球压试验压痕直径的测量不确定度评定

116电子电器产品非金属材料球压试验及测量不确定度评定徐 超 姚 远 刘 源 吴 穷 汤子翊（湖北省产品质量监督检验研究院）摘　要：本文介绍了电子电器产品非金属材料（除陶瓷外）球压试验的具体试验过程及注意事项，并从A类不确定度和B 类不确定度两方面，对球压压痕直径的测量不确定度进行评定。

关键词：非金属材料，球压试验，不确定度DOI编码：10.3969/j.issn.1674-5698.2023.08.020Ball Pressure Test of Non-metallic Materials for Electronic and ElectricalProducts and Evaluation of Measurement UncertaintyXU Chao YAO Yuan LIU Yuan WU Qiong TANG Zi-yi（Hubei Institute of Quality Supervision and Inspection ）Abstract: This paper introduces the specific test process and precautions of ball pressure test of non-metallic materials (except ceramics) of electronic and electrical products, and evaluates the measurement uncertainty of ball pressure indentation diameter from the aspects of class A uncertainty and class B uncertainty.Keywords: non-metallic materials, ball pressure test, uncertainty作者简介：徐超，本科，主要从事电子电器产品质量安全检测及风险评估工作。

球压试验规范
球压试验规范
版本文件编号生效日期
1、目的
本文件说明了球压测试的要求，以规范其行为。

2、适用范围
热塑性塑胶料外壳或其它外部绝缘热塑性材料的塑胶件。

3、责任部门
试验中心
4、试验规范
4.1参照标准：GB7000.1-2007 第13.2章
4.2使用仪器设备：高温老化箱、球压测试仪
4.3测试方法
4.3.1首先将待测件放入高温老化箱中；
4.3.2用一直径为5mm的钢球以20N的压力压迫该平面(具体请参照附图)；
4.3.3将高温老化箱的温度设置为T(T=温度测试所测得的温度+25℃, 但固定载流部件或安全特低电压部件就位的部件的最低试验温度不得低于125℃，其它部件不得低于75℃；
4.3.4于上述环境中维持1个小时；
4.3.5一个小时后, 将样板取出, 并将其浸泡在冷水中10秒钟以冷却；
4.3.6测量压痕直径
4.4判定：所测量的压痕直径不得超过2.0mm；
5、相关文件和资料
无
6、相关记录表格
温度测试记录表。

【精品】“圆筒体积的测量”的标准不确定度评定在工程和科学领域中，测量是一项重要的活动。

在进行测量时，需要评估所得结果的可靠性和准确性。

一个常见的测量任务是测量物体的体积，例如圆筒的体积。

然而，所有测量都存在不确定性，因此需要对测量的不确定度进行评估。

本文将介绍如何评估圆筒体积测量的标准不确定度。

首先需要确定可能产生不确定度的因素。

在圆筒体积测量中，有几个因素可以导致测量结果的不确定度，包括：1. 直径的测量误差：直径的测量可能会存在一定的误差，这将影响到圆筒的体积计算。

3. 圆筒的形状误差：圆筒的圆形、直线和平面的符合度可能也会影响到体积测量。

4. 测量设备的不确定度：使用的测量设备也有一定的不确定度，例如测量直径和高度的卷尺或测量线。

接下来，需要确定每个不确定度因素对测量结果的影响程度。

这可以通过进行实验测量来确定。

在实验中，需要多次测量不同的圆筒，并记录测量结果。

然后，使用这些数据来计算不确定度因素的贡献。

例如，在测量直径时，可能会得到以下三次测量结果：10.2厘米、10.1厘米和10.3厘米。

那么平均值为：(10.2+10.1+10.3)/3=10.2厘米。

标准偏差为：[(10.2-10.2)^2+(10.1-10.2)^2+(10.3-10.2)^2]/(3-1)=0.11厘米。

这个标准偏差给出了直径测量误差的大小，作为估计值的不确定度。

针对所有的不确定度因素的计算，可以使用不确定度传递方法来组合它们。

具体来说，如果有多个不确定度来源，则它们的贡献应该按照它们对最终结果的相对贡献进行加权平均。

这意味着，每个不确定度因素的不确定度应该与其对测量结果的影响成比例。

例如，如果直径测量误差的不确定度为0.1厘米，而高度测量误差的不确定度为0.2厘米，则可以将它们分别乘以它们对圆筒体积的影响系数（即π/4×d²和h）。

这可以得到：直径误差不确定度的贡献=0.1厘米×π/4×d² =0.13×d²高度误差不确定度的贡献=0.2厘米×h然后，将它们平方并相加，然后取平方根，得到圆筒体积测量标准不确定度。

