蔡 寧，萬(wàn) 雙，孔令青，劉 杰

(1.山東祥瑞銅材有限公司，山東 聊城 252327；2.陽(yáng)谷祥光銅業(yè)有限公司，山東 聊城 252327)

電工用銅線坯是生產(chǎn)電工用銅線的坯料的統(tǒng)稱，主要是指直徑為6.0～35.0 mm，供進(jìn)一步拉制線材或其他電工用銅導(dǎo)體的圓形截面銅線坯[1]?？勺鳛樯a(chǎn)電線電纜的直接原材料。生產(chǎn)原料為不同牌號(hào)陰極銅，加工方式主要有連鑄連軋、上引連鑄等。按照狀態(tài)可分為熱(R)態(tài)和硬(Y)態(tài)。

電工用銅線坯的電性能主要指的是電阻率，包括質(zhì)量電阻率和體積電阻率。電阻率是后續(xù)加工生產(chǎn)產(chǎn)品的關(guān)鍵性指標(biāo)，同時(shí)可以作為生產(chǎn)工藝控制、過(guò)程雜質(zhì)控制的參考指標(biāo)，所以，電阻率的測(cè)定結(jié)果對(duì)于銅線坯的質(zhì)量來(lái)說(shuō)意義重大。目前電工用銅線坯中電阻率測(cè)定的方法主要有直流電橋測(cè)量法[2]、電阻率自動(dòng)測(cè)定儀法[3]等等。

測(cè)量不確定度是表征賦予被測(cè)量量值分散性的非負(fù)參數(shù)[4-5]，是對(duì)測(cè)量結(jié)果質(zhì)量的定量表征。本文以8 mm電工用銅線坯取樣導(dǎo)體為例，采用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)方法[2]測(cè)定體積電阻率。其中，銅線坯的尺寸測(cè)量方法參考GB/T 4909.2中的相關(guān)方法[6]。參考了相關(guān)金屬材料中電阻率測(cè)定不確定度評(píng)定的一些方法[7-9]，對(duì)8 mm電工用銅線坯電阻率測(cè)定的不確定度進(jìn)行了評(píng)定。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 測(cè)量依據(jù)

GB/T3048.2-2007電線電纜電性能試驗(yàn)方法 金屬材料電阻率試驗(yàn)。

1.2 測(cè)量環(huán)境

溫度(20±5)℃，相對(duì)濕度：≤80%。

1.3 實(shí)驗(yàn)儀器

直流電阻測(cè)試儀，型號(hào)：Pc36C，準(zhǔn)確度：±0.04%～±0.1%，上海太歐電子有限公司；水銀溫度計(jì)，測(cè)量范圍0～50℃；最大允許誤差：±0.1℃；電子數(shù)顯卡尺，測(cè)量范圍：0～25 mm準(zhǔn)確度：0.01 mm；哈爾濱量具刃具集團(tuán)有限公司；電子天平，測(cè)量范圍：0～5 kg，準(zhǔn)確度：0.1 g；余姚市金諾天平儀器有限公司；鋼直尺，測(cè)量范圍：0～100 mm，準(zhǔn)確度:±1 mm。

1.4 測(cè)量對(duì)象

電工用銅線坯樣品，滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)T1的要求，熱軋(M20)狀態(tài)，直徑為8.0 mm。

1.5 實(shí)驗(yàn)方法

取一段1.5 m長(zhǎng)試樣，放置于(20±5)℃恒溫室內(nèi)至少2 h。將試樣固定于四端電阻測(cè)量專用夾具上，用Pc36C型直流電橋采用平衡點(diǎn)法測(cè)量試樣直流電阻值。經(jīng)測(cè)環(huán)境溫度為20.0℃。測(cè)試完成，記錄電阻值R(t)，關(guān)閉電阻測(cè)試儀。因電工用銅線坯橫截面不是標(biāo)準(zhǔn)圓形，通過(guò)測(cè)量橫截面直徑及長(zhǎng)度計(jì)算體積方式誤差較大，因此采用稱重法計(jì)算體積。用電子天平秤出試樣質(zhì)量m，使用密度計(jì)計(jì)算出試樣的密度d。計(jì)算試樣體積電阻率。

