一、試驗(yàn)機(jī)期間核查概述
一般來說,材料試驗(yàn)機(jī)檢定/校準(zhǔn)的有效周期為一年。在檢定/校準(zhǔn)計(jì)劃之外還需要根據(jù)試驗(yàn)機(jī)狀態(tài)編制期間核查計(jì)劃。針對使用頻率較大的試驗(yàn)機(jī),在檢定周期內(nèi),建議進(jìn)行兩次及以上期間核查。如果使用較少,也可以把核查時間間隔延長。除此之外,具備如下特征的試驗(yàn)機(jī)需要進(jìn)行不定期的期間核查:
(1)新購置或更換維修主要功能模塊的試驗(yàn)機(jī),其在首次和后續(xù)檢定/校準(zhǔn)周期之間須進(jìn)行期間核查。
(2)電子式或微機(jī)控制試驗(yàn)機(jī)出現(xiàn)力值漂移、與理論判斷有較大差異。
(3)使用頻率特別高的試驗(yàn)機(jī)。
(4)將要進(jìn)行特別重要檢測試驗(yàn),測量結(jié)果應(yīng)用比較重要的試驗(yàn)機(jī)。
二、核查方法比較
1.傳遞比較法
結(jié)合試驗(yàn)機(jī)相關(guān)規(guī)程,檢定試驗(yàn)力主要用到標(biāo)準(zhǔn)測力儀以及力值砝碼。
(1)力值砝碼法
該方法主要用在5kN及以下拉力試驗(yàn)機(jī),無論試驗(yàn)機(jī)級別為幾級,選用力值砝碼進(jìn)行期間核查都需要考慮以下幾點(diǎn):
?、賹S庙来a技術(shù)指標(biāo)要求MPE:±0.1%。
?、谠囼?yàn)機(jī)掛置砝碼的結(jié)構(gòu)空間是否滿足要求。
?、垌来a力值是否在試驗(yàn)機(jī)檢定/校準(zhǔn)測量范圍內(nèi)。
力值砝碼法具有準(zhǔn)確度高、穩(wěn)定性好、操作簡單等優(yōu)點(diǎn),適用于小力值拉力試驗(yàn)機(jī)的期間核查。
核查示例:某光纖制備企業(yè)實(shí)驗(yàn)室中電腦式拉力試驗(yàn)機(jī)(型號HZ-1007)用于進(jìn)行光纖拉伸試驗(yàn),該試驗(yàn)機(jī)使用頻繁,最大試驗(yàn)力為200N,準(zhǔn)確度等級為1級,根據(jù)本文方法比較可選用力值砝碼進(jìn)行期間核查。在溫度為20.4℃,相對濕度為56%的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中,將砝碼豎直掛于試驗(yàn)機(jī)拉頭夾具上,結(jié)合該試驗(yàn)機(jī)常用力值以及JJG475-2008《電子式萬能試驗(yàn)機(jī)檢定規(guī)程》要求,選定試驗(yàn)力滿量程的10%為期間核查測量點(diǎn),即20N。在測量點(diǎn)進(jìn)行一組重復(fù)測量, 共計(jì)10次。測量結(jié)果如表1所示。
表1 力值測量結(jié)果一覽表
核查結(jié)果評價:由于核查標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)已知,根據(jù)判定公式:
式中:—試驗(yàn)機(jī)測量結(jié)果平均值;F標(biāo)——力值砝碼標(biāo)準(zhǔn)值;U1——試驗(yàn)機(jī)測量結(jié)果不確定度;U2——力值砝碼的測量結(jié)果不確定度。
由表1測量結(jié)果可知=19.96N,查詢力值砝碼校準(zhǔn)證書可知F標(biāo)=20.007N,根據(jù)力值砝碼校準(zhǔn)證書結(jié)果可知U2=0.001N。查閱電子式萬能試驗(yàn)機(jī)不確定度分析報告可知,準(zhǔn)確度等級為1級的電子萬能試驗(yàn)機(jī)相對擴(kuò)展不確定度Urel=0.86%,k=2,則測量結(jié)果不確定度可計(jì)算得U1=Urel×
=0.172N。將以上數(shù)據(jù)代入式(1)可得0.05<0.17,滿足接受準(zhǔn)則,說明該試驗(yàn)機(jī)保持了檢定/校準(zhǔn)時的狀態(tài)。
(2)標(biāo)準(zhǔn)測力儀法
