集料沖擊試驗機的工作原理、量值傳遞及測量分析研究

郭貴勇，馬興

（福建省計量科學研究院，福建 福州 350003）

0 引言

沖擊試驗常常用來測量產品或部件的堅固水平或脆值，即在何種臨界的擊條件下，產品或部件可能或發(fā)生結構或功能系統(tǒng)的損壞[1]。沖擊試驗機是指對標樣施加沖擊試驗力，進行沖擊測試的材料試驗機[2]。本文主要探討對象是集料沖擊試驗機一些技術問題，該試驗機是用于檢驗設備在經受外力沖撞或作用時產品的安全性、可靠性和有效性等，常見的有落錘穿孔試驗儀、防水涂料沖擊試驗儀、集料沖擊儀、抗沖擊性能試驗機、漆膜沖擊器等類似功能的設備，測定路面用粗集料，如碎石、礫石等的沖擊值試驗，用于確定集料抵抗瞬間沖擊或撞擊阻力的能力。

1 測量方法[3-5]

依據(jù)《集料沖擊試驗機校準規(guī)范》，在環(huán)境溫度為（20±10）℃，相對濕度≤85%條件下，采用電子天平（中準確度級）、鋼卷尺（Ⅱ級）及標準負荷測量儀（0.2級）對集料沖擊試驗機的錘頭質量、錘落高進行測量。

將在規(guī)定條件下，卸下集料沖擊試驗機錘頭，用電子天平（標準負荷測量儀）對錘頭質量進行測量，連續(xù)進行3次，取其平均值為集料沖擊試驗機錘頭的質量；把集料沖擊試驗機安裝好，將錘頭提升至最高處，用鋼卷尺測量錘頭落高距離，記錄下測量結果，重復該過程3次，取其平均值為集料沖擊試驗機的落高值。

2 錘頭質量的測量分析

2.1 測量模型

2.2 測量不確定度分析評估[6-10]

2.2.1 標準不確定度分量的評定

單次實驗標準偏差：極差法計算（系數(shù)C=1.69）：s=(0.2/1.69)g=0.12g，實際測量中是在重復性條件下測量3次，取其算術平均值為測量結果。則有：

電子天平為中準確度級，在1000g測量點其示值最大允許誤差為±1.5g，估計為均勻分布，其引入的標準不確定度為：

2.2.2 合成標準不確定度的評定

表1 不確定度分量一覽表Table 1 List of uncertainty components

因此，合成標準不確定度為：

2.2.3 擴展不確定度的評定：

取包含因子k=2，則擴展不確定度為：

由于常見的集料沖擊試驗機主要包括：落錘穿孔試驗儀、防水涂料沖擊試驗儀、集料沖擊儀、抗沖擊性能試驗機、漆膜沖擊器、建筑外墻保溫系統(tǒng)抗沖擊性能試驗機等。其質量范圍在（0.1-60）kg之間，不同質量錘重下不確定度分量中的和將發(fā)生改變，其測量結果擴展不確定度的變化范圍為1.8g-100g。

3 錘頭落高的測量分析

3.1 測量模型

3.2 測量不確定度分析評估

3.2.1 標準不確定度分量的評定

單次實驗標準偏差：極差法計算(系數(shù)C=1.69)：s=0.2/1.69=0.12mm，實際測量中是在重復性條件下測量3次，取其值為測量結果。則有：

鋼卷尺在500mm處最大允許誤差為±0.4mm，估計為均勻分布，其引入的標準不確定度為：

3.2.2 合成標準不確定度的評定

因此，合成標準不確定度為：

表2 不確定度分量一覽表Table 2 List of uncertainty components

3.2.3 擴展不確定度的評定：

取包含因子k=2，則：

漆膜沖擊儀錘落高測量結果擴展不確定度為U=0.5mm。它是由合成標準不確定度uc=0.24mm和包含因子k=2之乘積得到。

4 結論

根據(jù)以上測量分析結果，可結合不同類別的沖擊試驗儀的錘落高也不一樣，常見的范圍有（0.1-5）m，不同落高下不確定度分量中的u1()與u2()將發(fā)生改變，其測量結果擴展不確定度的變化范圍為0.5mm-1.6mm。因此，校準和測量能力（CMC）為：沖擊試驗儀的質量：(0.1-60)kg，U=（1.8g-100g）,k=2；沖擊試驗儀的落高：(0.1-5)m，U=（0.5mm-1.6mm），k=2。