皮革规定负荷伸长率的不确定度评定

邹仲宜

规定负荷伸长率是皮革的重要力学指标。本文依据JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》[1]对皮革规定负荷伸长率测量的不确定度进行了评定，找到了引起测量结果不确定度的主要来源，并对重复性测量引起的不确定度过大的原因进行了分析。

1　试验部分

1.1　试验材料及仪器

材料：质地均匀的皮革1 m×1 m，按QB/T 2706-2005[2]从粒面裁取10个试样，其中5个试样的长边平行于背脊线方向，5个试样的长边垂直于背脊线方向。

仪器：Zwick/roell z005万能材料试验机，GT-313A1皮革厚度测量仪，游标卡尺。

1.2　环境条件

试样在温度 (20±2)℃、相对湿度RH(65±5)%的状态下调节48 h，并在此条件下进行测试[3]。

1.3　试验方法

按QB/T 2710-2005《皮革物理和机械试验抗张强度和伸长率的测定》[4]进行试验，并按式(1)进行规定负荷伸长率计算。

式中：E1——规定负荷伸长率，%；

L1——夹具或传感器在规定负荷时的距离；

L0——夹具或传感器初始时的距离。

2　不确定度的主要来源和分析

从规定负荷伸长率的测量方法和计算公式分析可知，皮革规定负荷伸长率测量结果的不确定度的主要来源有：

（1）规定负荷伸长率重复性测量引起的标准不确定度；

（2）试样工作部分初始横截面积（宽度和厚度）测量引起的不确定度。

（3）万能材料试验机测量引起的不确定度。包括万能材料试验机力值传感器示值误差带来的不确定度、万能材料试验机夹具距离测量的不确定度。

（4）数值修约带来的不确定度。

表1　皮革试样宽度及厚度测量结果

表2　皮革规定负荷伸长率测试结果

3　试验结果及不确定度分析

3.1　试验结果

对裁取的试样的宽度和厚度进行测量，其测量值见表1，并按照QB/T 2710-2005测试方法对皮革的规定负荷伸长率进行测试，结果见表2。

3.2　操作过程重复性测量引起的相对标准不确定度

3.2.1重复性测量引起的相对标准不确定度总体分析

由表2数据计算可得，10个数据的规定负荷伸长率的平均值E=28%，采用A类方法评定，由贝塞尔公式得出测试结果的标准偏差见下式：

重复性测量引起的A类标准不确定度为：

则总体重复性测量导致的测量结果的相对标准不确定度见下式：

3.2.2各方向重复性测量引起的相对标准不确定度分析

由3.1的测试结果可知，试样是按两个相对垂直的方向取样的，有横向、纵向之分，接下来分别从横向、纵向两个方向对重复性测量引起的相对标准不确定度进行分析。

横向规定负荷伸长率的平均值E1=31.9%,采用A类方法评定，由贝塞尔公式得出横向重复性测试结果引起的标准偏差见下式：

横向重复性测量引起的A类标准不确定度为：

横向重复性测量导致的测量结果的相对标准不确定度见式（7）：

纵向规定负荷伸长率的平均值E2=24.1%，采用A类方法评定，由贝塞尔公式得出纵向重复性测试结果引起的标准偏差见下式：

横向重复性测量引起的A类标准不确定度为：

纵向重复性测量导致的测量结果的相对标准不确定度见下式(10)：

3.3　试样宽度测量产生的相对标准不确定度

根据本试验所用游标卡尺的检定证书可知：扩展不确定度为0.01 mm，包含因子k=2，则该游标卡尺测量产生的标准不确定度为：

由表1可知试样的平均宽度为10.01 mm，则测量宽度引入的相对标准不确定度见式(12)：

表3　相对标准不确定度一览表

3.4　试样厚度测量产生的相对标准不确定度

根据本试验所用厚度计的检定证书可知：扩展不确定度为2 um，包含因子k=2，则该厚度计测量产生的标准不确定度为：

由表1可知试样的平均厚度为1.31 mm，则测量厚度引入的相对标准不确定度见式(14)：

3.5　万能材料试验机力值传感器示值误差引起的相对标准不确定度

根据万能材料试验机的检定证书可知：力值扩展不确定度为0.3%，包含因子k=2，则该试验机试验力值产生的相对标准不确定度见式(15)：

3.6　万能材料试验机夹具距离测量引起的相对标准不确定度

根据万能材料试验机的检定证书可知：位移扩展不确定度为0.3%，包含因子k=2，则该试验机距离测量引起的相对标准不确定度见式(16)：

3.7　数值修约引起的相对标准不确定度

由表2可知，数值修约间隔为0.1%，采用B类方法评定，取矩形（均匀）分布，取置信因子K=，则数值修约引入的不确定度为：

取试验数据规定伸长率伸长率总的平均值E=28%，则数值修约引入的相对标准不确定度见式(18)：

3.8　相对标准不确定度一览表

综上分析，将各相对标准不确定度汇总成表3。

3.9　数据分析

由表3数据一览表可以看出，重复性测量引起的总体相对标准不确定度数值最大，横向、纵向单独计算得到的相对标准不确定度值则要降低很多。与之相比，试样工作部分初始横截面积（宽度和厚度）测量引起的不确定度、万能材料试验机测量引起的不确定度、数值修约带来的不确定度相差至少一个数量级，其对测试结果总体不确定度影响很小，基本可以忽略。对于以上重复性测量结果的相对标准不确定度的总体分析及按取样方向重复性测量结果的相对标准不确定度分析，其不确定度相差比较大。对于这一结果，从上文的测试结果可以看出，横向、纵向各自的标准偏差比较小，规定负荷伸长率的数值波动不大，都趋近于各自的平均值，但是横向的伸长率平均值比纵向的伸长率平均值大了7.8个百分点。而这一原因的产生，是由皮革本身的特性导致的，因为皮革纵向纤维束的数量要多于横向，且排列较为整齐一致，而横向纤维束的排列则较杂乱且有伸缩空间，所以在同样的规定负荷下，纵向纤维束分担的力较小，变形也小，规定负荷伸长率的值则小，横向则反之。因此，规定负荷伸长率重复性测量结果的不确定度过大是由皮革本身特性所导致的，所以在日常检验中，应严格按照标准要求多次重复检测，对试样两个方向的不确定度分别进行监控，达到降低测试结果不确定度的目的。

4　结论

通过对皮革规定负荷伸长率不确定度进行分析，可以得出如下结论：

（1）试样工作部分初始横截面积（宽度和厚度）测量引起的不确定度、万能材料试验机测量引起的不确定度、数值修约带来的不确定度数值较小，其对测试结果总体不确定度影响很不大，基本可以忽略。

（2）重复性测量结果的相对标准不确定度的总体不确定度过大，而各方向的相对标准不确定度较小，其原因由皮革本身特征所决定。

（3）在日常检验中，应多次重复检测，对试样两个方向的不确定度分别进行监控，达到降低测试结果不确定度的目的。

参考文献：

[1]JJF 1059.1-2012,测量不确定度评定与表示[S].

[2]QB/T 2706-2005,皮革化学、物理、机械和色牢度试验取样部位[S].

[3]QB/T 2707-2005,皮革物理和机械试验试样的准备和调节[S].

[4]QB/T 2710-2005,皮革物理和机械试验抗张强度和伸长率的测定[S].