標(biāo)準(zhǔn)測力儀可廣泛用于各類試驗(yàn)機(jī)的期間核查工作,根據(jù)不同準(zhǔn)確度級別,需要選定不同級別的標(biāo)準(zhǔn)測力儀,綜合試驗(yàn)機(jī)相關(guān)的各類檢定規(guī)程,總結(jié)出對應(yīng)關(guān)系,如表2所示。
表2 試驗(yàn)機(jī)與標(biāo)準(zhǔn)測力儀等級對應(yīng)表
通過實(shí)驗(yàn)室購置標(biāo)準(zhǔn)測力儀進(jìn)行期間核查方法簡單高效,核查結(jié)果不確定度小,同時核查質(zhì)量風(fēng)險最小。但是購置標(biāo)準(zhǔn)器成本過高,用于期間核查的標(biāo)準(zhǔn)測力儀要經(jīng)過溯源后方可以使用。另外,如果實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)機(jī)量程覆蓋范圍廣,則需要購置多臺標(biāo)準(zhǔn)測力儀,因此這種方法多為大型國企及檢測公司使用。
核查示例:某鋼鐵公司質(zhì)檢中心微機(jī)控制電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)主要用于鋼材料的拉伸性能試驗(yàn)。該試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)確度等級為0.5級,最大試驗(yàn)力達(dá)600kN。由于該質(zhì)檢中心已購置1000kN應(yīng)變式標(biāo)準(zhǔn)測力儀,經(jīng)法定計(jì)量技術(shù)機(jī)構(gòu)檢定合格等級為0.1級,故可選用標(biāo)準(zhǔn)測力儀法進(jìn)行期間核查。周期內(nèi)第一次期間核查建議選在試驗(yàn)機(jī)檢定后一個月內(nèi),以遞增方式選定試驗(yàn)機(jī)低、中、高量程測量點(diǎn)的力值,本試驗(yàn)機(jī)選取點(diǎn)為100kN、300kN、500kN三個點(diǎn)。在每個測量點(diǎn)進(jìn)行一組重復(fù)測量, 每組計(jì)5次,測量結(jié)果如表3所示。
表3 試驗(yàn)機(jī)期間核查測量結(jié)果
核查結(jié)果評價:由于核查標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)已知,根據(jù)相關(guān)判定公式:
式中:——試驗(yàn)機(jī)測量平均值;FS——標(biāo)準(zhǔn)測力儀測量點(diǎn)的參考值;MPEV——期間核查對象(試驗(yàn)機(jī))最大允許誤差的絕對值。
將測量結(jié)果數(shù)據(jù)代入式(2),可計(jì)算出對應(yīng)各測量點(diǎn)En,如表4所示。
表4 試驗(yàn)機(jī)期間核查判定計(jì)算結(jié)果一覽表
由表4可知,核查點(diǎn)的最大En=0.3<1,說明該試驗(yàn)機(jī)的校準(zhǔn)/檢定狀態(tài)得到了維持,核查結(jié)果滿意。
2.比對法
比對是實(shí)驗(yàn)室常用的進(jìn)行結(jié)果質(zhì)量控制和能力驗(yàn)證的方法。雖然期間核查和結(jié)果質(zhì)量控制的目的不同,但如果所選試驗(yàn)樣/核查標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定性足夠好,則結(jié)果質(zhì)量控制的方法可為期間核查使用。針對試驗(yàn)機(jī)可分為試驗(yàn)機(jī)自身比對、多臺試驗(yàn)機(jī)間的比對以及實(shí)驗(yàn)室間比對。
(1)試驗(yàn)機(jī)自身比對法
我國建筑工程行業(yè)力學(xué)實(shí)驗(yàn)室中仍有較多液壓擺錘式材料試驗(yàn)機(jī)在使用,該類老式的試驗(yàn)機(jī)經(jīng)過改造后通常會存在度盤和數(shù)字兩套系統(tǒng),這兩套系統(tǒng)是彼此獨(dú)立的。如果度盤顯示系統(tǒng)的測量機(jī)構(gòu)及顯示部分改造后未發(fā)生改變,則實(shí)驗(yàn)室在使用時可以對兩套系統(tǒng)通過比對來完成期間核查。由于該類試驗(yàn)機(jī)目前實(shí)驗(yàn)室使用情況比較少見,其核查方法以及核查判據(jù)與試驗(yàn)機(jī)間比對相同,本文不作示例說明。
