电线电缆绝缘厚度测量结果的不确定度分析

电线电缆绝缘厚度测量结果的不确定度分析

罗 佳

四川华工工程质量检测有限公司四川成都 610043

[摘要]随着社会的发展，我国的基础设施在不断完善，电线电缆早已通向千家万户。作为传输电力的重要媒介，电线电缆在制作过程以及质量检测过程中，都需要对电线电缆绝缘层厚度是否达到标准要求进行测量，这关系到生产和使用安全。目前检测单位应用较为广泛的绝缘厚度测量方法为传统切片测量法，受到的外部影响因素较多，为了确保检测数据的准确性，就需要准确的给出电线电缆绝缘厚度及其扩展不确定度，为了正确理解和评定测量不确定度，本文结合某电线电缆样品的检测实例，通过对产生不确定的因素综合分析，对测量结果的不确定度作出合理评定，具有借鉴意义。

[关键词]不确定度分析 绝缘厚度 评定测量

一、测量不确定度的来源及评定理论

为正确理解和评定测量不确定度，必须对分析测试中产生不确定度的因素有足够的了解和认识，在GUM法和JJF1059.1-2012中列出了许多可能导致测量不确定度的来源：被测量的定义不完整；被测量定义的复现不理想；取样的代表性不够，即被测样本可能不完全代表所定义的被测量；对测量受环境条件的影响认识不足或对环境条件的测量不完善；模拟式仪器的人员读数偏移；测量仪器的计量性能(如最大允许误差、灵敏度、鉴别力、分辨力、死区及稳定性等)的局限性，即导致仪器的不确定度；测量标准或标准物质提供的标准值的不准确；引用的常数或其他参数值的不准确；测量方法和测量程序中的近似和假设；在相同条件下，被测量重复观测值的变化。根据材料分析测试的特点，产生不确定的因素大致可归纳为：

A类标准不确定度：对被测量进行独立重复观测，通过所得到的一系列测得值，用统计分析方法获得实验标准偏差s(x)，当用算术平均值作为被测量估计值时，被测量估计值的A类标准不确定度uA按公式计算：

B类标准不确定度：是根据有关的信息或经验（如利用以前的测定数据、说明书中的技术指标、检校证书中提供的数据及其他参考数据），判断被测量的可能值区间[ -a， +a ]，假设被测量值的概率分布，根据概率分布和要求的概率p确定k，则B类标准不确定度uB可由公式得到：

假设为正态分布时，根据要求的概率查表2得到k。

不确定度的评定方法与误差的性质没有对应关系，AB两类不确定度的评定方法并不简单地对应于随机误差和系统误差。不确定度是指测定数据的分散性，分散性不能分随机分散性和系统分散性。AB两类标准不确定度按照不确定度的传播公式合成之后，得到合成标准不确定度uC。

二、概述

2.1 电线电缆绝缘厚度测量的重要性

电线电缆的绝缘厚度在生产和使用安全上至关重要，它的必要厚度是保障电线电缆绝缘层能经受住各种可能过电压作用而可靠运行。绝缘厚度起着耐腐蚀、耐抗压、耐抗冲击的作用，它是将电线电缆的导电芯材与外界进行隔绝的重要保护层，同时这个保护层可以将电流与外界和其他电器元件隔离开来，是避免用电事故的重要保护层。若电线电缆绝缘厚度偏小，在电线电缆的使用过程中就容易被磨损，降低其抵抗外界各类腐蚀的能力，容易暴露在外界环境中，从而降低其介电性能；若绝缘厚度过大，护套厚度也大，就容易导致外径超标，从表面上看，生产企业本身并没有偷工减料，甚至是多用材料，但这类产品很可能在敷设过程中，因为外径过大出现状况，从而导致产品无法安装。因此对绝缘厚度进行测量，能够快速的了解到绝缘厚度的均匀性，同时使其在满足国家标准的基础上安全使用，可以大幅度的提高电线电缆的质量和使用寿命。

