试样间隙对冲击值影响约为1J,

采用B类评定方法, 服从均匀分布, 包含因子k=。

3 标准不确定度的合成

3.1 灵敏系数

数学模型:

3.2 标准不确定度汇总表

4合成标准不确定度

5 扩展不确定度

6 测量不确定度报告

摆锤式冲击试验机检定装置的扩展不确定度为:

摘要：摆锤式冲击试验机主要适用于金属材料冲击试验, 它广泛应用于工业、科学试验、冶金、钢铁、车船、机械制造、石油化工、航空航天和国防建设中。本文对摆锤式冲击试验机检定装置的不确定度进行了分析计算。

关键词：摆锤式冲击试验机,不确定度

参考文献

[1] JJG145-2007, 摆锤式冲击试验机检定规程[S].

[2] JJF1059-1999, 测量不确定度评定与表示[S].

[3] GJB3756-1999, 测量不确定度的表示及评定[S].