实验室能力认可-宁波市计量测试学会

材料试验机期间核查方法比较

浏览数:909     发表时间:2020-03-05

一、试验机期间核查概述

一般来说,材料试验机检定/校准的有效周期为一年。在检定/校准计划之外还需要根据试验机状态编制期间核查计划。针对使用频率较大的试验机,在检定周期内,建议进行两次及以上期间核查。如果使用较少,也可以把核查时间间隔延长。除此之外,具备如下特征的试验机需要进行不定期的期间核查:

(1)新购置或更换维修主要功能模块的试验机,其在首次和后续检定/校准周期之间须进行期间核查。

 (2)电子式或微机控制试验机出现力值漂移、与理论判断有较大差异。

(3)使用频率特别高的试验机。

(4)将要进行特别重要检测试验,测量结果应用比较重要的试验机。    

 二、核查方法比较

1.传递比较法

结合试验机相关规程,检定试验力主要用到标准测力仪以及力值砝码。

(1)力值砝码法
该方法主要用在5kN及以下拉力试验机,无论试验机级别为几级,选用力值砝码进行期间核查都需要考虑以下几点:
 ①专用砝码技术指标要求MPE:±0.1%。
 ②试验机挂置砝码的结构空间是否满足要求。
③砝码力值是否在试验机检定/校准测量范围内。

力值砝码法具有准确度高、稳定性好、操作简单等优点,适用于小力值拉力试验机的期间核查。

 核查示例:某光纤制备企业实验室中电脑式拉力试验机(型号HZ-1007)用于进行光纤拉伸试验,该试验机使用频繁,最大试验力为200N,准确度等级为1级,根据本文方法比较可选用力值砝码进行期间核查。在温度为20.4℃,相对湿度为56%的实验室环境中,将砝码竖直挂于试验机拉头夹具上,结合该试验机常用力值以及JJG475-2008《电子式万能试验机检定规程》要求,选定试验力满量程的10%为期间核查测量点,即20N。在测量点进行一组重复测量, 共计10次。测量结果如表1所示。

                                              表1  力值测量结果一览表


     
 

(2)标准测力仪法

标准测力仪可广泛用于各类试验机的期间核查工作,根据不同准确度级别,需要选定不同级别的标准测力仪,综合试验机相关的各类检定规程,总结出对应关系,如表2所示。
    


表2  试验机与标准测力仪等级对应表


通过实验室购置标准测力仪进行期间核查方法简单高效,核查结果不确定度小,同时核查质量风险最小。但是购置标准器成本过高,用于期间核查的标准测力仪要经过溯源后方可以使用。另外,如果实验室试验机量程覆盖范围广,则需要购置多台标准测力仪,因此这种方法多为大型国企及检测公司使用。

核查示例:某钢铁公司质检中心微机控制电液伺服万能试验机主要用于钢材料的拉伸性能试验。该试验机准确度等级为0.5级,最大试验力达600kN。由于该质检中心已购置1000kN应变式标准测力仪,经法定计量技术机构检定合格等级为0.1级,故可选用标准测力仪法进行期间核查。周期内第一次期间核查建议选在试验机检定后一个月内,以递增方式选定试验机低、中、高量程测量点的力值,本试验机选取点为100kN、300kN、500kN三个点。在每个测量点进行一组重复测量, 每组计5次,测量结果如表3所示。

   

 表3  试验机期间核查测量结果


核查结果评价:由于核查标准的数据已知,根据相关判定公式:

  2.比对法

比对是实验室常用的进行结果质量控制和能力验证的方法。虽然期间核查和结果质量控制的目的不同,但如果所选试验样/核查标准的稳定性足够好,则结果质量控制的方法可为期间核查使用。针对试验机可分为试验机自身比对、多台试验机间的比对以及实验室间比对。