2.2 测量方法：GB/T 5023.2-2008《额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆 第2部分：试验方法》、GB/T 2951.11-2008《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法 第11部分：通用试验方法---厚度和外形尺寸测量---机械性能试验》

不确定度评定方法：JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》

2.3 测量设备：JTT/D台式投影仪，精度0.01mm，最大允许误差±（4um+4*10-5L）（L：mm）。

2.4 本次测量不确定度的来源主要考虑以下两方面：

（1）由于各种随机因素影响使读数不重复引入的不确定度uA；

（2）由于测量设备（台式投影仪）的设备示值误差引入的不确定度uB；

2.5 样品：电线电缆样品为实验室能力验证样品，已通过均匀性、稳定性检验验证。

2.6 试片制作：在1段长度约2.5m样品上至少相隔1m截取3段100mm样品，然后在3段样品的端头（去除端部可能有损部分），用锋利的剃刀刀片沿着与导体轴线相垂直的平面在每段样品上切取1个绝缘试片，共计3个试片，进行绝缘平均厚度的测量。取其中1个试片进行不确定度分析。

2.7 绝缘厚度测量的方式：将试片置于装置的工作面上，切割面与光轴垂直，试片内侧为圆形，径向间隔60度测量6点，任何情况下第一次测量应在绝缘最薄处进行。试验结果以

3个试片测得的18个数值的平均值表示（用mm表示），应计算到小数点后三位，并按规定进行修约，然后取该值作为绝缘厚度的平均值。

2.8 不确定度分析测量：利用投影仪对取出的其中1个试片在同样的条件下进行重复测量10次，根据10次独立测量的数据进行不确定度评定。

三、试验测量结果

3.1 电线电缆样品3个试件的测量结果

3.2 单一试件相同条件下的不确定度重复测量10次结果

四、不确定度评定

4.1 A类标准不确定度评定

根据JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》贝塞尔公式法及上述测量数据，可计算出算数平均值、试验方差、试验标准偏差：

算术平均值=1.045

试验方差=0.0000049

试验标准偏差=0.00221

日常检测中，电线电缆绝缘平均厚度的测量结果取3个试件的所有测量值的平均值，故A类标准不确定度为：

0.00127

4.2 B类标准不确定度评定

JTT/D台式投影仪，精度0.01mm，最大允许误差±（4um+4*10-5L）（L：mm），由示值误差引入的不确定度UB：

0.00231

4.3 合成标准不确定度

0.0026

4.4 扩展不确定度的评定：

2*0.0026=0.005（取包含因子k=2，置信概率为95.45%）

五、最终测量结果的表达

经过测量和测量结果的不确定度分析，该电线电缆样品的绝缘厚度测量结果表达为1.078mm±0.005mm，扩展不确定度U=0.005mm，它是由合成标准不确定度uc=0.0026mm 乘以包含因子k=2而得到的，置信概率约为95%。

六、结束语

电线电缆的绝缘厚度在生产和使用安全上至关重要，而传统的抽样、切片方法是用投影仪把整盘电缆的任意一端的一段进行切片然后放大，最终以绝缘厚度测量平均值来评定电线电缆绝缘厚度是否达标，方法本身就存在一定的离散性，所以在电线电缆绝缘厚度的日常测量中，更应该充分考虑导致测量不确定的各种因素，因为不确定因素越多，就越容易增加测量结果的离散性，所以在检测中应当高度重视对测量不确定性的定量分析，以提高对测量结果的准确度，使其保证在标准误差允许的范围内，本例中仅考虑了各种随机因素影响使读数不重复和测量设备的示值误差情况，存在一定的局限性，但对测量结果的不确定度评定方法应用上具有借鉴意义，相关数据虽不尽系统，今后还需积累经验。

参考文献：

中华人民共和国国家计量技术规范JJF 1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》

GB/T 5023.2-2008《额定电压450/750V及以下聚氯乙烯绝缘电缆 第2部分：试验方法》

GB/T 2951.11-2008《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法 第11部分：通用试验方法---厚度和外形尺寸测量---机械性能试验》

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