2 數(shù)學(xué)模型

按下式計(jì)算電工用銅線坯的電阻率，建立數(shù)學(xué)模型

式中：

ρV20：20℃時(shí)試樣的電阻率，單位：歐每平方毫米每米(Ω·m)；

R(t)：試驗(yàn)溫度t時(shí)單位長(zhǎng)度試樣電阻，單位歐姆(Ω)；

α20：電阻溫度系數(shù)，單位(1/℃)；

m：試樣質(zhì)量，單位千克(kg)；

l1：標(biāo)距長(zhǎng)度(m)；

l2：試樣長(zhǎng)度(m)；

d：試樣密度，單位：千克每立方米(kg/m3)。

3 測(cè)量不確定度分量的來(lái)源

圖1 不確定度來(lái)源分析圖

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)方法和數(shù)學(xué)模型的分析，該方法的測(cè)量不確定度主要來(lái)源于以下幾個(gè)方面，具體見(jiàn)圖1。

4 不確定度分量的評(píng)定

按照“GB/T3048.2-2007電線電纜電性能試驗(yàn)方法”的要求，對(duì)一個(gè)銅線坯樣品進(jìn)行了10次的平行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 體積電阻率測(cè)定的記錄及結(jié)果

4.1 試樣電阻測(cè)量引入不確定度

4.1.1 重復(fù)性測(cè)量引入的不確定度

該檢測(cè)重復(fù)性的不確定度屬A類不確定度，則，其A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

代入相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算得： U(R)1= 9.8939×10-8(Ω)

4.1.2 電阻測(cè)試儀最大允許誤差引入的不確定度分量u[R(t)]

U[R(t)]可以用B類方法進(jìn)行評(píng)定，按均勻分布考慮，

4.2 電阻溫度系數(shù)引入的不確定度U2

試樣電阻溫度系數(shù)α參照GB/T3048.2-2007附錄B中規(guī)定使用0.00393(1/℃)，此值允許誤差絕對(duì)值≤0.000005(1/℃)，由于該分量對(duì)本次測(cè)量的不確定度影響較小，可以忽略不計(jì)。

4.3 環(huán)境溫度測(cè)量引入的不確定度

4.4 稱重天平最大允許誤差引入的不確定度

4.5 試樣長(zhǎng)度測(cè)量引入的不確定度

4.6 密度測(cè)量引入的不確定度

密度引入的不確定度主要為密度計(jì)重復(fù)測(cè)量引入的不確定度，該檢測(cè)重復(fù)性的不確定度屬A類不確定度，對(duì)試樣進(jìn)行10次重復(fù)測(cè)量，結(jié)果如表1。

其A類標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

5 合成不確定度

5.1 靈敏系數(shù)

由測(cè)量模型可知靈敏系數(shù)為：

5.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表(見(jiàn)表2)

表2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表

5.3 合成不確定度

以上分量相互獨(dú)立，則合成不確定度為：

UC2(ρv20)=c12U2[R(t) ]+c22U2(t)+c32U2[m(t)]+c42U2[l(t) ]+c52U2(d)

代入相關(guān)數(shù)據(jù)，計(jì)算得出UC(ρv20)=1.05×10-11(Ω·m)。

5.4 擴(kuò)展不確定度

置信度為95%時(shí)，則k=2，擴(kuò)展不確定度U=2×1.05×10-11=2.10×10-11(Ω·m)，因此電阻率的結(jié)果可以表示為：ρv20=1.689 ×10-8(Ω·m)±2.10×10-11(Ω·m)，相對(duì)擴(kuò)展不確定度為：

6 結(jié)論

采用GB/T3048.2-2007標(biāo)準(zhǔn)中金屬材料電阻率測(cè)定方法測(cè)定電工用銅線坯的電阻率，用稱重法測(cè)量導(dǎo)體截面積測(cè)得的體積電阻率。通過(guò)本方法的評(píng)定結(jié)果可以看出，不確定度遠(yuǎn)低于GB/T 4909.2-2009中允許偏差，具有較高的準(zhǔn)確度和精密度，與其他方法相比優(yōu)勢(shì)明顯。