建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC—U）管材拉伸屈服強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果不確定度評(píng)定

時(shí)曉艷

摘 要：介紹了建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材拉伸屈服強(qiáng)度測(cè)量結(jié)果不確定度的來源，并對(duì)其來源進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：PVC-U管材；拉伸屈服強(qiáng)度；不確定度

前言

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，傳統(tǒng)的鍍鋅鋼管和普通排水鑄鐵管由于易銹蝕、自重大、運(yùn)輸施工不方便等原因而被新型管材取而代之。目前，建筑排水用管材主要以塑料管為主，它具有重量輕、耐壓強(qiáng)度好、輸送流體阻力小、耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)、阻燃自熄性能好、安裝方便、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。其品種主要有建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材及管件、芯層發(fā)泡硬聚氯乙烯（PVC-U）管材及管件、硬聚氯乙烯（PVC-U）內(nèi)螺旋管材及管件等，用于排放水溫不大于40℃，瞬時(shí)水溫不大于80℃的建筑物內(nèi)生活污水。文章以建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材為例。

建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，其質(zhì)量的好壞直接影響著工程質(zhì)量。建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材物理力學(xué)性能之一的拉伸屈服強(qiáng)度是重要和必須考核的指標(biāo)，它也是衡量排水管材使用性能的重要依據(jù)之一。但是，通常在試驗(yàn)室所檢測(cè)的結(jié)果，僅僅表于被測(cè)量的近似值，能夠合理評(píng)定被測(cè)量值的分散性，真實(shí)反映整個(gè)測(cè)量過程的準(zhǔn)確性和可靠性，就有必要對(duì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度以說明，使測(cè)量結(jié)果的真實(shí)性增強(qiáng)。

根據(jù)《測(cè)量不確定度評(píng)定和表示》JJF1059.1-2012、《建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》GB/T5836.1-2006、《熱塑性塑料管材拉伸性能第1部分：試驗(yàn)方法總則》GB/T8804.1-2003、《熱塑性塑料管材 拉伸性能第2部分：硬聚氯乙烯（PVC-U）、氯化聚氯乙烯（PVC-C）和高抗沖聚氯乙烯（PVC-HI）管材》GB/T8804.2-2003，對(duì)建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材拉伸屈服強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果的不確定度進(jìn)行了評(píng)定，分析了不確定度產(chǎn)生的來源和因素。

1 測(cè)量方法

測(cè)量原理：沿?zé)崴苄运芰瞎懿牡目v向裁切或機(jī)械加工制取規(guī)定形狀和尺寸的試樣。通過拉力試驗(yàn)機(jī)在規(guī)定的條件下測(cè)得管材的拉伸性能。

測(cè)量?jī)x器：WDW-20A型微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī)，力值范圍為0-20KN，準(zhǔn)確度為0.3級(jí)，即最大允許誤差為±0.3%，分辨力為0.1N；數(shù)顯游標(biāo)卡尺，最大允許誤差為±0.02mm，分辨力為0.01mm；管壁測(cè)厚儀，最大允許誤差為±0.02mm，分辨力為0.01mm。

測(cè)量方法：測(cè)量試樣標(biāo)距間中部的寬度和最小厚度，然后將試樣安裝在拉力機(jī)上，使其軸線與拉伸應(yīng)力方向一致，使其夾具松緊適宜以防試樣滑脫。選用檢測(cè)方法規(guī)定的試驗(yàn)速度，測(cè)得拉伸過程中屈服點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的拉應(yīng)力F，從而求得拉伸屈服強(qiáng)度σ。

測(cè)量環(huán)境：溫度為（23±2）℃，濕度為（50±10）%

2 建立數(shù)學(xué)模型

在溫度和其它條件不變時(shí)，單個(gè)試樣的拉伸強(qiáng)度可表示為：σ=F/A=F/ab

σ-拉伸屈服強(qiáng)度，單位為MPa；F-屈服點(diǎn)的拉力，單位為N；A-試樣的原始截面積，單位為mm2；a-試樣標(biāo)距的最小厚度，單位為mm；b-標(biāo)距間中部的寬度，單位為mm。

3 影響不確定度的主要來源

3.1 拉伸屈服強(qiáng)度σ重復(fù)性測(cè)量及樣品不均勻性所引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量Uσ，按A類方法評(píng)定。

3.2 試樣平行部分寬度b測(cè)量所引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量Ub，按B類方法評(píng)定。

3.3 試樣最小厚度a測(cè)量所引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量Ua，按B類方法評(píng)定。

3.4 試驗(yàn)力值F測(cè)量誤差所引入的不確定度分量UF，包括 試驗(yàn)機(jī)的最大允許誤差引入的不確定度分量UF1，標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀校準(zhǔn)試驗(yàn)機(jī)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度UF2。按B類方法評(píng)定。

4 評(píng)定各影響量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

4.1 拉伸屈服強(qiáng)度σ重復(fù)性測(cè)量及樣品不均勻性所引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量Uσ。

