鄒仲宜

規(guī)定負(fù)荷伸長率是皮革的重要力學(xué)指標(biāo)。本文依據(jù)JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》[1]對皮革規(guī)定負(fù)荷伸長率測量的不確定度進(jìn)行了評定，找到了引起測量結(jié)果不確定度的主要來源，并對重復(fù)性測量引起的不確定度過大的原因進(jìn)行了分析。

1　試驗部分

1.1　試驗材料及儀器

材料：質(zhì)地均勻的皮革1 m×1 m，按QB/T 2706-2005[2]從粒面裁取10個試樣，其中5個試樣的長邊平行于背脊線方向，5個試樣的長邊垂直于背脊線方向。

儀器：Zwick/roell z005萬能材料試驗機(jī)，GT-313A1皮革厚度測量儀，游標(biāo)卡尺。

1.2　環(huán)境條件

試樣在溫度 (20±2)℃、相對濕度RH(65±5)%的狀態(tài)下調(diào)節(jié)48 h，并在此條件下進(jìn)行測試[3]。

1.3　試驗方法

按QB/T 2710-2005《皮革物理和機(jī)械試驗抗張強(qiáng)度和伸長率的測定》[4]進(jìn)行試驗，并按式(1)進(jìn)行規(guī)定負(fù)荷伸長率計算。

式中：E1——規(guī)定負(fù)荷伸長率，%；

L1——夾具或傳感器在規(guī)定負(fù)荷時的距離；

L0——夾具或傳感器初始時的距離。

2　不確定度的主要來源和分析

從規(guī)定負(fù)荷伸長率的測量方法和計算公式分析可知，皮革規(guī)定負(fù)荷伸長率測量結(jié)果的不確定度的主要來源有：

（1）規(guī)定負(fù)荷伸長率重復(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。

（3）萬能材料試驗機(jī)測量引起的不確定度。包括萬能材料試驗機(jī)力值傳感器示值誤差帶來的不確定度、萬能材料試驗機(jī)夾具距離測量的不確定度。

（4）數(shù)值修約帶來的不確定度。

表1　皮革試樣寬度及厚度測量結(jié)果

表2　皮革規(guī)定負(fù)荷伸長率測試結(jié)果

3　試驗結(jié)果及不確定度分析

3.1　試驗結(jié)果

對裁取的試樣的寬度和厚度進(jìn)行測量，其測量值見表1，并按照QB/T 2710-2005測試方法對皮革的規(guī)定負(fù)荷伸長率進(jìn)行測試，結(jié)果見表2。

3.2　操作過程重復(fù)性測量引起的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

3.2.1重復(fù)性測量引起的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度總體分析

由表2數(shù)據(jù)計算可得，10個數(shù)據(jù)的規(guī)定負(fù)荷伸長率的平均值E=28%，采用A類方法評定，由貝塞爾公式得出測試結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差見下式：

重復(fù)性測量引起的A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

則總體重復(fù)性測量導(dǎo)致的測量結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度見下式：

3.2.2各方向重復(fù)性測量引起的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度分析

由3.1的測試結(jié)果可知，試樣是按兩個相對垂直的方向取樣的，有橫向、縱向之分，接下來分別從橫向、縱向兩個方向?qū)χ貜?fù)性測量引起的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度進(jìn)行分析。

橫向規(guī)定負(fù)荷伸長率的平均值E1=31.9%,采用A類方法評定，由貝塞爾公式得出橫向重復(fù)性測試結(jié)果引起的標(biāo)準(zhǔn)偏差見下式：

橫向重復(fù)性測量引起的A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

橫向重復(fù)性測量導(dǎo)致的測量結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度見式（7）：

縱向規(guī)定負(fù)荷伸長率的平均值E2=24.1%，采用A類方法評定，由貝塞爾公式得出縱向重復(fù)性測試結(jié)果引起的標(biāo)準(zhǔn)偏差見下式：

橫向重復(fù)性測量引起的A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

縱向重復(fù)性測量導(dǎo)致的測量結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度見下式(10)：

3.3　試樣寬度測量產(chǎn)生的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

根據(jù)本試驗所用游標(biāo)卡尺的檢定證書可知：擴(kuò)展不確定度為0.01 mm，包含因子k=2，則該游標(biāo)卡尺測量產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

由表1可知試樣的平均寬度為10.01 mm，則測量寬度引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度見式(12)：