(2)試驗(yàn)機(jī)間比對法
對于實(shí)驗(yàn)室有多臺相同準(zhǔn)確度等級的同類型試驗(yàn)機(jī)的情況,可使用試驗(yàn)機(jī)間比對法進(jìn)行期間核查。使用試驗(yàn)機(jī)間比對法,對于核查標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確度要求不高,在實(shí)驗(yàn)室不具備高準(zhǔn)確度等級標(biāo)準(zhǔn)測力儀或標(biāo)準(zhǔn)樣件時,可選擇性能穩(wěn)定的測力儀器或樣件作為核查標(biāo)準(zhǔn)。比較核查試驗(yàn)機(jī)之間的測量結(jié)果,通過判定公式確認(rèn)試驗(yàn)機(jī)核查結(jié)果是否滿意。
核查示例:某建工質(zhì)檢中心有兩臺準(zhǔn)確度等級都為1級的液壓式萬能材料試驗(yàn)機(jī),一臺型號為WE-60,量程為600kN,另外一臺型號為WE-30,量程為300kN。為方便計(jì)量管理,實(shí)驗(yàn)室安排兩臺試驗(yàn)機(jī)同一時間進(jìn)行檢定/校準(zhǔn),由于WE-30型試驗(yàn)機(jī)使用頻率很高,日常檢測量大,故實(shí)驗(yàn)室安排其作為待核查設(shè)備,同時以WE-60型試驗(yàn)機(jī)比對設(shè)備。由于測力環(huán)為常用測力設(shè)備且性能穩(wěn)定,故在本示例中選用經(jīng)檢定合格、準(zhǔn)確度等級為1.0級、量程為100kN的百分表式測力環(huán)作為核查標(biāo)準(zhǔn),選60kN、100kN兩個力值測量點(diǎn)作為核查點(diǎn)。在每個測量點(diǎn)進(jìn)行一組重復(fù)測量,每組計(jì)5次,通過實(shí)驗(yàn)室測力環(huán)力值換算表將位移值換算成力值,兩臺試驗(yàn)機(jī)的核查結(jié)果數(shù)據(jù)如表5、表6所示。
表5 型號為WE-30試驗(yàn)機(jī)力值測量結(jié)果一覽表
表6 型號為WE-60試驗(yàn)機(jī)力值測量結(jié)果一覽表
核查結(jié)果評價:對兩臺儀器比對方法進(jìn)行期間核查,可根據(jù)以下判定公式:
當(dāng)有3臺及以上試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行期間核查時,則選用以下判定公式:
式中:y1——待核查試驗(yàn)機(jī)期間核查測量平均值;y2——比對試驗(yàn)機(jī)期間核查測量平均值;n——參與核查試驗(yàn)機(jī)臺數(shù);由于兩臺試驗(yàn)機(jī)同類型、同準(zhǔn)確度,故U即為檢定/校準(zhǔn)后的測量點(diǎn)的擴(kuò)展不確定度,k=2;當(dāng)測量值的重復(fù)性較好時,則可用測量點(diǎn)的最大允許誤差的絕對值MPEV來作為判定依據(jù)的參量。
將兩試驗(yàn)機(jī)測量數(shù)據(jù)結(jié)果代入判定公式(4),對于測量點(diǎn)60kN,可知|60.35-60.21|=0.14<(60×1%=0.6);對于測量點(diǎn)100kN,可知|100.59-100.25|=0.34<(100×1%=1);故可知通過兩臺試驗(yàn)機(jī)比對法,WE-30型試驗(yàn)機(jī)核查結(jié)果滿意。
(3)實(shí)驗(yàn)室間比對法
實(shí)驗(yàn)室間比對作為能力驗(yàn)證的一種方法,其結(jié)果可作為期間核查的結(jié)果參考。當(dāng)該項(xiàng)能力驗(yàn)證結(jié)果為滿意時,則可認(rèn)為實(shí)驗(yàn)室有效地完成了材料試驗(yàn)機(jī)的期間核查工作,該試驗(yàn)機(jī)校準(zhǔn)狀態(tài)得到了保持。如果實(shí)驗(yàn)室在檢定/校準(zhǔn)周期內(nèi)沒有參與或主導(dǎo)比對的計(jì)劃,則不推薦為實(shí)施期間核查而采取該方法。
