魏居鋒，張旭敏，劉克先

（深圳中航技術(shù)檢測所，廣東深圳518040）

洛氏硬度計計量建標方案探討

魏居鋒，張旭敏，劉克先

（深圳中航技術(shù)檢測所，廣東深圳518040）

依據(jù)計量標準考核的要求，通過對計量標準的工作原理，不確定度的評定及進行重復(fù)性、穩(wěn)定性指標和不確定度的驗證考核，建立洛氏硬度計符合量值傳遞的標準器組。

硬度計、洛氏硬度計、硬度

1 建立計量標準的目的

定[4]。標準配置如表1.

為了檢定或校準國防科技工業(yè)、各有關(guān)單位應(yīng)用廣泛的洛氏硬度計，保證量值準確一致，需建立洛氏硬度計檢定裝置，給出硬度值，用于金屬洛氏A、B、C標尺檢定或校準，從而保證科研、生產(chǎn)中相應(yīng)的硬度值測量，合法開展洛氏硬度計的檢定或校準工作[1，2]。

2 計量標準的工作原理及組

2.1 工作原理

根據(jù)國家計量檢定規(guī)程JJG112-2013《金屬洛氏硬度計》，使用中的洛氏硬度計主要是校準洛氏硬度計的示值誤差，當(dāng)洛氏硬度計的示值超差時，才進行試驗力、壓頭和測深機構(gòu)等項目的檢定。所以示值是洛氏硬度計使用和校準的最主要技術(shù)指標。洛氏硬度計的示值誤差是用標準洛氏硬度塊進行校準的，而標準洛氏硬度塊必須符合JJG113-1991《標準金屬洛氏硬度塊》的要求[4，5]。

2.2 計量標準組成

標準洛氏硬度塊A B C標尺。

3 計量標準器及主要配套設(shè)備

計量標準器及配套設(shè)備的配置應(yīng)當(dāng)科學(xué)合理，完整齊全，并能滿足開展檢定或校準工作的需要。計量特性必須符合相應(yīng)計量檢定規(guī)程或技術(shù)規(guī)范的規(guī)

表1 計量標準器及主要配套設(shè)備

4 計量標準的主要技術(shù)指標

標準硬度塊：

4.1 測量范圍：

標準洛氏硬度塊A B C標尺。

4.2 準確度等級：

金屬洛氏硬度塊（0.38～0.7）HR

5 環(huán)境條件

環(huán)境條件及設(shè)施應(yīng)當(dāng)滿足開展檢定或校準工作的要求，并按要求對環(huán)境條件進行有效監(jiān)測和控制；JJG112-2013《金屬洛氏硬度計檢定規(guī)程》6.1.1要求[3]：硬度計應(yīng)在（23±5）℃環(huán)境條件下進行檢定。在此溫度范圍之外進行檢定是，不應(yīng)定于10℃、高于35℃；因此按實際情況本項目環(huán)境條件要求與實際情況如表2.

表2 環(huán)境條件

6 計量標準的量值溯源和傳遞框圖

JJF1033-2008《計量標準考核規(guī)范》4.1.2計量標準的溯源性要求：為了保證計量標準的溯源性，計量標準的量值應(yīng)當(dāng)定期溯源至國家計量基準或社會公用計量標準；當(dāng)不能采用檢定或校準方式溯源時，應(yīng)當(dāng)通過比對的方式，確保計量標準量值的一致性[1]。量值溯源和傳遞框圖如圖1.

圖1 計量標準的量值溯源和傳遞框圖

7 計量標準的重復(fù)性試驗

在94.5HRBW處用洛氏硬度計對標準洛氏硬度塊進行10次連續(xù)測量，記錄硬度計示值（HRBW）[1]，如表3：重復(fù)測量10次，則

表3 測量重復(fù)性數(shù)據(jù)/HR

根據(jù)貝塞爾公式得出實驗標準差

得到的重復(fù)性不確定度為0.107 HRBW，符合JJF1033-2008《計量標準考核規(guī)范》關(guān)于重復(fù)性試驗的要求。

8 計量標準的穩(wěn)定性試驗

在94.5 HRBW處用金屬洛氏硬度計對標準洛氏硬度塊進行10次連續(xù)測量，記錄硬度計示值。每隔一定時間進行一組測量共進行4組測量，所得結(jié)果經(jīng)計算后即為洛氏硬度計檢定裝置的測量穩(wěn)定性[1]。檢測結(jié)果如表4.

