靜水壓測(cè)試儀校準(zhǔn)方法探討

戴艷梅，蔡巖

（河北省計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)研究院，河北石家莊050051）

0 引言

靜水壓測(cè)試儀是采用靜水壓試驗(yàn)法測(cè)定樣品防水或防滲性能的儀器，依據(jù)帕斯卡定律，以水泵對(duì)整個(gè)系統(tǒng)輸壓，并通過壓力儀表及控制器對(duì)壓力值及升壓速率進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)水壓壓進(jìn)壓裝在試樣加持裝置中的被測(cè)樣品，從而測(cè)定其防水或防滲性能。

針對(duì)被檢樣品的靜水壓試驗(yàn)，原國家質(zhì)檢總局和國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)制定了GB/T 4744-2013、GB/T 19979.1-2005和GB 19082-2009等國家標(biāo)準(zhǔn)。但是這些標(biāo)準(zhǔn)只是對(duì)靜水壓試驗(yàn)方法、被檢樣品防水（滲）性能做出了要求，對(duì)于靜水壓測(cè)試儀的計(jì)量性能和檢定或校準(zhǔn)方法卻沒有規(guī)范。由于市場(chǎng)上銷售使用的靜水壓測(cè)試儀種類眾多，產(chǎn)品的軟件硬件設(shè)計(jì)也有所不同，計(jì)量性能和校準(zhǔn)方法也會(huì)有所區(qū)別。為解決此問題，本文探討和研究了靜水壓測(cè)試儀的校準(zhǔn)方法，對(duì)各類樣品的防水（滲）性能測(cè)試、檢測(cè)方法提供了技術(shù)支撐。

1 兩種靜水壓測(cè)試儀的異同

常見的靜水壓測(cè)試儀有兩種，分別用于測(cè)試織物的防水性能和測(cè)試土工合成材料的防滲性能。其工作原理相同，使用方法相似，存在的不同之處有：

1）被測(cè)樣品不同

織物靜水壓測(cè)試儀用來測(cè)試各種紡織品（如復(fù)合織物）及其制品的防水性能，包括一些防水織物如層壓復(fù)合防水織物和涂層防水織物如雨傘、戶外運(yùn)動(dòng)服裝等，也包括一些專業(yè)防護(hù)用品如醫(yī)用防護(hù)服［3］等；土工合成材料靜水壓測(cè)試儀主要測(cè)試土木工程中應(yīng)用的合成材料的防滲性能，如塑料、化纖、合成橡膠等人工合成聚合物。這些材料通常被置于土體內(nèi)部、表面或各種土體之間，發(fā)揮加強(qiáng)或保護(hù)土體的作用［5］。

2）適用標(biāo)準(zhǔn)不同

織物靜水壓測(cè)試儀依據(jù)GB/T 4744-2013《紡織品防水性能的檢測(cè)和評(píng)價(jià)靜水壓法》的試驗(yàn)要求設(shè)計(jì)（部分產(chǎn)品也符合相應(yīng)的國外標(biāo)準(zhǔn)，如美國的AATCC 127-2018，英國的 BS EN 20811，日本的 JIS L 1092：2009以及ISO 811-2018等）。土工合成材料靜水壓測(cè)試儀的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 19979.1-2005《土工合成材料防滲性能第1部分耐靜水壓的測(cè)定》。

3）技術(shù)參數(shù)不同

織物靜水壓測(cè)試儀根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求的0～5級(jí)抗靜水壓等級(jí)設(shè)計(jì)［1］，儀器可產(chǎn)生的最大水壓通常不低于50 kPa，同時(shí)對(duì)水壓上升速率有所要求；土工合成材料耐靜水壓測(cè)試儀的工作壓力范圍通常為0～2.5 MPa［2］。

4）樣品夾持裝置不同

織物靜水壓測(cè)試儀試驗(yàn)面積為100 cm2，土工合成材料耐靜水壓測(cè)試儀直徑200 mm，并分布3 mm直徑小孔的孔板結(jié)構(gòu)［1-2］。

2 校準(zhǔn)方法

由于存在以上差別，計(jì)量人員校準(zhǔn)此類儀器時(shí)，應(yīng)首先區(qū)分兩種靜水壓測(cè)試儀的異同，以使用更適合的方法評(píng)定儀器的計(jì)量性能。校準(zhǔn)織物耐靜水壓測(cè)試儀的壓力示值時(shí)，建議選用準(zhǔn)確度等級(jí)不低于0.05級(jí)、測(cè)量范圍稍大于被測(cè)儀器的數(shù)字壓力表作為主標(biāo)準(zhǔn)器，同時(shí)使用便攜式壓力泵等作為輔助設(shè)備。另外，如果涉及到夾具尺寸的檢測(cè)校準(zhǔn)，可使用卡尺測(cè)量；對(duì)于涉及到壓力上升速率的織物防水性能測(cè)試，還需用到秒表，或有條件時(shí)可以使用具有數(shù)據(jù)輸出功能的數(shù)字壓力表/壓力校驗(yàn)儀配合PC端軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

以某公司生產(chǎn)的數(shù)字式織物滲水性測(cè)定儀為例進(jìn)行校準(zhǔn)見圖1，壓力主標(biāo)準(zhǔn)器為某型號(hào)手持全自動(dòng)壓力校驗(yàn)儀。被校儀器測(cè)量范圍為0～200 kPa，標(biāo)準(zhǔn)器的測(cè)量范圍為表壓-100～250 kPa，準(zhǔn)確度等級(jí)為0.02級(jí)。