3.核查標(biāo)準(zhǔn)法
試驗(yàn)機(jī)的核查標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)具備以下特點(diǎn):
(1)具備一定的準(zhǔn)確度級別,建議選用與核查試驗(yàn)機(jī)同等級的測力儀。
(2)有足夠的分辨力,能反映核查試驗(yàn)機(jī)力值參量顯示末位數(shù)字的變化。
(3)其計(jì)量性能相對核查試驗(yàn)機(jī)是穩(wěn)定的,重復(fù)性能要好。
目前,國內(nèi)材料試驗(yàn)機(jī)準(zhǔn)確度等級多為1級,同時在高校及國防科工領(lǐng)域有部分材料試驗(yàn)機(jī)為0.5級。因此,對試驗(yàn)機(jī)核查標(biāo)準(zhǔn)可選準(zhǔn)確度等級為1.0級的工作測力儀,如測力環(huán)、負(fù)荷傳感器等。根據(jù)經(jīng)濟(jì)性評估,當(dāng)核查試驗(yàn)機(jī)量程小于1000kN時,可選用工作測力環(huán);當(dāng)試驗(yàn)機(jī)為1000kN及以上時,可選負(fù)荷傳感器等應(yīng)變式測力儀。
核查示例:某鋼鐵廠理化試驗(yàn)室有準(zhǔn)確度等級為1級、量程為100kN的電子萬能試驗(yàn)機(jī),同時購置有1.0級、量程為60kN的工作測力環(huán)?,F(xiàn)需對電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行期間核查,可選用工作測力環(huán)作為核查標(biāo)準(zhǔn),確定40kN作為核查點(diǎn)。通過試驗(yàn)機(jī)對工作測力環(huán)施加壓力進(jìn)行測試,測試次數(shù)為10次,得一組測力環(huán)進(jìn)程示值,將測力環(huán)示值換算成力值后進(jìn)行記錄,并與核查標(biāo)準(zhǔn)已知數(shù)據(jù)相比較。核查結(jié)果數(shù)據(jù)如表7所示。
表7 試驗(yàn)機(jī)期間核查測量結(jié)果一覽表
核查結(jié)果評價:由于核查標(biāo)準(zhǔn)值已知,故可依據(jù)以下式(5)進(jìn)行判定:
式中:y1——核查時,測力環(huán)測量的平均值;yref——測力環(huán)被檢/校的示值;U1——實(shí)驗(yàn)室核查時提供的擴(kuò)展不確定度,k=2;Uref——檢/校實(shí)驗(yàn)室提供的測力環(huán)示值的擴(kuò)展不確定度,k=2。
由表7可知y1=39.85kN,查閱測力環(huán)上次檢定證書,可知yref=39.96kN,查閱實(shí)驗(yàn)室不確定度評定材料可知檢/校實(shí)驗(yàn)室提供測力環(huán)擴(kuò)展不確定度為Urel=0.8%,k=2,故Urel=Urel×yrel=0.32kN。另經(jīng)評定,實(shí)驗(yàn)室核查時提供的擴(kuò)展不確定度U1=0.2kN。
將以上結(jié)果數(shù)據(jù)代入式(5)知,=0.38),表明該被核查試驗(yàn)機(jī)保持了檢定/校準(zhǔn)時的狀態(tài),核查合格。
4.留樣復(fù)測法
選擇留樣復(fù)測法進(jìn)行期間核查需注意以下問題:
(1)留樣的選擇。留樣的材料力學(xué)性能必須均勻性、穩(wěn)定性較好。在期間核查計(jì)劃內(nèi)的各次留樣必須是同一批次樣件,樣件均勻性和穩(wěn)定性滿足GB1499.2-2007《鋼筋混凝土用鋼 第2部分 熱軋帶肋鋼筋》要求。例如標(biāo)準(zhǔn)混凝土樣件(壓向),標(biāo)準(zhǔn)鋼筋樣件(拉向),要求同一廠家、同一批次、同一規(guī)格,建議同一根(段)上的幾截作為留樣。
(2)留樣件保存的環(huán)境條件必須嚴(yán)格控制,確保樣品穩(wěn)定可靠,性能不能發(fā)生大的改變。