表4 計量標準穩(wěn)定性考核測量結(jié)果/HR

9 校準結(jié)果的測量不確定度評定

9.1 適用范圍

適用于金屬洛氏硬度計的檢定或校準不確定度分析。

9.2 引用標準/文件

JJF 1059.1-2012測量不確定度評定與表示

9.3 測量方法及原理簡述

（1）根據(jù)國家計量檢定規(guī)程JJG112-2013《金屬洛氏硬度計》，使用中的洛氏硬度計主要是校準洛氏硬度計的示值誤差，當(dāng)洛氏硬度計的示值超差時，才進行試驗力、壓頭和測深機構(gòu)等項目的檢定。所以示值是洛氏硬度計使用和校準的最主要技術(shù)指標。洛氏硬度計的示值誤差是用標準洛氏硬度塊進行校準的，而標準洛氏硬度塊必須符合JJG113-1991《標準金屬洛氏硬度塊》的要求[4，5]。

下面分析洛氏硬度計C標尺示值誤差檢定的測量結(jié)果不確定度，所用的標準硬度塊包括低、中和高三塊，硬度范圍分別為20～30 HRC，35～55 HRC和60～70 HRC.被檢硬度計為表盤式金屬洛氏硬度計。

（2）數(shù)學(xué)模型

式中：e為洛氏硬度計的示值誤差；Hm為洛氏硬度計示值的算術(shù)平均值；Hb為標準硬度塊的硬度值。

（3）方差和傳播系數(shù)

由上式可得：

“我爺爺”是土匪也是英雄，他曾經(jīng)殺人越貨、落草為寇，也能以寡敵眾將日本鬼子打得屁滾尿流，在莫言筆下他是抗日戰(zhàn)爭時期眾多草莽英雄的化身?！拔夷棠獭币簧非笞杂?，敢愛敢恨，她不顧封建禮教的束縛，是那個時代女性反抗封建制度的代表。莫言通過對這些形象的書寫，以小見大，表現(xiàn)了那個年代中華民族頑強旺盛、不肯屈服的生命張力，并通過先輩與我輩的對比哀嘆種的退化，從而深入反思了民族精神的何去何從，希望借此重建屬于民族的精神家園。他巧妙地將中國這個大舞臺濃縮為高密東北鄉(xiāng)這個小舞臺，成功地使鄉(xiāng)土情結(jié)升華到了民族情結(jié)的高度。

uc2(e)=c12·u12+c22·u12

式中：c1=?e/?Hm=1；

u1，u2分別表示Hm，hb的不確定度。

uc2(e)=u12+u22

9.4 計算分量標準不確定度

（1）硬度計示值給出的不確定度分量u1

1）示值變動性估算的不確定度分量0.2%；

擴展不確定度，取覆蓋因子k=2，得：

依據(jù)規(guī)程，HRC硬度的示值誤差主要是硬度計的測量重復(fù)性所引起的，其來源于硬度計本身測量的重復(fù)性和標準硬度塊的均勻性兩個因素，由于硬度計示值是硬度計在標準塊上的不同區(qū)域測得的結(jié)果，其測量的特殊性是同一點不可能重復(fù)測量，所以硬度計示值重復(fù)性已包含了標準硬度塊均勻度對其示值的影響，采用A類方法進行評定。

在一臺硬度計上，用一塊標準塊為60.5的洛氏硬度塊進行10次測量，得到一測量列為60.5，60.7，60.3，60.5，60.4，60.7，60.6，60.4，60.7，60.5 HRC

