淺談壓力表配備對(duì)液壓千斤頂檢定(校準(zhǔn))的影響
壓力表作為液壓千斤頂?shù)年P(guān)鍵儀表,其顯示值直接影響到工程建設(shè)的承載力和工程結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。為了解決這一問(wèn) 題,本文主要對(duì)壓力表的測(cè)量范圍、精度、分辨率和液壓千斤頂檢定檢定結(jié)果匹配,闡明了液壓千斤頂生產(chǎn)廠家和施工單位的一些習(xí)慣性誤解， 進(jìn)行了合理化的分析并相應(yīng)給出了一些建議。
1.引言
液壓千斤頂作為在橋梁、高架橋、地鐵、隧道及房建中最常使用 的儀器。液壓千斤頂主要作用于樁基跟結(jié)構(gòu)工程的力值施加與控制。 壓力表則是測(cè)量?jī)x器的關(guān)鍵，在液壓千斤頂使用過(guò)程中的表現(xiàn)直接 影響到試驗(yàn)的結(jié)果。《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2002)和《混凝 土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB50204-2002)都對(duì)張拉控制應(yīng)力 和相關(guān)應(yīng)力作了規(guī)定，在實(shí)際施工中，控制張拉應(yīng)力是用液壓千斤頂 支撐測(cè)量壓力表，并作為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)。壓力表則是液壓千斤頂指示器的 測(cè)量?jī)x器，測(cè)量性能直接影響到測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，支撐壓力直接影 響液壓千斤頂?shù)脑囼?yàn)結(jié)果。往往被施工單位和制造商所忽視。在我們 曰常對(duì)千斤頂?shù)臋z定和校準(zhǔn)工作中，經(jīng)常會(huì)碰見(jiàn)千斤頂上配套的壓 力表精度和量程不合理的情況。
壓力表是以彈性元件為感壓元件的測(cè)量壓力的儀表，壓力表的 法定計(jì)量單位是Pa (帕斯卡），或是它的十進(jìn)位倍數(shù)關(guān)系：kPa、MPa 等。千斤頂校準(zhǔn)過(guò)程中使用的是MPa單位。而壓力表的工作原理則是 利用彈性敏感元件（如彈簧管）在壓力作用下產(chǎn)生彈性變形，其變形 量的大小與作用的壓力成線性關(guān)系，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)釋放、由指針在分 度盤(pán)上指示出被測(cè)壓力。壓力表在千斤頂測(cè)量過(guò)程中起到關(guān)鍵作用。
2.千斤頂?shù)臋z定方法
依照J(rèn)JG621-2012液壓千斤頂檢定規(guī)程，外觀檢查應(yīng)按技術(shù)要 求中規(guī)定的第一項(xiàng)進(jìn)行，其他項(xiàng)目的檢查檢驗(yàn)應(yīng)在符合第六項(xiàng)要求 后進(jìn)行。把千斤頂放在軸承架或試驗(yàn)機(jī)上，其擁有足夠的剛度。測(cè)力 儀應(yīng)安裝在千斤頂工作活塞的末端，測(cè)力儀主軸線與千斤頂軸線重 合，使傾翻載荷和偏心載荷的影響最小。使壓力表指針調(diào)為零點(diǎn)。預(yù) 壓，接通電源，電預(yù)熱，啟動(dòng)泵，每次加載到額定負(fù)載回零，預(yù)壓兩次， 試驗(yàn)力施加應(yīng)緩慢平穩(wěn)，不得有沖擊或超載。千斤頂檢定應(yīng)從千斤頂 額定負(fù)荷的20%開(kāi)始，按遞增順序逐點(diǎn)進(jìn)行檢定，至各檢定點(diǎn)保持穩(wěn) 定后記錄相應(yīng)的進(jìn)程市值，直至最大力值。檢定點(diǎn)應(yīng)不少于5點(diǎn)，并 應(yīng)盡可能均勻地分布。記錄好壓力表和測(cè)力計(jì)相對(duì)應(yīng)的各個(gè)數(shù)據(jù)，計(jì) 算出相應(yīng)指標(biāo)和力-壓力校準(zhǔn)方程。