(3)每次進(jìn)行期間核查的測量方法、人員、場地、設(shè)備、核查項(xiàng)目都要嚴(yán)格保持一致。
(4)試驗(yàn)機(jī)經(jīng)檢定/校準(zhǔn)得到其計(jì)量性能數(shù)據(jù)后,立即進(jìn)行期間核查的首次測試,同時把該測試值作為參考值。
核查示例:某建工質(zhì)檢中心量程為300kN液壓式萬能試驗(yàn)機(jī)主要進(jìn)行鋼筋等樣品的材料力學(xué)試驗(yàn)。該設(shè)備經(jīng)檢定符合1級,且具備使用年限較長以及日常使用頻率較高等特點(diǎn)。本示例期間核查選用牌號為HRB335、Φ20mm的熱軋帶肋鋼筋作為核查標(biāo)準(zhǔn)留樣,經(jīng)穩(wěn)定性和均勻性檢驗(yàn),試樣兩項(xiàng)指標(biāo)均滿足GB1499.2-2007要求。將樣件隨機(jī)分為2組,每組10根,在試驗(yàn)機(jī)完成檢定/校準(zhǔn)工作一周之內(nèi)進(jìn)行第一組樣件的拉伸試驗(yàn)。經(jīng)過1/3個檢定周期,即4個月后進(jìn)行第二組樣件測量,鋼筋的主要性能指標(biāo)為屈服強(qiáng)度Rel、抗拉強(qiáng)度Rm以及伸長率A。作為示例,本文選取抗拉強(qiáng)度對應(yīng)的抗拉力作為結(jié)果考核數(shù)據(jù),兩組樣件核查數(shù)據(jù)如表8所示。
表8 試驗(yàn)機(jī)期間核查測量結(jié)果一覽表
核查結(jié)果評價:由穩(wěn)健統(tǒng)計(jì),能力統(tǒng)計(jì)量En值的表達(dá)式:
式中:y——試驗(yàn)機(jī)第二次進(jìn)行期間核查時測量得到的平均值,作為核查值;Y——試驗(yàn)機(jī)第一次進(jìn)行期間核查時測量得到的平均值,作為參考值;U1——核查值y的擴(kuò)展不確定度,k=2;Uref——參考值Y的擴(kuò)展不確定度,k=2。
由于兩次進(jìn)行期間核查樣件、環(huán)境、方法、人員等條件都是相同的,因此可以取U1=Uref=U,U為參考值的擴(kuò)展不確定度。因此式(6)可以簡化為
由表8可知,y=180kN,Y=178kN,根據(jù)相關(guān)熱軋帶肋鋼筋拉伸性能測量不確定度的評定報告可知,在1級液壓式萬能材料試驗(yàn)機(jī)拉伸試驗(yàn)下,該樣件的抗拉力測量結(jié)果的相對擴(kuò)展不確定度為Urel=1.4%,k=2,則測量結(jié)果擴(kuò)展不確定度為U=Urel×Y=2.5kN。將以上數(shù)據(jù)結(jié)果代入式(7),可得結(jié)果En=0.57<0.7,滿足接受準(zhǔn)則,表明該被核查試驗(yàn)機(jī)保持了檢定/校準(zhǔn)時的狀態(tài),核查合格。
三、結(jié)論
材料試驗(yàn)機(jī)作為定量檢測材料性能的設(shè)備,通過有效的期間核查可以確保試驗(yàn)機(jī)在工作中處于良好的工作狀態(tài)。本文根據(jù)實(shí)驗(yàn)室及試驗(yàn)機(jī)情況給出了四大類期間核查方法,并進(jìn)行了方法評價說明和示例,綜合比較可知:(1)當(dāng)實(shí)驗(yàn)室具備高一等級標(biāo)準(zhǔn)器時,可優(yōu)選傳遞比較法;(2)當(dāng)實(shí)驗(yàn)室只具備一臺材料試驗(yàn)機(jī)時,可選擇使用同等級測力儀或留樣再測進(jìn)行期間核查;(3)當(dāng)實(shí)驗(yàn)室具備多臺材料試驗(yàn)機(jī)時,優(yōu)先選擇試驗(yàn)機(jī)間比對法;(4)當(dāng)實(shí)驗(yàn)室有進(jìn)行當(dāng)年度實(shí)驗(yàn)室比對計(jì)劃時,可通過實(shí)驗(yàn)室比對完成能力驗(yàn)證和期間核查工作??傊?,實(shí)驗(yàn)室在進(jìn)行參考時需根據(jù)自身?xiàng)l件確定期間核查方法,以便期間核查工作的經(jīng)濟(jì)、高效、可信。