水泥抗压夹具校准方法的研究
2015-06-09谢清群
谢清群
(福建省龙岩市计量所，龙岩 364000)
水泥抗压夹具校准方法的研究
谢清群
(福建省龙岩市计量所，龙岩 364000)
根据水泥抗压夹具工作原理和技术特性，参考国家相关标准，确定并验证了校准参数和校准方法，并对其进行不确定度分析，研究制定出水泥抗压夹具校准方法，为校准水泥抗压夹具提供技术依据。
水泥抗压夹具；校准方法；不确定度分析
0 引言
水泥抗压夹具是与压力试验机配合使用而对水泥抗压强度进行检验的主要设备，是水泥生产企业、建筑质量监督检测站、水泥混凝土搅拌站、大型建筑公司和大专院校等实验室必备的设备。目前对水泥抗压夹具的检测，实验室一般采用购置国家水泥质量监督检验中心出品的新抗压夹具与使用中的抗压夹具进行比对的方法来验证其是否符合要求，然而这种方法既不科学也不可靠；为确保水泥抗压强度测量结果的准确、可靠，提高水泥产品的质量，有必要研究符合水泥抗压夹具校准要求的水泥抗压夹具计量校准规范方法。
1 结构和工作原理
水泥抗压夹具由框架、传压柱、上下压板组成，上压板带有球座，用两根吊簧吊在框架上，下压板固定在框架上。工作时，将水泥试块长的一边紧靠定位销，当压力试验机加载时，试验机上压板与水泥抗压夹具的上压板球座通过球座调整达到平面接触，使传压柱、上下压板与框架处于同一轴线上，按规定加荷速度加载至试块破裂，记录此时压力试验机示值(单位：kN)，该示值除以试块受压面积(40mm×40mm)即可求出试块抗压强度值(单位：MPa)。
2 校准内容
2.1 技术要求
1)上、下压板的平面度为0.01mm；2)上、下压板的宽度为40mm±0.1mm；3)夹具试验力相对误差：±2.0%；4)夹具试验力重复性：≤2.0%。
2.2 校准装置
1)标准测力仪。测量范围：20～200kN，准确度等级：0.3级；2)游标卡尺。测量范围：0～100mm，分度值不大于0.02mm；3)刀口尺。测量范围：0～125mm，最大允许误差：±1.0μm；4)水平仪。分度值：0.05mm/m；5)压力试验机。测量范围：0～300kN，最大允许误差：±1.0%。
2.3 校准项目和校准方法
2.3.1 外观检查
1)水泥抗压夹具铭牌应有产品名称、型号规格、生产日期、出厂编号、制造厂等；
2)水泥抗压夹具各功能工作正常。
2.3.2 上、下压板检查
1)上、下压板平面度的校准：将刀口尺垂直放在上、下压板平面上，使刀口尺刃部与压板平面保持线接触，用肉眼观察是否透光，不透光则为符合。
2)上、下压板宽度的校准：用游标卡尺分别测量水泥抗压夹具上、下压板宽度的两端和中间计3次，取其平均值作为校准结果。
2.3.3 试验力相对误差校准
2.3.3.1 校准前的准备
先检查压力试验机的水平，然后对其通电试运行；安装标准测力仪并开机预热和稳定温度；清洗和润滑水泥抗压夹具的传压柱及球座。
2.3.3.2 压力试验机示值相对误差和示值重复性相对误差
压力试验机连同安装好的标准测力仪应从零开始到150kN力值点至少施加3次试验力，然后对压力试验机在20，50，80，100，120，150kN力值校准点进行试验力示值的校准，校准时施加试验力应平稳，加到校准点之前应缓慢施加，便于准确读数；每个校准点重复校准3次并计算其算术平均值，由下式计算示值相对误差q1和示值重复性相对误差b1。
b1=(Fimax-Fimin)/F×100%
2.3.3.3 带水泥抗压夹具的压力试验机示值相对误差和示值重复性相对误差
将水泥抗压夹具放在压力试验机的上下压板之间并与测力仪处于同一轴线上，使试验机的荷载垂直传递至传感器表面。按2.3.3.2款要求进行校准，并由下式计算带水泥抗压夹具示值相对误差q2和带夹具示值重复性相对误差b2。
2.3.3.4 水泥抗压夹具相对误差q和重复性相对误差b的计算
q=q2-q1，b=b2-b1
3 水泥抗压夹具相对误差的不确定度分析
3.1 测量模型及灵敏系数
3.1.1 测量模型
q=q2-q1
因为输入量的各分量彼此相互独立且不相关，故：
3.1.2 灵敏系数
c1=∂q/∂q2=1，c2=∂q/∂q1=-1
3.2 各输入量标准不确定度的评定(以20kN校准点例)
3.2.1 输入量q2的标准不确定度u(q2)的评定
因输入量的各分量彼此相互独立且不相关，所以：
灵敏系数：
将抗压夹具放入压力试验机下压板上，选择20kN作为测量点，连续测量10次，得到测量结果：20.18，20.15，20.10，20.20，20.10，20.14，20.19，20.06，20.04，20.08kN。
实际测量是在重复条件下连续测量3次，以其平均值作为测量结果：
3.2.1.2 输入量F的标准不确定度u(F)的评定
标准测力仪检定证书给出的最大允许误差为±0.3%，包含因子k=2，则：
3.2.1.3 输入量q2的标准不确定度u(q2)
3.2.2 输入量q1的标准不确定度u(q1)的评定
因输入量的各分量彼此相互独立且不相关，所以：
灵敏系数：
3.3 标准不确定度一览表
测量点不确定度分量标准不确定度灵敏系数cici·ui20kNu(q2)0 22%10 22%u(q1)0 17%-10 17%
3.4 合成标准不确定度
3.5 扩展不确定度的评定
Ur=k·uc(q)=2×0.28%=0.6%(k=2)
3.6 各测量点不确定度的评定
根据上述评定方法，经分析计算水泥抗压夹具在压力试验机上测量的其它各测量点相对误差的扩展不确定度均为：
Ur=k·uc(q)=0.6%(k=2)
4 结束语
通过三年多对全省多家水泥检测实验室的调研和大量实验验证，并对水泥抗压夹具的测量结果进行不确定度分析，提出了上述水泥抗压夹具的校准方法，为水泥抗压夹具的校准提供了技术依据，保证了水泥抗压夹具校准结果的科学性和准确性。
[1] JJF 1001—2011通用计量术语及定义
[2] JJG 475—2008电子式万能试验机
[3] JJG 139—1999拉力、压力和万能试验机
[4] JJF 1059.1—2012测量不确定度评定与表示
[5] JJF 1071—2010国家计量校准规范编写规则
[6] GB/T 17671—1999 水泥胶砂强度试验方法
[7] JC/T 683—200540mm×40mm水泥抗压夹具
10.3969/j.issn.1000-0771.2015.2.20
