建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC—U）管材拉伸屈服強度檢測結果不確定度評定

時曉艷

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

關鍵詞：PVC-U管材；拉伸屈服強度；不確定度

前言

隨著科學技術的進步，傳統的鍍鋅鋼管和普通排水鑄鐵管由于易銹蝕、自重大、運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、耐壓強度好、輸送流體阻力小、耐化學腐蝕性強、阻燃自熄性能好、安裝方便、使用壽命長等優點。其品種主要有建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材及管件、芯層發泡硬聚氯乙烯（PVC-U）管材及管件、硬聚氯乙烯（PVC-U）內螺旋管材及管件等，用于排放水溫不大于40℃，瞬時水溫不大于80℃的建筑物內生活污水。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）管材現已廣泛應用于各行各業，其質量的好壞直接影響著工程質量。建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材物理力學性能之一的拉伸屈服強度是重要和必須考核的指標，它也是衡量排水管材使用性能的重要依據之一。但是，通常在試驗室所檢測的結果，僅僅表于被測量的近似值，能夠合理評定被測量值的分散性，真實反映整個測量過程的準確性和可靠性，就有必要對測量結果的準確度以說明，使測量結果的真實性增強。

根據《測量不確定度評定和表示》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，對建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材拉伸屈服強度檢測結果的不確定度進行了評定，分析了不確定度產生的來源和因素。

1 測量方法

測量原理：沿熱塑性塑料管材的縱向裁切或機械加工制取規定形狀和尺寸的試樣。通過拉力試驗機在規定的條件下測得管材的拉伸性能。

測量儀器：WDW-20A型微機控制電子萬能試驗機，力值范圍為0-20KN，準確度為0.3級，即最大允許誤差為±0.3%，分辨力為0.1N；數顯游標卡尺，最大允許誤差為±0.02mm，分辨力為0.01mm；管壁測厚儀，最大允許誤差為±0.02mm，分辨力為0.01mm。

測量方法：測量試樣標距間中部的寬度和最小厚度，然后將試樣安裝在拉力機上，使其軸線與拉伸應力方向一致，使其夾具松緊適宜以防試樣滑脫。選用檢測方法規定的試驗速度，測得拉伸過程中屈服點所對應的拉應力F，從而求得拉伸屈服強度σ。

測量環境：溫度為（23±2）℃，濕度為（50±10）%

2 建立數學模型

在溫度和其它條件不變時，單個試樣的拉伸強度可表示為：σ=F/A=F/ab

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

3 影響不確定度的主要來源

3.1 拉伸屈服強度σ重復性測量及樣品不均勻性所引入的相對標準不確定度分量Uσ，按A類方法評定。

3.2 試樣平行部分寬度b測量所引入的相對標準不確定度分量Ub，按B類方法評定。

3.3 試樣最小厚度a測量所引入的相對標準不確定度分量Ua，按B類方法評定。

3.4 試驗力值F測量誤差所引入的不確定度分量UF，包括 試驗機的最大允許誤差引入的不確定度分量UF1，標準測力儀校準試驗機引入的標準不確定度UF2。按B類方法評定。

4 評定各影響量的標準不確定度

4.1 拉伸屈服強度σ重復性測量及樣品不均勻性所引入的相對標準不確定度分量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個試樣進行試驗，試驗結果見表1。

采用貝塞爾公式測的標準差為：

實際測量時，是以5個試樣的拉伸屈服強度試驗結果的平均值作為檢測結果，所以，由重復性測量引入的標準不確定度分量為：

Uσ1=Sσ/■=0.49128

確根據數學模型，其相對標準不確定度的分量為：

Uσ=Uσ1/？滓=0.49128/41.67=1.18%

4.2 試樣平行部分寬度b測量所引入的相對標準不確定度分量Ub

該試樣的尺寸按GB/T8804.2-2003要求，機械加工制備成Ⅰ型試樣，其試樣平行部分寬度標準規定為6mm[0，+0.4]，其出現此區間的概率是均勻的，服從正態分布，它所引起的標準不確定度為：

Ub1=α/k=0.2/■=0.11547

以寬度平均值計算，其相對標準不確定度的分量為

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

4.3 試樣最小厚度a測量所引入的相對標準不確定度分量Ua

厚度采用管壁測厚儀，最大允許誤差為±0.02mm，區間半寬為0.02mm，呈均勻分布估計，其所引起的標準不確度為：

Ua1=0.02/■=0.01155

以厚度平均值計算，其相對標準不確定度的分量為：

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

4.4 試驗力值F測量誤差所引入的不確定度分量UF

4.4.1 試驗機的最大允許誤差引入的不確定度分量UF1

根據GB/T8804.1-2003標準，拉伸試驗所用的試驗機為Ⅰ級，拉伸試驗機的最大允許誤差為0.3%，誤差范圍區間的半寬為0.3%，誤差出現的概率是均勻的，所以其相對標準不確定度為：

UF1=0.3%/■=0.17%

4.4.2 標準測力儀校準試驗機引入的標準不確定度UF2

標定證書上是用0.3級標準測力儀進行校準的，最大允許誤差為0.3%，包含因子為■，所以其相對標準不確定度為：

UF2=0.3%/■=0.17%

4.4.3 試驗力值F測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量不確定度彼此獨立不相關，所以試驗力值F測量誤差所引入的不確定度分量UF可合成為：

5 合成標準不確定度

各分量不確定度之間彼此獨立不相關，因此，合成標準不確定度為：

Uh=■=■=2.29%

6 擴展不確定度的評定

擴展不確定度是由合成標準不確定度乘以包含因子K得到，通常取K=2區間的包含概率約為95%，所以

Uk1=k×Uh=2×2.29%=4.58%

其絕對擴展不確定度為

U=σ×Uk1=41.67×4.58%=1.909N/mm2

7 測量結果報告

按照GB/T8804.1-2003標準測量結果保留三位有效數字，此排水管材的拉伸屈服強度為41.7Mpa，其絕對擴展不確定度為1.909N/mm2。

8 結束語

通過對建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材拉伸屈服強度的測量不確定度的評定，分析了影響拉伸屈服強度測量結果的主要因素。這就要求我們在平常做試驗時，對試樣的寬度和厚度測量要準確，取樣要均勻。試驗前，應對儀器設備進行檢查，調整好速度，正確操作，以減少不必要的誤差。

參考文獻

[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.測量不確定度評定和表示[S].北京：中國標準出版社，2013.

[5]孫秀慧.PVC-U管材拉伸屈服強度σ檢測結果不確定度的評定[J].現代測量與實驗管理，2011.