3.壓力表測(cè)量范圍和精度等級(jí)對(duì)千斤頂測(cè)量結(jié)果的影響
從以上液壓千斤頂檢定過(guò)程中可以看出，液壓千斤頂配備的壓 力表的精度及量程直接影響到測(cè)量結(jié)果和校準(zhǔn)方程。現(xiàn)舉例分析，如 果液壓千斤頂額定壓力為60MPa，同時(shí)配套廠家對(duì)壓力測(cè)量范圍選 定表1.6級(jí)（0~60)MPa(在檢定和校準(zhǔn)過(guò)程中，已多次出現(xiàn)），首先，來(lái) 看壓力表的范圍，若千斤頂正常使用，額定壓力為60MPa，選擇 60MPa的壓力表，這意味著達(dá)到了壓力表的上限，將會(huì)帶來(lái)非常大的 風(fēng)險(xiǎn)。這樣上限的使用不但不能保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和長(zhǎng)期使用 性。在應(yīng)用操作當(dāng)中，為了能讓彈簧管壓力表指示正確和長(zhǎng)期的使 用，壓力表應(yīng)當(dāng)在正常允許的壓力范圍之內(nèi)工作，在靜壓力下不能超 過(guò)測(cè)量值上限的75%；在波動(dòng)壓力情況下不能超過(guò)測(cè)量值上限的 60%，測(cè)量值范圍在（0~60)MPa壓力表，壓力表線性正常工作壓力在 45MPa以下，一旦液壓千斤頂所能控制的壓力超過(guò)45MPa，在彈性敏 感元件長(zhǎng)期超正常壓力范圍使用下，壓力表彈簧管容易疲勞，長(zhǎng)期使 用會(huì)造成壓力指示失準(zhǔn)。為了確保測(cè)量的準(zhǔn)確度和長(zhǎng)期可靠性，根據(jù) JJG49 -2013彈性元件式精密壓力表和真空表計(jì)量檢定規(guī)程以及 JJG621-2012液壓千斤頂檢定規(guī)程，壓力表的選擇應(yīng)為準(zhǔn)確度級(jí)別 0.4級(jí)測(cè)量上限為額定油壓的130~200%。而壓力表的測(cè)量范圍（上限 和正常量限）的上限應(yīng)符合以下系列之一：（1x10n、1.6x10n、2.5x10n、 4xl0n、6x10n)Pa、kPa、或MPa，因此額定壓力為60MPa左右的液壓千 斤頂，配備的指示壓力表選擇應(yīng)為準(zhǔn)確度0.4級(jí)測(cè)量范圍上限為 100MPa的精密壓力表比較合適，符合規(guī)程求。我們?cè)賮?lái)看如果配備 的1.6級(jí)的60MPa的壓力表。如1.6級(jí)，測(cè)量范圍為（0~100)MPa -般 壓力表，其最大允許誤差為±1.6MPa，而±1.6MPa的最大允許誤差值對(duì) 液壓千斤頂?shù)臋z測(cè)結(jié)果是不可接受的，尤其是對(duì)小負(fù)荷點(diǎn)。預(yù)應(yīng)力張 拉過(guò)程中經(jīng)常會(huì)用到小負(fù)荷力值，而壓力表采用的是引用誤差，在 (10~20)MPa測(cè)量范圍內(nèi)，液壓千斤頂?shù)南鄬?duì)誤差高達(dá)（8~16)%。施 工中跟據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-200)和《混凝土結(jié)構(gòu)工程 施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50204-2002)的要求，預(yù)應(yīng)力錨固預(yù)應(yīng)力測(cè)試 和工程設(shè)計(jì)規(guī)范相對(duì)偏差值，應(yīng)允許在5%。