以公稱外徑為110mm，壁厚為3.2mm的建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材為例，加工10個(gè)試樣進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。

采用貝塞爾公式測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)差為：

實(shí)際測(cè)量時(shí)，是以5個(gè)試樣的拉伸屈服強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果的平均值作為檢測(cè)結(jié)果，所以，由重復(fù)性測(cè)量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為：

Uσ1=Sσ/■=0.49128

確根據(jù)數(shù)學(xué)模型，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的分量為：

Uσ=Uσ1/？滓=0.49128/41.67=1.18%

4.2 試樣平行部分寬度b測(cè)量所引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量Ub

該試樣的尺寸按GB/T8804.2-2003要求，機(jī)械加工制備成Ⅰ型試樣，其試樣平行部分寬度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為6mm[0，+0.4]，其出現(xiàn)此區(qū)間的概率是均勻的，服從正態(tài)分布，它所引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

Ub1=α/k=0.2/■=0.11547

以寬度平均值計(jì)算，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的分量為

Ub=Ub1/b=0.11547/6.02=1.92%

4.3 試樣最小厚度a測(cè)量所引入的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量Ua

厚度采用管壁測(cè)厚儀，最大允許誤差為±0.02mm，區(qū)間半寬為0.02mm，呈均勻分布估計(jì)，其所引起的標(biāo)準(zhǔn)不確度為：

Ua1=0.02/■=0.01155

以厚度平均值計(jì)算，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度的分量為：

Ua=Ua1/a=0.01155/3.46=0.33%

4.4 試驗(yàn)力值F測(cè)量誤差所引入的不確定度分量UF

4.4.1 試驗(yàn)機(jī)的最大允許誤差引入的不確定度分量UF1

根據(jù)GB/T8804.1-2003標(biāo)準(zhǔn)，拉伸試驗(yàn)所用的試驗(yàn)機(jī)為Ⅰ級(jí)，拉伸試驗(yàn)機(jī)的最大允許誤差為0.3%，誤差范圍區(qū)間的半寬為0.3%，誤差出現(xiàn)的概率是均勻的，所以其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

UF1=0.3%/■=0.17%

4.4.2 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀校準(zhǔn)試驗(yàn)機(jī)引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度UF2

標(biāo)定證書上是用0.3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力儀進(jìn)行校準(zhǔn)的，最大允許誤差為0.3%，包含因子為■，所以其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

UF2=0.3%/■=0.17%

4.4.3 試驗(yàn)力值F測(cè)量誤差所引入的不確定度分量UF

UF1和UF2這兩方面因素所引入的測(cè)量不確定度彼此獨(dú)立不相關(guān)，所以試驗(yàn)力值F測(cè)量誤差所引入的不確定度分量UF可合成為：

5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

各分量不確定度之間彼此獨(dú)立不相關(guān)，因此，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

Uh=■=■=2.29%

6 擴(kuò)展不確定度的評(píng)定

擴(kuò)展不確定度是由合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度乘以包含因子K得到，通常取K=2區(qū)間的包含概率約為95%，所以

Uk1=k×Uh=2×2.29%=4.58%

其絕對(duì)擴(kuò)展不確定度為

U=σ×Uk1=41.67×4.58%=1.909N/mm2

7 測(cè)量結(jié)果報(bào)告

按照GB/T8804.1-2003標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量結(jié)果保留三位有效數(shù)字，此排水管材的拉伸屈服強(qiáng)度為41.7Mpa，其絕對(duì)擴(kuò)展不確定度為1.909N/mm2。

8 結(jié)束語

通過對(duì)建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材拉伸屈服強(qiáng)度的測(cè)量不確定度的評(píng)定，分析了影響拉伸屈服強(qiáng)度測(cè)量結(jié)果的主要因素。這就要求我們?cè)谄匠Ｗ鲈囼?yàn)時(shí)，對(duì)試樣的寬度和厚度測(cè)量要準(zhǔn)確，取樣要均勻。試驗(yàn)前，應(yīng)對(duì)儀器設(shè)備進(jìn)行檢查，調(diào)整好速度，正確操作，以減少不必要的誤差。

參考文獻(xiàn)

[1]GB/T5836.1-2006.建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材[S].

[2]GB/T8804.1-2003.熱塑性塑料管材拉伸性能第1部分：試驗(yàn)方法總則[S].

[3]GB/T8804.2-2003.熱塑性塑料管材 拉伸性能第2部分：硬聚氯乙烯（PVC-U）、氯化聚氯乙烯（PVC-C）和高抗沖聚氯乙烯（PVC-HI）管材[S].

[4]JJF1059.1-2012.測(cè)量不確定度評(píng)定和表示[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2013.

[5]孫秀慧.PVC-U管材拉伸屈服強(qiáng)度σ檢測(cè)結(jié)果不確定度的評(píng)定[J].現(xiàn)代測(cè)量與實(shí)驗(yàn)管理，2011.