球压试验压痕直径的视觉测量方法
Vickers硬度球压试验，是一种运用于硬度测量的金相检验方法，能够
准确测量金属及其合金材料的硬度。

本文将介绍Vickers硬度球压试验
压痕直径的视觉测量方法：
一、试件的处理和准备：
1、尽量减少试件表面的污染和有害物质，用软布轻轻拭净，不使用清
洁剂;
2、确保试件表面洁净无油脂;
3、支撑试件，使其不受其他外力的影响，并保持平稳;
4、如果有设计要求，应将试件处理成等厚表面，尤其是金属片试件的
薄壁成为塔形的设计要求；
二、测量仪器及准备：
1、准备Vickers硬度球压试仪和所需的压力调节设备；
2、安装Vickers硬度球压试仪，使试仪的横线与试件的表面平行；
3、在Vickers硬度球压试仪上安装微差显微镜，耐受温度20℃，湿度
不超过85%;
4、清除MT-30C微差显微镜上的有损面，调节微差显微镜的倾斜角度，确保能在Vickers硬度球压试仪上安装正确；
三、测量步骤：
1、根据Vickers硬度球压试仪的设计，在试仪上调节相应的压力，将
有害物质从试件表面清除；
2、确保试件在压力下，没有明显变形；
3、选择正确的倍率和放大倍率，把压痕放大，然后在微差显微镜上观
察压痕轮廓，测量压痕直径；
4、测量完毕，取出试件，打开压力调节器，放松压力，完成本次测量。

总之，Vickers硬度球压试验压痕直径的视觉测量方法包括：试件的处
理和准备、测量仪器准备以及测量步骤，以此确保测量的准确，完成Vickers硬度球压试验。

球压试验压痕直径的视觉测量方法球压试验，又称为硬度试验，是测量材料性能的重要方法。

在硬度试验中，使用一种小型球形工具，该工具由金属制作，其中心上带有刻度。

工具不断受到恒定的压力，压痕直径（当量表面层材料形成压痕时，压痕直径被测量）可以被视觉测量，并且测量的大小可以用来估计材料的硬度。

球压试验的原理是，将一个小球放置在要测试的材料表面上，然后用一个固定的压力施加到该球上。

当球压入被测试的材料，就会形成一个压痕，压痕的直径是由压力的大小和被测试材料的硬度来决定的。

因此，压痕直径可以是被测试材料硬度的量度指标。

视觉测量压痕直径的方法，其原理就是用肉眼观察压痕的大小，然后把这个大小转化为一个具有相同含义的数字。

要获得准确的测量结果，首先要在明亮和安静的环境中进行测量，其次要采用适当的放大镜，以便更清楚地观察到压痕，确定压痕的大小。

在实际操作中，视觉测量压痕直径的方法的实施步骤是：1.要进行测量的材料表面打磨平整，以便在试验时准确定位压痕的起始点；2.球压试验仪的测力在一定的大小，按照一定的压痕间隔重复地施加到试件表面，在试件表面形成很多压痕，将这些压痕布置在一定的模式上；3. 使用适当的放大镜，观察压痕的形状，测量压痕的直径，并填写记录结果；4.复以上步骤，直到压痕半径的测量完成。

视觉测量压痕直径的方法是一种准确，简便可行的测量方法，广泛应用于实验室和工厂中测量材料性能的任务之中。

该方法比其它测量方法更灵活，可以应用于任何形状和大小的物体，并且不需要昂贵的实验设备。

此外，该方法还可以测量几乎所有类型的材料，无论是金属、陶瓷还是塑料等材料，都可以测量其硬度和强度。

因此，视觉测量压痕直径的方法是一种经济，准确，可行的测量方法，被广泛应用于实验室应用和工厂的生产测量中。

除了提高测量的精度，也有助于节约成本，提高生产效率，提供良好的产品质量和更高的用户满意度。

巴克霍尔兹压痕仪校准结果测量不确定度评定示例C.1 概述巴克霍尔兹压痕仪的校准项目（压痕器直径、压痕器厚度、压痕器刀刃夹角、压痕器有效负荷）均为直接测量量，用相应测量器具直接测量，取多次测量值的平均值作为测量结果。