(1)试验机自身比对法

我国建筑工程行业力学实验室中仍有较多液压摆锤式材料试验机在使用,该类老式的试验机经过改造后通常会存在度盘和数字两套系统,这两套系统是彼此独立的。如果度盘显示系统的测量机构及显示部分改造后未发生改变,则实验室在使用时可以对两套系统通过比对来完成期间核查。由于该类试验机目前实验室使用情况比较少见,其核查方法以及核查判据与试验机间比对相同,本文不作示例说明。

 (2)试验机间比对法

对于实验室有多台相同准确度等级的同类型试验机的情况,可使用试验机间比对法进行期间核查。使用试验机间比对法,对于核查标准准确度要求不高,在实验室不具备高准确度等级标准测力仪或标准样件时,可选择性能稳定的测力仪器或样件作为核查标准。比较核查试验机之间的测量结果,通过判定公式确认试验机核查结果是否满意。

核查示例:某建工质检中心有两台准确度等级都为1级的液压式万能材料试验机,一台型号为WE-60,量程为600kN,另外一台型号为WE-30,量程为300kN。为方便计量管理,实验室安排两台试验机同一时间进行检定/校准,由于WE-30型试验机使用频率很高,日常检测量大,故实验室安排其作为待核查设备,同时以WE-60型试验机比对设备。由于测力环为常用测力设备且性能稳定,故在本示例中选用经检定合格、准确度等级为1.0级、量程为100kN的百分表式测力环作为核查标准,选60kN、100kN两个力值测量点作为核查点。在每个测量点进行一组重复测量,每组计5次,通过实验室测力环力值换算表将位移值换算成力值,两台试验机的核查结果数据如表5、表6所示。

       核查结果评价:对两台仪器比对方法进行期间核查,可根据以下判定公式:


中:y1——待核查试验机期间核查测量平均值;y2——比对试验机期间核查测量平均值;n——参与核查试验机台数;由于两台试验机同类型、同准确度,故U即为检定/校准后的测量点的扩展不确定度,k=2;当测量值的重复性较好时,则可用测量点的最大允许误差的绝对值MPEV来作为判定依据的参量。

将两试验机测量数据结果代入判定公式(4),对于测量点60kN,可知|60.35-60.21|=0.14<(60×1%=0.6);对于测量点100kN,可知|100.59-100.25|=0.34<(100×1%=1);故可知通过两台试验机比对法,WE-30型试验机核查结果满意。

(3)实验室间比对法

实验室间比对作为能力验证的一种方法,其结果可作为期间核查的结果参考。当该项能力验证结果为满意时,则可认为实验室有效地完成了材料试验机的期间核查工作,该试验机校准状态得到了保持。如果实验室在检定/校准周期内没有参与或主导比对的计划,则不推荐为实施期间核查而采取该方法。

3.核查标准法

试验机的核查标准应具备以下特点:

 (1)具备一定的准确度级别,最好选用与核查试验机同等级的测力仪。
 (2)有足够的分辨力,能反映核查试验机力值参量显示末位数字的变化。
(3)其计量性能相对核查试验机是稳定的,重复性能要好。目前,国内材料试验机准确度等级多为1级,同时在高校及国防科工领域有部分材料试验机为0.5级。因此,对试验机核查标准可选准确度等级为1.0级的工作测力仪,如测力环、负荷传感器等。根据经济性评估,当核查试验机量程小于1000kN时,可选用工作测力环;当试验机为1000kN及以上时,可选负荷传感器等应变式测力仪。

核查示例:某钢铁厂理化试验室有准确度等级为1级、量程为100kN的电子万能试验机,同时购置有1.0级、量程为60kN的工作测力环。现需对电子万能试验机进行期间核查,可选用工作测力环作为核查标准,确定40kN作为核查点。通过试验机对工作测力环施加压力进行测试,测试次数为10次,得一组测力环进程示值,将测力环示值换算成力值后进行记录,并与核查标准已知数据相比较。核查结果数据如表7所示。

    

表7  试验机期间核查测量结果一览表

核查结果评价:由于核查标准值已知,故可依据以下式(5)进行判定:

 

式中:y1——核查时,测力环测量的平均值;yref——测力环被检/校的示值;U1——实验室核查时提供的扩展不确定度,k=2Uref——检/校实验室提供的测力环示值的扩展不确定度,k=2