其示值算術(shù)平均值和單次實驗標準差按下式計算：

測量結(jié)果為5次的平均值，得：

用同樣方法測得低硬度范圍重復(fù)性不確定度為

2）硬度計示值估讀誤差引起的不確定度分量

硬度計示值檢定過程，卸去初試驗力讀取硬度值，一般估讀誤差為±0.1HRC，該誤差為均勻分布，得：

（2）標準硬度塊的不確定度分量

1）定度標準硬度塊的標準硬度計引起的不確定度分量

標準金屬洛氏硬度塊是采用標準洛氏硬度計定度的，根據(jù)JJG 113—2003《標準金屬洛氏硬度塊》，標準洛氏硬度計的不確定度由定值證書給出，采用B類方法進行評定。標準洛氏硬度計檢定證書給出的其擴展不確定度不大于0.3 HR，包含因子k=3，得：

u3=a/k=0.3/3=0.1 HRC

2）標準硬度塊穩(wěn)定度引起的不確定度分量

根據(jù)JJG 113—2003《標準金屬洛氏硬度塊》，標準金屬洛氏硬度塊在檢定周期的穩(wěn)定度，在低硬度范圍，不超出±0.6 HRC，中硬度和高硬度穩(wěn)定度為± 0.4 HRC.其穩(wěn)定度變化服從均勻分布.

9.5 合成標準不確定度：

低硬度范圍：

中、高硬度范圍：

9.6 擴展不確定度：

取包含因子k=2，得：

低硬度范圍：U=ku c=2×0.38=0.76 HRC

中硬度范圍：U=0.54 HRC

高硬度范圍：U=0.54 HRC

10 檢定或校準結(jié)果的驗證

選擇一穩(wěn)定的金屬洛氏硬度計，經(jīng)自檢測一組數(shù)據(jù)后，送上級法定計量檢定機構(gòu)測得一組數(shù)據(jù)，檢定結(jié)果合格[1]，比對數(shù)值如表5.

表5 比對數(shù)值表/HR

根據(jù)JJF1033-2008附錄C中C.2.2.3中式

所建立洛氏硬度計檢定裝置檢定/校準結(jié)果是符合要求的[1]。

11 結(jié)束語

經(jīng)分析與驗證表明，洛氏硬度計檢定裝置滿足國家計量檢定規(guī)程JJG112-2013《金屬洛氏硬度計》的要求，可以開展對洛氏硬度計的檢定或校準[1，4，5]。

[1]JJF1033-2008計量標準考核規(guī)范[S]，北京：中國計量出版社，2008.

[2]JJF1001-1998通用計量術(shù)語及定義[S]，北京：中國計量出版社，1998.

[3]JJF1059.1-2012測量不確定度評定與表示[S]，北京：中國計量出版社，2012.

[4]JJG112-2013金屬洛氏硬度計檢定規(guī)程[S]，北京：中國計量出版社，2013.

[5]JJG113-1991標準金屬洛氏硬度塊[S]，北京：中國計量出版社，1991.

Discussion on the Measurement and Calibration of Rockwell Hardness Tester

WEI Ju-feng1，ZHANG Xu-min2，LIU Ke-xian3
（Shenzhen Metrology&Measurement Institute of AVIC.，Shenzhen Guangdong 518040，China）

According to the requirements of the measurement standard，to set up the measurement and calibration of rockwell Hardness tester through analyzing the working principle of the measurement standard，the repeatability，the stability index and the verification of the uncertainty.

hardness tester；rockwell hardness tester；hardness

TH871.5

B < class="emphasis_bold">文章編號：1

1672-545X（2017）05-0274-03

2017-02-24

魏居鋒（1967-），男，山東人，碩士，高級工程師，從事計量檢定、校準測試工作；張旭敏（1964-），男，廣西人，碩士，高級工程師，從事機電工程、檢測測試工作；劉克先（1967-），男，湖南人，學(xué)士，高級工程師，從事計量檢定、校準測試工作。