表3　相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表

3.4　試樣厚度測量產(chǎn)生的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

根據(jù)本試驗所用厚度計的檢定證書可知：擴(kuò)展不確定度為2 um，包含因子k=2，則該厚度計測量產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

由表1可知試樣的平均厚度為1.31 mm，則測量厚度引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度見式(14)：

3.5　萬能材料試驗機(jī)力值傳感器示值誤差引起的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

根據(jù)萬能材料試驗機(jī)的檢定證書可知：力值擴(kuò)展不確定度為0.3%，包含因子k=2，則該試驗機(jī)試驗力值產(chǎn)生的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度見式(15)：

3.6　萬能材料試驗機(jī)夾具距離測量引起的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

根據(jù)萬能材料試驗機(jī)的檢定證書可知：位移擴(kuò)展不確定度為0.3%，包含因子k=2，則該試驗機(jī)距離測量引起的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度見式(16)：

3.7　數(shù)值修約引起的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度

由表2可知，數(shù)值修約間隔為0.1%，采用B類方法評定，取矩形（均勻）分布，取置信因子K=，則數(shù)值修約引入的不確定度為：

取試驗數(shù)據(jù)規(guī)定伸長率伸長率總的平均值E=28%，則數(shù)值修約引入的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度見式(18)：

3.8　相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表

綜上分析，將各相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總成表3。

3.9　數(shù)據(jù)分析

由表3數(shù)據(jù)一覽表可以看出，重復(fù)性測量引起的總體相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度數(shù)值最大，橫向、縱向單獨(dú)計算得到的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度值則要降低很多。與之相比，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、萬能材料試驗機(jī)測量引起的不確定度、數(shù)值修約帶來的不確定度相差至少一個數(shù)量級，其對測試結(jié)果總體不確定度影響很小，基本可以忽略。對于以上重復(fù)性測量結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度的總體分析及按取樣方向重復(fù)性測量結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度分析，其不確定度相差比較大。對于這一結(jié)果，從上文的測試結(jié)果可以看出，橫向、縱向各自的標(biāo)準(zhǔn)偏差比較小，規(guī)定負(fù)荷伸長率的數(shù)值波動不大，都趨近于各自的平均值，但是橫向的伸長率平均值比縱向的伸長率平均值大了7.8個百分點(diǎn)。而這一原因的產(chǎn)生，是由皮革本身的特性導(dǎo)致的，因為皮革縱向纖維束的數(shù)量要多于橫向，且排列較為整齊一致，而橫向纖維束的排列則較雜亂且有伸縮空間，所以在同樣的規(guī)定負(fù)荷下，縱向纖維束分擔(dān)的力較小，變形也小，規(guī)定負(fù)荷伸長率的值則小，橫向則反之。因此，規(guī)定負(fù)荷伸長率重復(fù)性測量結(jié)果的不確定度過大是由皮革本身特性所導(dǎo)致的，所以在日常檢驗中，應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求多次重復(fù)檢測，對試樣兩個方向的不確定度分別進(jìn)行監(jiān)控，達(dá)到降低測試結(jié)果不確定度的目的。

4　結(jié)論

通過對皮革規(guī)定負(fù)荷伸長率不確定度進(jìn)行分析，可以得出如下結(jié)論：

（1）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、萬能材料試驗機(jī)測量引起的不確定度、數(shù)值修約帶來的不確定度數(shù)值較小，其對測試結(jié)果總體不確定度影響很不大，基本可以忽略。

（2）重復(fù)性測量結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度的總體不確定度過大，而各方向的相對標(biāo)準(zhǔn)不確定度較小，其原因由皮革本身特征所決定。

（3）在日常檢驗中，應(yīng)多次重復(fù)檢測，對試樣兩個方向的不確定度分別進(jìn)行監(jiān)控，達(dá)到降低測試結(jié)果不確定度的目的。

參考文獻(xiàn)：

[1]JJF 1059.1-2012,測量不確定度評定與表示[S].

[2]QB/T 2706-2005,皮革化學(xué)、物理、機(jī)械和色牢度試驗取樣部位[S].

[3]QB/T 2707-2005,皮革物理和機(jī)械試驗試樣的準(zhǔn)備和調(diào)節(jié)[S].

[4]QB/T 2710-2005,皮革物理和機(jī)械試驗抗張強(qiáng)度和伸長率的測定[S].