由表7可知y1=39.85kN,查阅测力环上次检定证书,可知yref=39.96kN,查阅实验室不确定度评定材料可知检/校实验室提供测力环扩展不确定度为Urel=0.8%k=2,故Urel=Urel×yrel=0.32kN。另经评定,实验室核查时提供的扩展不确定度U1=0.2kN


将以上结果数据代入式(5)知, ,表明该被核查试验机保持了检定/校准时的状态,核查合格。

 4.留样复测法

选择留样复测法进行期间核查需注意以下问题:

(1)留样的选择。留样的材料力学性能必须均匀性、稳定性较好。在期间核查计划内的各次留样必须是同一批次样件,样件均匀性和稳定性满足GB1499.2-2007《钢筋混凝土用钢 第2部分 热轧带肋钢筋》要求。例如标准混凝土样件(压向),标准钢筋样件(拉向),要求同一厂家、同一批次、同一规格,最好同一根(段)上的几截作为留样。

(2)留样件保存的环境条件必须严格控制,确保样品稳定可靠,性能不能发生大的改变。

 (3)每次进行期间核查的测量方法、人员、场地、设备、核查项目都要严格保持一致。

 (4)试验机经检定/校准得到其计量性能数据后,立即进行期间核查的首次测试,同时把该测试值作为参考值。

核查示例:某建工质检中心量程为300kN液压式万能试验机主要进行钢筋等样品的材料力学试验。该设备经检定符合1级,且具备使用年限较长以及日常使用频率较高等特点。本示例期间核查选用牌号为HRB335、Φ20mm的热轧带肋钢筋作为核查标准留样,经稳定性和均匀性检验,试样两项指标均满足GB1499.2-2007要求。将样件随机分为2组,每组10根,在试验机完成检定/校准工作一周之内进行第一组样件的拉伸试验。经过1/3个检定周期,即4个月后进行第二组样件测量,钢筋的主要性能指标为屈服强度Rel、抗拉强度Rm以及伸长率A。作为示例,本文选取抗拉强度对应的抗拉力作为结果考核数据,两组样件核查数据如表8所示。
    

表8  试验机期间核查测量结果一览表

 核查结果评价:由稳健统计,能力统计量En值的表达式:

    

式中:y——试验机第二次进行期间核查时测量得到的平均值,作为核查值;Y——试验机第一次进行期间核查时测量得到的平均值,作为参考值;U1——核查值y的扩展不确定度,k=2Uref——参考值Y的扩展不确定度,k=2由于两次进行期间核查样件、环境、方法、人员等条件都是相同的,因此可以取U1=Uref=UU为参考值的扩展不确定度。因此式(6)可以简化为

    

 由表8可知,y=180kNY=178kN,根据相关热轧带肋钢筋拉伸性能测量不确定度的评定报告可知,在1级液压式万能材料试验机拉伸试验下,该样件的抗拉力测量结果的相对扩展不确定度为Urel=1.4%k=2,则测量结果扩展不确定度为U=Urel×Y=2.5kN。将以上数据结果代入式(7),可得结果En=0.57<0.7,满足接受准则,表明该被核查试验机保持了检定/校准时的状态,核查合格。

    三、结论

 材料试验机作为定量检测材料性能的设备,通过有效的期间核查可以确保试验机在工作中处于良好的工作状态。本文根据实验室及试验机情况给出了四大类期间核查方法,并进行了方法评价说明和示例,综合比较可知:(1)当实验室具备高一等级标准器时,可优选传递比较法;(2)当实验室只具备一台材料试验机时,可选择使用同等级测力仪或留样再测进行期间核查;(3)当实验室具备多台材料试验机时,优先选择试验机间比对法;(4)当实验室有进行当年度实验室比对计划时,可通过实验室比对完成能力验证和期间核查工作。总之,实验室在进行参考时需根据自身条件确定期间核查方法,以便期间核查工作的经济、高效、可信。


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