本附录以压痕器直径作为示例，对其进行测量不确定度评定。

其他校准项目可参照本附录作类似评定。

C.2 测量依据测量依据本规范6.2.2。

C.3 测量器具游标卡尺，量程为0 mm ～150 mm ，分辨力为0.02 mm ，最大允许误差为±0.03 mm 。

最近一次检定结果合格，未经过修正，检定所使用的测量标准为标准量块，其不确定度为 0.01 mm （3=k ）。

C.4 测量模型压痕器直径为直接测量量，采用游标卡尺直接测量，取5次测量值的平均值作为测量结果。

其测量不确定度可用式（A.1）表示：[])()()()()(42322212e u e u e u e u u c +++=φ （C.1） 式中： )(φc u ——压痕器直径测量结果的标准不确定度，mm ；)(1e u ——随机波动引入的标准不确定度，mm ；)(2e u ——未查明的偏倚引入的标准不确定度，mm ；)(3e u ——测量标准引入的标准不确定度，mm ；)(4e u ——数值修约引入的标准不确定度，mm 。

C.5 不确定度来源C.5.1 )(1e u 的来源C.5.1.1 压痕器直径测量重复性引入的标准不确定度)(11e u ；C.5.1.2 游标卡尺分辨力引入的标准不确定度)(12e u 。

注：当)(11e u >)(12e u 时，以)(11e u 作为 )(1e u 的来源；当)(11e u <)(12e u 时，以)(12e u 作为)(1e u 的来源。

C.5.2 )(2e u 的来源游标卡尺测量误差引入的标准不确定度)(2e u 。

C.5.3 )(3e u 的来源检定游标卡尺所用的标准量块引入的标准不确定度)(3e u 。

测量不确定度评定方法与步骤一、测量不确定度评定资料名称资料名称为：XXXXX 测量结果不确定度评定其中“XXXXX ”表示被测量对象的名称（仪器的名称或参数的名称）。

如：被测量对象为普通压力表，测量方式为检定，则资料名称为：普通压力表检定结果不确定度评定；又如，被测量对象为光谱分析仪，测量方式为校准，则资料名称为：光谱分析仪校准结果不确定度评定；再如，被测量对象为XXX 工件内尺寸，测量方式为直接测量，则资料名称为：XXX 工件内尺寸测量结果不确定度评定。

二、评定步骤1．测量方法与测量数学模型 1.1测量方法当测量是按照相关的规程、规范或标准进行时，测量方法的描述为：依据XXX 规程、规范或标准的规定进行测量；当测量无直接相关的规程、规范或标准作依据，即按相应的测量操作进行测量时，测量方法的描述应简述操作的方法。

1.2测量数学模型1.2.1直接测量数学模型当被测对象的量值即是测量仪器的读数的情况（直接绝对测量），测量数学模型为：x y = （y 表示被测量值，x 表示测量仪器的读数）当被测对象的是求取测量误差的情况（直接相对测量），测量数学模型为：s x x e -= （e表示示值误差，x 表示被检定或校准的设备的读数，s x 表示检定或校准所用的测量标准设备的读数。

一般检定或校准所用的测量标准设备的读数应在不改变的情况下进行比较测量） 1.2.2间接测量数学模型当测量是按照相关的规程、规范或标准进行时，应原式引入规程、规范或标准上给出的被测量的计算公式；当测量无直接相关的规程、规范或标准作依据时，应使用相应的计算公式，如：长方形的面积 b a A ⨯= ； 电流强度 RU i =2．最佳测量值最佳测量值即是将各输入分量的平均值带入测量数学模型后计算并修约得到的结果。

