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电线电缆高温压力试验不确定度评定分析

  高温压力试验是电线电缆的常规检验项目之一,主用于考核电线电缆绝缘材料在高温状态下的抗压性能。本文通过大量的试验研究了高温压力试验测量不确定度的来源,建立了数学模型,并对不确定度分量进行了评定,给出了扩展不确定度。
  关键词电线电缆;高温压力试验;测量水产论文不确定度
  中图分类号 TM 247.1 文献标志码A
  Uncertainty Evaluation Analysis of Wires and Cables High-Temperature Press Test
  HUANG Hai
  (Hunan Center for Quality Supervision and Inspection of Electric Wires and Cables, Hengyang 4211, China)
  Abstract High-Temperature press test is one of the conventional wire and cable test items, mainly for assessment compression performance wire and cable insulation materials under high temperature conditions. Through a lot of test to study the origin of high temperature pressure test measurement uncertainty, a mathematical model, and uncertainty components were assessed, given the expanded uncertainty.
  Key words wires and cables; High-Temperature press test; uncertainty of measurement
  引言高温压力试验是电线电缆的常规检验项目之一,是电线电缆绝缘或护套在一定温度下受外界机械力(或自重)而变形后,当外力去除、温度降低时能否恢复的能力,主用于考核电线电缆绝缘材料在高温状态下的抗压性能。本文根据GB/T 2951.31-28《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法第31部分聚氯乙烯混合料专用试验方法——高温压力试验——抗开裂试验》标准进行高温压力试验,通过多次试验研究分析高温压力试验测量不确定度的来源,建立数学模型,分析其试验结果离散性的规律,对高高温压力试验结果的准确性具有现实意义。
  一、试验方法概述
  1.测量依据
  电线电缆绝缘或护套的高温压力试验按照GB/T 2951.31-28进行。
  2.环境条件
  标准规定,试验应在空气烘箱中进行,烘箱中空气温度应一直保持在有关电缆产品标准规定的温度。未预热的受压试样在烘箱中放置的时间应按有关电缆产品标准规定,如电缆产品没有规定,则按如下规定试样外径D≤15mm时为4h;试样外径D>15mm时为6h。
  根据本次评定测试对象,测试烘箱温度为8±2℃,试样在烘箱中预热4h。
  3.测试样品
  规格型号为6227 IEC1(BV) 45/75V 5mm2一般用途单芯硬导体无护套电缆。
  4.试验设备
  主测试设备有空气烘箱、高温压力试验装置、数字投影仪等。其他辅助用设备和物质有游标卡尺、金属垂直面校准块、冷水等。本次用于测量高温压力装置刀口宽度为.71mm、.71mm、.7mm。
  5.试验过程
  采用测量压痕深度的方法,试样在规定的加热时间结束后,在烘箱中用冷水喷射压在刀口下的试样来迅速冷却。当试样冷却至室温并不再继续变形后,浸入冷水进一步冷却。
  二、不确定度来源分析
  刀口作用于试样上的压力F(单位N)计算公式为
  (1)式中k为产品标准中规定的系数;D为试样外径平均值;δ为试样厚度的平均值。
  压痕深度Δδ(单位mm)结果计算公式为
  (2)式中δ1为剖面1的测量厚度;δ2为剖面2的测量厚度。
  由式(1)、(2)可以看出,计算结果与测量的数据有关,即D、δ、δ1和δ2相关。此外,空气烘箱温度、刀口是否与试样的轴线方向垂直、试样在刀片压力下弯曲、试验过程中箱体振动及冷却时间长短也是影响测量结果的主因素。
  测试前首先对试样进行校直,并在试样支架上做好标记线,将试样按标记线位置与支架平行放置;为避免刀具压载试样时向一边倾斜,使用游标卡尺测量并标记刀口的中部位置。
  试验烘箱本身不带鼓风机,箱体周围环境也没有其他振动源,并在试样支架的接口处采用了防振垫片,减少了试验过程中极其微小的振动带来的影响。
  刀片材质选用不锈钢质材料,按标准求,刀口与试样接触并未和刚性支架接触。
  相关试验表明,冰水、自来水以及冷却时间长短对高温压力值的变化无明显影响。
  通过采取上述措施,可以初步确定不确定度来源主有测量结果的分散性;试验仪器固有误差;试验温度。
  三、不确定评定数学模型的建立
  根据不确定度来源,该测试系统不确定度评定的数学模型为
  (3)式中为多次重复测量的平均值;为多次重复测量的标准偏差;为试验温度引入的不确定度。
  四、输入量的标准不确定度评定
  高温压力试验的测量过程中有许多引起不确定度的来源,但大致可以将不确定分量分为两部分来评定。一是测试过程中由于样品不均匀性、测试结果离散性带来的不确定度分量,通过A类评定方法来确定;二是由试验温度产生的不确度定分量,这些分量无法通过统计学的方法获取信息,需通过B类评定方法来确定。

  1.A类评定
  在同一个试样上连续取3个试件,进行多次重复测量,测试结果见表1。
  表1 高温压力试验测量结果(单位%)
  为3个测量值的算术平均值,得32.62%,取33%。为本次测量的标准差,由式(4)计算,.29%。
  (4)
  2.B类评定
  为了验证试验温度偏差对结果产生的影响,分别在温度的上限82℃和下限78℃时下进行试验,试验数据见表2、表3。由表2数据计算可得29.86%,.39%,由表3数据计算可得33.92%,.41%。
  表2 78℃时高温压力试验测量结果(单位%)
  表3 82℃时高温压力试验测量结果(单位%)
  从表2、表3中可以看出,不同的测量环境对试验结果存在一定的影响。将表1、表2、表3中的数据绘制成曲线如图1所示。
  图1 温度与高温压力试验测量值的关系
  从图1中可看出,测试结果在78~82℃区间呈现线性变化趋势,在该区间内可认为温度和测量结果为线性关系,通过数据拟合,其关系可表达为
  (5)
  式中a,b为待测常数。根据78℃和82℃两个温度点的测量结果,可得a=-.4931,b=.115。则式(5)为
  ( 6)
  故试验温度影响带来的不确定度系数为.115℃-1。
  试验温度偏差引入的不确定度分别为温度偏差、温度波动、温度均匀度引入的不确定度,记为u(t1)、u(t2)、u(t3),查阅设备校准报告可知,所用低温试验箱在8℃时,温度偏差为+.5℃,温度波动度为±.5℃,温度均匀度为±.5℃。按照均匀分布,取k为2,可得
  因为u(t1)、u(t2)、u(t3)为相互独立的不确定分量,故得
  (7)
  林学论文则试验温度带来的不确定度分量为
  (8)
  五、合成标准不确定度的评定
  该试验系统不确定度分量如表4所示。
  表4 各不确定度分量计算结果及比较
  合成不确定度为
  (9)
  六、扩展不确定度的评定
  如表4,取包含因子k=2,则扩展不确定度为U(E)=2uc=2%。测量高温压力试验测量结果可表示为(33±2)%,k=2。
  七、结束语
  高温压力试验是电线电缆的常规检验项目之一,本文从测试仪器、试验温度等环节研究了测试系统测量不确定度,为该项目测试准确度的高供了参考依据。
  参考文献
  1 GB/T 2951—28 电缆和光缆绝缘护套材料通用试验方法S.
  2 国家质量技术监督局计量司组编.测量不确定度评定与表示指南M.北京中国计量出版社,2.
  3季红.电线电缆绝缘高温压力试验研究J.电线电缆,212,(4)33-34.
  作者简介
  黄海,男,本科,工程师,1978年1月生,主从事电线电缆产品设计和检验检测工作。

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