圖1 數(shù)字式織物滲水性測(cè)定儀的校準(zhǔn)

設(shè)備連接時(shí)，將廠家配備的帶有壓力快拔插接口的蓋板置于夾具上，另一端連接壓力校驗(yàn)儀。實(shí)例中被測(cè)儀器的測(cè)量范圍能達(dá)到0～200 kPa，但用戶使用的測(cè)量值通常不超過50 kPa，根據(jù)GB/T 4744-2013中對(duì)織物的抗靜水壓等級(jí)評(píng)價(jià)時(shí)的要求，建議選取的校準(zhǔn)點(diǎn)至少應(yīng)包含的壓力點(diǎn)見表1。因此，選取4，13，20，35，50，100，200 kPa作為校準(zhǔn)點(diǎn)。

靜態(tài)壓力校準(zhǔn)時(shí)，可用壓力校驗(yàn)儀以氣體為介質(zhì)向被測(cè)儀器打壓，也可由被測(cè)儀器工作時(shí)向主標(biāo)準(zhǔn)器打壓，分別記錄標(biāo)準(zhǔn)器示值與被檢儀器示值，進(jìn)行3次正反行程測(cè)試，計(jì)算得出被檢儀器的誤差，如表2所示。

表1 GB/T 4744-2013中織物抗靜水壓等級(jí)和防水性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)［1］

升壓速率校準(zhǔn)時(shí)，可將儀器升壓速率設(shè)定為6.0 kPa/min或1.0 kPa/min，啟動(dòng)被檢儀器后，以固定間隔時(shí)間觀察并記錄數(shù)字壓力表與秒表示值，計(jì)算出壓力隨時(shí)間變化的比值，即壓力上升速率；或以PC采集數(shù)據(jù)，獲得壓力上升曲線，處理后得到升壓速率值［4］。實(shí)際操作中，由于缺乏相應(yīng)的校準(zhǔn)規(guī)范，具體參數(shù)的選擇會(huì)有差異。考慮到用戶的實(shí)際使用場(chǎng)景和現(xiàn)場(chǎng)的可操作性，本實(shí)例中將被測(cè)儀器升壓速率設(shè)定為6.0 kPa/min，而后以秒表計(jì)時(shí)、10 s為間隔讀取標(biāo)準(zhǔn)器示值，測(cè)試0～60 kPa的升壓速率。實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)使用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并繪制壓力隨時(shí)間變化的散點(diǎn)圖，見圖2。

表2 示值校準(zhǔn)數(shù)據(jù)kPa

圖2 壓力隨時(shí)間變化的散點(diǎn)圖

國內(nèi)外生產(chǎn)織物靜水壓測(cè)定儀的企業(yè)眾多，依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)思路也不盡相同，校準(zhǔn)人員在檢測(cè)校準(zhǔn)和操作時(shí)應(yīng)有所注意，如標(biāo)準(zhǔn)器的連接。在本實(shí)例中，使用了廠家提供的帶有壓力接口的夾具蓋板連接；其他一些設(shè)備，如瑞士某公司生產(chǎn)的FX3000系列靜水壓測(cè)試儀自帶測(cè)試接口，校準(zhǔn)時(shí)可直接連接。與此同時(shí)，壓力的傳輸介質(zhì)也可能有所不同，如FX3000系列靜水壓測(cè)試儀，雖然是以水測(cè)試織物樣品，但輸出測(cè)試接口的壓力介質(zhì)為空氣。其他設(shè)備以水為介質(zhì)輸出校準(zhǔn)時(shí)，也應(yīng)注意對(duì)液位差引起的壓力差進(jìn)行修正。

土工合成材料耐靜水壓測(cè)試儀的校準(zhǔn)方法與織物耐靜水壓測(cè)試儀類似，不同之處為土工合成材料耐靜水壓測(cè)試儀的校準(zhǔn)主標(biāo)準(zhǔn)器的測(cè)量范圍應(yīng)相應(yīng)擴(kuò)大為0～2.5 MPa［5］；由于對(duì)壓力上升速率沒有要求［2］，因此只需進(jìn)行靜態(tài)壓力的校準(zhǔn)。

3 結(jié)束語

研究和探討了靜水壓測(cè)試儀校準(zhǔn)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)器的選擇和校準(zhǔn)方法，以及校準(zhǔn)過程中可能遇到的問題和需要注意并采取的辦法。同時(shí)，針對(duì)市場(chǎng)上眾多靜水壓測(cè)試儀的異同之處，計(jì)量時(shí)的校準(zhǔn)方法也應(yīng)做出相應(yīng)的調(diào)整。因此盡早制定國家校準(zhǔn)規(guī)范，以提供一個(gè)統(tǒng)一、科學(xué)、合理的技術(shù)依據(jù)，并據(jù)此開展靜水壓測(cè)試儀校準(zhǔn)的重要性和迫切性。制定此類校準(zhǔn)規(guī)范，不僅能夠規(guī)范靜水壓測(cè)試儀的校準(zhǔn)，同時(shí)也有助于提高質(zhì)檢機(jī)構(gòu)對(duì)各種織物、土工合成材料的檢測(cè)能力和檢測(cè)水平。