如测量数学模型：),,,(21N x x x f y = 先计算得到各个输入分量的平均值，?=i x带入测量数学模型后计算得到： ?),,,(21==N x x x f y3．方差及灵敏系数3.1方差（依据测量数学模型写出方差）3.1.1当各输入量之间相互独立（即不相关的情况），对任意的测量数学模型，方差形式均为：)()()(222i iC x u x f y u ∑∂∂=（)(y u C 表示被测量y 的合成标准不确定度） 特别地，当测量数学模型形如N pN ppx x Cx y 2121=时，方差可写成相对合成式：2.2.)]([)(i rel i i rel C x u p y u ∑=3.1.2当各输入量之间相互不独立（即不相关的情况），对任意的测量数学模型，方差（包含协方差）形式为： ),(2)()()(222j i ji i iC x x u x fx f x ux fy u ∂∂∂∂+∂∂=∑∑∑其中：协方差)()(),(),(j i j i j i x u x u x x r x x u = 式中),(j i x x r 为输入量i x 和j x 之间的相关系数，其绝对值小于或等于1 。

塑料球压痕硬度计测试原理塑料球压痕硬度计测试原理中国计量科学研究院于1990年研制成功塑料球压痕硬度基准，1993年获国家技术监督局科技进步三等奖，1994年被批准为国家计量基准。

塑料球压痕硬度基准由静重式直接加载的基准硬度机和5mm的基准压头组组成，硬度标尺共有H5/5.0、H5/13.5、H5/36.5及H5/98.0四种。

该基准机采用高精密度光栅和计算机软件细分，其分度值为0.1μm。

用微处理机进行数据处理，并能显示和打印出每点的硬度值、不均匀度、平均值等。

该基准的不确定度为0.2Hk=3，稳定度为0.4H，填补了国内塑料硬度计量领域的空白，其主要技术指标均达到国际领先水平。

为我国化工、轻工、航天、汽车等工业评定塑料硬度提供了可靠的量值基准，也为贸易结算及质量认证提供了权威性的仲裁依据。

实验原理塑料球压痕硬度试验是把规定直径的钢球在试验负荷作用下，垂直压入试样表面并保持一定时间后，在负荷下测量压痕深度，并求出压痕面积，以单位面积上承受的力国际标准单位：N ／mm2 ，非标准单位：kg ／ mm2来表示硬度大小的试验。

实验仪器及试样实验仪器球压痕硬度计的结构，主要由机架、压头、加荷装置、压痕深度、指示仪表等组成，各机构的技术要求如下:1．硬度计的机架为刚性结构，在最大负荷下，沿轴线方向的变量不大于0.05mm ，机架上带有或升降的工作台。

2．升降工作台的中心轴线与压头主轴线的同轴度不大于0 ．2mm 。

3．主轴线与升降工作台面垂直，偏差不大于0 ．2 ％。

4．硬度指示值准确度为土4 ％。

5．压头为淬火抛光的钢球，直径为5mm ，公差±0 ．5 ％以内，硬度800Hv 。

6．加荷装置包括加荷杠杆、砝码和缓冲器，通过调配砝码可对压头施加下列负荷：初负荷为：9．8N1kg各级负荷允许误差均为土1 ％。

缓冲器的作用是保证压头对试样平稳无冲击加荷。

7．压痕深度指示仪表为测量压头压入深度的装置，在0 一0 ．5mm 测量段内，精度为0 ．005mm 。

直径测量不确定度评定1. 测量任务和目标不确定度测量一组精密（钢制）转轴的局部（两点）直径，标称尺寸Ø 25 mm⨯150 mm。

目标不确定度U T = 8 m。

2. 测量原理、测量方法和测量条件(1) 测量原理长度测量，与一已知长度进行比较。

(2) 测量方法用带有Ø 6平面测砧的模拟式外径千分尺进行测量，外径千分尺的测量围为0 ~ 25 mm，游标刻度间隔为1 m。

(3) 初始测量程序−被测轴在机床卡盘上时测量其直径；−只允许测量一次；−测量前，用布将被测量轴擦干净；−测量时使用摩擦轮；−不使用主轴卡具。

(4) 初始测量条件−已经证实，轴和千分尺的温度会随时间而改变。

与标准参考温度20 ︒C 的最大偏差为15 ︒C；−轴和千分尺之间的最大温度差为10 ︒C；−有三个操作人员使用该机床和千分尺；−轴的圆柱度优于1.5 m；−形状误差的类型未知，但其锥度很小。

