时晓艳

摘 要：介绍了建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材拉伸屈服强度测量结果不确定度的来源，并对其来源进行了分析。

关键词：PVC-U管材；拉伸屈服强度；不确定度

前言

随着科学技术的进步，传统的镀锌钢管和普通排水铸铁管由于易锈蚀、自重大、运输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为主，它具有重量轻、耐压强度好、输送流体阻力小、耐化学腐蚀性强、阻燃自熄性能好、安装方便、使用寿命长等优点。其品种主要有建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材及管件、芯层发泡硬聚氯乙烯（PVC-U）管材及管件、硬聚氯乙烯（PVC-U）内螺旋管材及管件等，用于排放水温不大于40℃，瞬时水温不大于80℃的建筑物内生活污水。文章以建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材为例。

建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材现已广泛应用于各行各业，其质量的好坏直接影响着工程质量。建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材物理力学性能之一的拉伸屈服强度是重要和必须考核的指标，它也是衡量排水管材使用性能的重要依据之一。但是，通常在试验室所检测的结果，仅仅表于被测量的近似值，能够合理评定被测量值的分散性，真实反映整个测量过程的准确性和可靠性，就有必要对测量结果的准确度以说明，使测量结果的真实性增强。

根据《测量不确定度评定和表示》JJF1059.1-2012、《建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材》GB/T5836.1-2006、《热塑性塑料管材拉伸性能第1部分：试验方法总则》GB/T8804.1-2003、《热塑性塑料管材 拉伸性能第2部分：硬聚氯乙烯（PVC-U）、氯化聚氯乙烯（PVC-C）和高抗冲聚氯乙烯（PVC-HI）管材》GB/T8804.2-2003，对建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材拉伸屈服强度检测结果的不确定度进行了评定，分析了不确定度产生的来源和因素。

1 测量方法

测量原理：沿热塑性塑料管材的纵向裁切或机械加工制取规定形状和尺寸的试样。通过拉力试验机在规定的条件下测得管材的拉伸性能。

测量仪器：WDW-20A型微机控制电子万能试验机，力值范围为0-20KN，准确度为0.3级，即最大允许误差为±0.3%，分辨力为0.1N；数显游标卡尺，最大允许误差为±0.02mm，分辨力为0.01mm；管壁测厚仪，最大允许误差为±0.02mm，分辨力为0.01mm。

测量方法：测量试样标距间中部的宽度和最小厚度，然后将试样安装在拉力机上，使其轴线与拉伸应力方向一致，使其夹具松紧适宜以防试样滑脱。选用检测方法规定的试验速度，测得拉伸过程中屈服点所对应的拉应力F，从而求得拉伸屈服强度σ。

测量环境：温度为（23±2）℃，湿度为（50±10）%

2 建立数学模型

在温度和其它条件不变时，单个试样的拉伸强度可表示为：σ=F/A=F/ab

σ-拉伸屈服强度，单位为MPa；F-屈服点的拉力，单位为N；A-试样的原始截面积，单位为mm2；a-试样标距的最小厚度，单位为mm；b-标距间中部的宽度，单位为mm。

3 影响不确定度的主要来源

3.1 拉伸屈服强度σ重复性测量及样品不均匀性所引入的相对标准不确定度分量Uσ，按A类方法评定。

3.2 试样平行部分宽度b测量所引入的相对标准不确定度分量Ub，按B类方法评定。

3.3 试样最小厚度a测量所引入的相对标准不确定度分量Ua，按B类方法评定。

3.4 试验力值F测量误差所引入的不确定度分量UF，包括 试验机的最大允许误差引入的不确定度分量UF1，标准测力仪校准试验机引入的标准不确定度UF2。按B类方法评定。

4 评定各影响量的标准不确定度

4.1 拉伸屈服强度σ重复性测量及样品不均匀性所引入的相对标准不确定度分量Uσ。

以公称外径为110mm，壁厚为3.2mm的建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材为例，加工10个试样进行试验，试验结果见表1。

采用贝塞尔公式测的标准差为：

实际测量时，是以5个试样的拉伸屈服强度试验结果的平均值作为检测结果，所以，由重复性测量引入的标准不确定度分量为：

Uσ1=Sσ/■=0.49128

确根据数学模型，其相对标准不确定度的分量为：

Uσ=Uσ1/？滓=0.49128/41.67=1.18%

4.2 试样平行部分宽度b测量所引入的相对标准不确定度分量Ub

该试样的尺寸按GB/T8804.2-2003要求，机械加工制备成Ⅰ型试样，其试样平行部分宽度标准规定为6mm[0，+0.4]，其出现此区间的概率是均匀的，服从正态分布，它所引起的标准不确定度为：

Ub1=α/k=0.2/■=0.11547

以宽度平均值计算，其相对标准不确定度的分量为

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

4.3 试样最小厚度a测量所引入的相对标准不确定度分量Ua

厚度采用管壁测厚仪，最大允许误差为±0.02mm，区间半宽为0.02mm，呈均匀分布估计，其所引起的标准不确度为：

Ua1=0.02/■=0.01155

以厚度平均值计算，其相对标准不确定度的分量为：

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

4.4 试验力值F测量误差所引入的不确定度分量UF

4.4.1 试验机的最大允许误差引入的不确定度分量UF1

根据GB/T8804.1-2003标准，拉伸试验所用的试验机为Ⅰ级，拉伸试验机的最大允许误差为0.3%，误差范围区间的半宽为0.3%，误差出现的概率是均匀的，所以其相对标准不确定度为：

UF1=0.3%/■=0.17%

4.4.2 标准测力仪校准试验机引入的标准不确定度UF2

标定证书上是用0.3级标准测力仪进行校准的，最大允许误差为0.3%，包含因子为■，所以其相对标准不确定度为：

UF2=0.3%/■=0.17%

4.4.3 试验力值F测量误差所引入的不确定度分量UF

UF1和UF2这两方面因素所引入的测量不确定度彼此独立不相关，所以试验力值F测量误差所引入的不确定度分量UF可合成为：

5 合成标准不确定度

各分量不确定度之间彼此独立不相关，因此，合成标准不确定度为：

Uh=■=■=2.29%

6 扩展不确定度的评定

扩展不确定度是由合成标准不确定度乘以包含因子K得到，通常取K=2区间的包含概率约为95%，所以

Uk1=k×Uh=2×2.29%=4.58%

其绝对扩展不确定度为

U=σ×Uk1=41.67×4.58%=1.909N/mm2

7 测量结果报告

按照GB/T8804.1-2003标准测量结果保留三位有效数字，此排水管材的拉伸屈服强度为41.7Mpa，其绝对扩展不确定度为1.909N/mm2。

8 结束语

通过对建筑排水用硬聚氯乙烯（PVC-U）管材拉伸屈服强度的测量不确定度的评定，分析了影响拉伸屈服强度测量结果的主要因素。这就要求我们在平常做试验时，对试样的宽度和厚度测量要准确，取样要均匀。试验前，应对仪器设备进行检查，调整好速度，正确操作，以减少不必要的误差。

参考文献

[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.热塑性塑料管材拉伸性能第1部分：试验方法总则[S].

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

[4]JJF1059.1-2012.测量不确定度评定和表示[S].北京：中国标准出版社，2013.

[5]孙秀慧.PVC-U管材拉伸屈服强度σ检测结果不确定度的评定[J].现代测量与实验管理，2011.