蒋韬
宜兴市产品质量与食品安全检验检测中心 江苏省宜兴市 214200
摘要:热延伸试验时电线电缆日常检验中的常规检验项目，主要模拟的是在日常工作下绝缘的机械物理性能，通过载荷下最大伸长率和冷却后最大永久伸长率来判定电线电缆的符合性。
通过大量的试验，研究交联聚乙烯绝缘热延伸试验不确定度的来源并建立数学模型，对不确定度进行评定，给出了扩展不确定度。
关键词：电线电缆；热延伸；测量不确定度
Abstract：The routine inspection items in the daily inspection of wires and cables in the hot extension test mainly simulate the mechanical and physical properties of insulation under daily work, and determine the compliance of wires and cables by the maximum elongation under load and the maximum permanent elongation after cooling.Through a large number of tests, the source of uncertainty in the thermal elongation test of XLPE insulation is studied, and the mathematical model is established to evaluate the uncertainty, and the expanded uncertainty is given.
Key words: wire and cable; hot set; measurement uncertainty
0、引言
热延伸试验时电线电缆日常检验中的常规检验项目，主要模拟的是在日常工作下绝缘的机械物理性能，通过载荷下最大伸长率和冷却后最大永久伸长率来判定电线电缆的符合性。本文依据GB/T 2951.21-2008 《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法 第21部分：弹性体混合料专用试验方法—耐臭氧试验－热延伸试验－浸矿物油试验》的试验方法进行试验，研究交联聚乙烯绝缘热延伸试验不确定度的来源并建立数学模型，对不确定度进行评定，给出了扩展不确定度。
1、试验方法概述
1.1检验依据
电线电缆交联聚乙烯绝缘热延伸试验按照GB/T 2951.21-2008 《电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法 第21部分：弹性体混合料专用试验方法—耐臭氧试验－热延伸试验－浸矿物油试验》进行。
1.2环境条件
由于需要测量厚度，测量环境要求为（23±5）℃，平衡时间为3h。测试温度为（200±3）℃，保持10min。
1.3样品型号
此次样品选用YJV-0.6/1 3*25的红色交联聚乙烯绝缘线芯。
1.4检验设备
热延伸试验装置EK10019、自然通风老化试验箱EK50011、电子天平ML1602E。
1.5测试过程
1.5.1剥除绝缘内外所有材料，使用削片机把绝缘内削平，使用4×75mm的哑铃冲压哑铃试片。
1.5.2在测量环境中平衡3h后测量试片厚度。在样品上标记处标记线，距离20mm。
1.5.3使用试片厚度测量的结果计算出负载质量。
F=20.4×S（1）
S=4×δ（2）
F(g)：负载质量，S(mm2)：截面积，δ(mm)：厚度
1.5.4把装有试样和负载质量的热延伸试验装置放入已经升至（200±3）℃的自然通风老化试验箱中，待温度5min内升至200时开始计时10min。读出上下标记尺上的距离。
1.5.5完成读数后迅速在试件上解除负载质量，并将试件保持在烘箱中5min。然后取出试样，在环境温度下恢复至室温。再次测量样品上的标记线距离。
η1=[(ΔL-L0)/L0]×100% （3）
η2=[(L4-L0)/L0]×100% （4）
L1(mm)：载荷下伸长后上标距位置
L2(mm)：载荷下伸长后下标距位置
ΔL(mm)：载荷下标距长度
L3(mm)：去除负载冷却后标距长度
L4(mm)：去除负载冷却后标距长度的平均值
η1(%)：载荷下最大伸长率
η2(%)：冷却后最大永久伸长率
2、不确定度来源分析
根据上面公式～至四可知，试验结果和样品厚度和样品测试长度有关。此外老化时的温度均匀有关联影响。碳钢的线膨胀系数为：在20-300°C时，线膨胀系数为：12.1～13.5×10-8×℃-1，对于钢制零件的热膨胀量计算是一个相对较复杂的过程，而且，其计算结果受制于多种因素的制约，其线膨胀量是存在各项异性的。基于上述因素，一般在工程上基本不会在理论上去计算零件因温度的变化而产生的膨胀量，由碳钢的线膨胀系数可知：在20——300°C时，材料的膨胀量是非常微小的，这里不做考虑。