4. 不确定度贡献因素列表和讨论下表给出所有影响直径测量不确定度的不确定度贡献因素及其名称。

局部直径测量（两点直径）的不确定度分量及评注对千分尺示值误差的最大允许值MPE ML的要一个未知变量，初步设定为6 m。

通过校准后的零位调整，使示值误差曲线对称地分布。

对两测砧平面度偏差的要求MPE MF是一个未知变量，初步设定为1 m。

对两测砧间平行度偏差的要求MPE MP是一个未知变量，初步设定为2 m。

测得的圆柱度为1.5 m。

圆柱度的主要部分是圆度偏差。

对直径的影响是圆柱度的两倍，即3m。

5. 首次评估(1) 首次评估 − 不确定度分量说明和估算 a) u ML − 千分尺示值误差外径千分尺示值误差的最大允许值MPE ML 被定义为示值误差曲线的最大围，而与零位的示值误差无关。

示值误差曲线相对于零点的位置是另一个（独立的）计量特征量。

假定在校准过程中对示值误差曲线定位，使示值的最大正，负误差具有相同的绝对值。

最终的MPE ML 值尚未确定，这是不确定度概算的任务之一。

球压试验仪的测试标准根据不同的产品类型和标准要求有所不同。

以下是一些常见的测试标准和要求：GB4706.1-2005《家用和类似用途电器的安全第1部分：通用要求》：该标准规定了对家用和类似用途电器的安全性能要求，其中包括对球压试验的要求。

在球压试验中，将规定钢球（R2.5mm）和总试验力20N±0.2N的球压试验仪，压在呈水准状态且置于加热箱内的试品表面上，在试品规定的温度下经60min+2min/0min后，将试品快速（<10s）浸入20℃±5℃水中冷却6min±2min，从水中取出3min内测量试品表面压痕直径，视压痕直径是否超过2mm来评定试品在该规定的温度下的耐热变形能力。

GB/T5159.21-2006《家用和类似用途电器的安全液体加热器的特殊要求》：该标准对液体加热器的安全性能进行了规定，其中包括对球压试验的要求。

在球压试验中，将规定钢球（R2.5mm）和总试验力20N±0.2N的球压试验仪，压在呈水准状态且置于加热箱内的试品表面上，在试品规定的温度下经60min+2min/0min后，将试品快速（<10s）浸入20℃±5℃水中冷却6min±2min，从水中取出3min内测量试品表面压痕直径，视压痕直径是否超过2mm来评定试品在该规定的温度下的耐热变形能力。

IEC60695-10-2：2003《火灾试验第10-2部分：试验火焰500W火焰试验》：该标准对500W火焰试验的试验条件、试验设备、试验步骤等进行了规定。

在球压试验中，将规定钢球（R2.5mm）和总试验力20N±0.2N的球压试验仪，压在呈水准状态且置于加热箱内的试品表面上，在试品规定的温度下经60min+2min/0min后，将试品快速（<10s）浸入20℃±5℃水中冷却6min±2min，从水中取出3min内测量试品表面压痕直径，视压痕直径是否超过2mm来评定试品在该规定的温度下的耐热变形能力。

指导文件球压测试的不确定度评估REV 版本APAGE页码 1 of 3一、测量原理对于灯具中提供防触电保护的绝缘材料的外部部件, 以及固定带电部件或安全特低电压就位的绝缘材料部件，都应该作球压试验。

试样首先经过24h的预处理, 然后迅速放入达到试验温度的高温试验箱进行球压试验。

试样水平放置于支座上, 并将球压试验装置施加在试样上。

在1h试验时间结束后, 从高温试验箱内取出试样, 立即浸入冷水中使其冷却到室温, 最后测量试样表面的压痕尺寸。

图1—球压测试示意图二、数学模型压痕直径可以用游标卡尺直接读出，其数学模型可以表示为：式中：——压痕直径；——游标卡尺读数。

三、输入量不确定度的评定1)标准不确定度的A类评定A类标准不确定度是由于每次操作不一致、仪器系统本身的不稳定而造成的随机误差。

由于该误差带有随机性，可用统计的方法得到。

表1为压痕尺寸重复性测量数据。

表1—压痕尺寸重复测量数据（mm）第i次测1 2 3 4 5 6 7 8 9 10量压痕1.82 1.84 1.80 1.82 1.86 1.84 1.82 1.82 1.84 1.86尺寸平均1.83值指导文件球压测试的不确定度评估REV 版本APAGE页码 2 of 3 实验标准差为:式中:——试验标准差；——第i 次测量的压痕尺寸；——样品平均值（n次测量的平均值）；——样本数（检测次数）。

实际测量中，一般取3次读数的平均值，这里n取3,则A类标准不确定度:2)标准不确定度的B类评定考虑到测量值会受到来自各方面因素的影响，具体到本实验室的测量，这些因素主要包括：1.1由游标卡尺示值引入的不确定度根据游标卡尺的检定证书为分度值的游标卡尺，最大读数误差为均匀分布,，则，灵敏度系数，则1.2游标卡尺读数的对线误差引入的不确定度分度值为的游标卡尺，估计对线误差为，三角分布，则，灵敏系数，则1.3确定压痕边界引入的不确定度测量压痕直径时, 用游标卡尺测内径的两刃尖对准压痕边沿, 由于压痕没有明显的界线, 所以该项不确定度较大, 估计直径最大偏差为，三角分布，则，灵敏系数，则四、合成标准不确定度由A类和B类标准不确定度合成的标准不确定度为：五、扩展不确定度对于检测实验室，扩展不确定度U由合成标准不确定度乘以包含因子k而得到，分析几个不指导文件球压测试的不确定度评估REV 版本APAGE页码 3 of 3 确定度分量，可以按正态分布进行估计。

球压试验压痕直径的测量不确定度评定
高金成;靳锁芳;赵庆亮;董云雷
【期刊名称】《现代测量与实验室管理》
【年(卷),期】2011(019)003
【摘要】为了使球压试验压痕直径的测量结果的不确定度评定合理,分析了测量过程中存在的不确定度来源,列出不确定度的计算公式,建立数学模型,从而给出压痕直径的测量标准不确定度和扩展不确定度.
【总页数】3页(P24-25,34)
【作者】高金成;靳锁芳;赵庆亮;董云雷
【作者单位】中国农业机械化科学研究院食品与食品机械检测中心,北京100083;中国农业机械化科学研究院食品与食品机械检测中心,北京100083;中国农业机械化科学研究院食品与食品机械检测中心,北京100083;中国农业机械化科学研究院食品与食品机械检测中心,北京100083
【正文语种】中文
【中图分类】TB93
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5.基于电磁感应原理的球压试验压痕直径测试传感器研究 [J], 杨杰;柯长久;刘念源因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

耐热（球压）试验不确定度分析报告1. 测试方法将样品置于温度15～35℃，相对湿度45%～75%的环境中24小时，将烘箱电源打开，设置试验温度，烘箱温度达到试验温度后稳定30分钟。

将已处理好的样品快速放入烘箱，并将球压仪施加在样品上，如图所示，记录时间。

一小时后，打开烘箱取下球压仪，快速将样品浸入冷水使样品上，如图所示，记录时间。

一小时后，打开洪箱取下球压仪，快速将样品浸入冷水使样品在10秒内冷却到近似室温，立即测量样品的压痕直径。

2. 数学模型压痕直径可以由游标卡尺上直接读出，故d=ld——压痕直径l——游标卡尺读数3. 评定分量标准不确定度根据本实验的实际情况，采用B类评定方法。

3.1 由游标卡尺给出的不确定度分量U1根据检定证书，0.01mm分度值的游标卡尺，最大偏差为±0.02mm，均布分布，则其不确定度为：U1=0.02/3=0.0115mm3.2 卡尺读数的对线误差估算的不确定度分量U20.01mm分度值的游标卡尺，估计对线误差为±0.01mm，三角分布，估计其不确定度为：U 2=0.01/6=0.0041mm3.3 确定压痕边界引起的不确定度分量U 3测量压痕直径时，用游标卡尺测内径的两刃尖对准压痕边沿，由于压痕很浅，没有明显的界线，所以该项不确定度较大，估计直径最大偏差为±0.2mm ，三角分布，则其不确定度为：U 3=0.2/6=0.082mm4. 合成标准不确定度=++=232221c U U U U 0.083mm5. 扩展不确定度U=k ×U C =2×0.083=0.166（mm ）6. 不确定度的报告结果扩展不确定度：U=0.166mm （取包含因子k=2,置信概率P=95%）编制人：王传成 日期：2014.6.6审核人：方涛 日期：2014.6.6。