所以这里我们确定不确定度的来源是：测量结果的分散性，试验设备固有质量的误差，试验温度。
3、数学模型建立
根据我们确定的不确定的来源，合成整理后得到。
E=E+S(X)+u（L）+u（m）+u（t） （5）
E=E+S(X)+u（L）+u（t） （6）
E：载荷下伸长率多次测量的平均值
E：冷却后伸长率多次测量的平均值
S(X)：载荷下伸长率多次测量的测重复偏差
S(X)：冷却后伸长率多次测量的测重复偏差
u（m）：由试验设备固有质量的误差引入的不确定度
u（L）：由试验设备固有长度的误差引入的不确定度
u（t）：由试验时载荷下温度误差引入的不确定度
u（t）：由试验时载荷下冷却后引入的不确定度
4、测量不确定的评定
热延伸试验不确定可以分为两部分来评定。一类是用对观测列进行统计分析的方法来评定标准不确定度，称为不确定度A类评定；所得到的相应标准不确定度称为A类不确定度分量，由多次试验所得数据确定。另一类是用不同于对观测列进行统计分析的方法来评定标准不确定度，称为不确定度B类评定；所得到的相应标准不确定度称为B类不确定度分量，由仪器本身的误差确定。
4.1、A类评定
测试系统中随机产生的不确定度分量
（1）在同一样品上连续取20个样品后进行测试。测试条件标距L0=20mm，温度200℃，负载质量，重复测试结果见表1。E和E为20次测量结果的算术平均值，E=3.5mm，E=0.7mm。S(X)和S(X)测量的平均值标准差计算见公式7，S(X)=0.115, S(X)=0.105，根据表一的测试结果，使用公式3和4可以算出η1=18%，η2=4%。
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查阅热延伸试验装置说明书以及计量报告可知标距尺U（L0）的最大误差为±0.10mm，热延伸装置的长度测量误差为±0.10mm，可以通过公式（8）计算可得u（L）=0.7%。
（2）试验设备固有质量的误差不确定度u（m）
由于试验中的砝码需要使用电子天平进行称重测量，电子天平的测量误差将对结果产生影响，查阅说明书后得知电子天平误差为±1%通过公式（11）计算得出u（m）=0.58%，不确定为为均匀分布得k=。
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表三、交联聚乙烯绝缘热延伸测试结果（202℃）
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通过图一所示,对于所测样品对于温度的变化是成线性比例关系的,则可以认为是正态分布得关系k值取2。通过用软件对测得的温度进行分析输入得到直线方程。
载荷下E(t)=a+bt（12）
冷却后E(t)=a+bt（13）
通过软件对于198℃和202℃的数据进行分析，可得载荷下a= -0.4915，b=0.002625。由此可知E（t）=0.002625℃-1，试验由温度带来的不确定系数为0.002625℃-1。冷却后
a= -0.1685，b=0.000875。由此可知E（t）=0.000875℃-1，试验由温度带来的不确定系数为0.000875℃-1。
试验温度的误差影响取决于温度偏差u（t1）、温度波动u（t2）和温度均匀度u（t3）对于试验的影响。查阅高温试验老化箱的说明书和计量报告，可知热老化试验箱在温度为200℃时的温度偏差为+0.4℃，温度波动度为±0.05，温度的均匀度为±0.5。
△t1 = =0.283℃ △t2 = =0.035℃ △t3 = =0.354℃
则△t= =0.455℃
则由试验时温度误差引入的不确定度载荷下u（t）=b×△t=1.19×10-3，u（t）= b×△t=3.98×10-4。
5、合成标准不确定度的评定
热延伸试验不确定分量如图4所示。
图4 各分量不确定度计算结果及比较
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6、扩展不确定度的评定
根据表4，取包含因子k=2，则扩展不确定度U(E)=2Uc=2%，U(E)=2Uc=2%
测量结果为载荷下最大伸长率E=（18±2）%，k=2，冷却后最大永久伸长率E=（4±2）%，k=2。
7、结论
在测试系统200℃的自然通风老化箱中，机械应力为20N/cm2的测试条件下测得型号为YJV-0.6/1 3*25载荷下最大伸长率E=（18±2）%，k=2，冷却后最大永久伸长率E=（4±2）%，k=2。热延伸项目是考核电线电缆绝缘层的一项重要指标。本文对测量结果的分散性，试验设备固有质量的误差，试验温度等因素对实验结果的影响进行研究，对日后进行该实验具有积极的参考价值。
参考文献
［1］国家质量技术监督局计量司组.测量不确定度评定与表示指南〔M〕. 中国计量出版社出版〔M〕
［2］GB∕T 2951-2008 电缆和光缆绝缘和护套材料通用试验方法.中国标委会〔S〕