然而，由于設(shè)計(jì)要求、施 工方法、試驗(yàn)方法、配套儀器和環(huán)境等因素的影響，試驗(yàn)結(jié)果的可靠 性和準(zhǔn)確性會(huì)受到很大的影響。為確保預(yù)應(yīng)力錨索在預(yù)應(yīng)力試驗(yàn)后， 工程設(shè)計(jì)規(guī)范的相對(duì)偏差值小于5%，測(cè)量液壓千斤頂作為測(cè)力控制 力值的準(zhǔn)確度在2%以內(nèi)，以確保符合要求。如果試驗(yàn)條件相同時(shí)，不 同精度等級(jí)的壓力表會(huì)影響液壓千斤頂?shù)臏y(cè)量精度。
下面列舉出了同一測(cè)量范圍內(nèi)兩個(gè)不同精度等級(jí)的壓力表，以 便探討壓力表對(duì)液壓千斤頂檢定和校準(zhǔn)值的影響。在同一試驗(yàn)條件 下， 選擇不同精度的壓力表對(duì)液壓千斤頂?shù)挠绊懞蜏y(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確 性不可忽視，不同精度的壓力表分別與液壓千斤頂相匹配。如：千斤 頂編號(hào)Z200173，模型YCW250B;壓力表1，表號(hào)2541，1.6級(jí)，（0~60) MPa;壓力表2，表號(hào)0042，0.4級(jí)，（0~60)MPa;用上面兩個(gè)壓力表進(jìn) 行檢定才符合液壓千斤頂檢定準(zhǔn)確度的等級(jí)。依據(jù)《液壓千斤頂》 (JJG621-2012)檢定規(guī)程，在30弋室溫條件下，采用0.3級(jí)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)力 計(jì)。檢定結(jié)果如見(jiàn)表1。
根據(jù)表1的檢定結(jié)果可以看出，壓力表是合格的，但相同的千斤 頂配置了精度不一樣的壓力表，測(cè)量出來(lái)的結(jié)果相差也是很大的，有 的遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了正常的范圍。由此可以看出，壓力表選擇0.4級(jí)精密壓 力表是合適的。
4.壓力表分辨力的影響
等級(jí)不同的壓力表最小分辨率也不同。以(0~100)MPa壓力表為 例，0.4級(jí)精密壓力表的最小分度值是0.5MPa，垂直于表盤(pán)指針的刀 片，所以可估讀最小分度值的1/10，最小分辨率是0.05MPa;而1.6級(jí) 的一般壓力表最小分度值為2MPa的指針葉片是平行的表盤(pán)這只能 估計(jì)指數(shù)最小值的1/5，最小分辨率是0.4MPa。因此，讀數(shù)誤差對(duì)分辨率的影響是不容忽視，0.4級(jí)壓力表分辨率更高。
5.不確定度分析
在校準(zhǔn)過(guò)程中，測(cè)量結(jié)果的不確定度主要來(lái)自以下幾個(gè)方面： (詳見(jiàn)表2)。壓力表精度等級(jí)引入的不確定分量為u4。壓力表分辨率 引入的不確定度u5。測(cè)量結(jié)果的不確定度的影響如見(jiàn)表2。0.4級(jí)精 密壓力表測(cè)量范圍（0~100)MPa和分辨力為0.05MPa，在30弋室溫條 件下，對(duì)測(cè)量結(jié)果的不確定度分析。
合成不確定度為：ufi=0.82%。
擴(kuò)展不確定度為：U=2.0%(k=2)。
同樣若采用1.6級(jí)普通壓力表則：
合成不確定度為：ufi=1.7%。
擴(kuò)展不確定度為：U=4.0%(k=2)。
6.結(jié)論
通過(guò)以上千斤頂采用不同精度壓力表不確定度的分析，千斤頂 配備不同壓力表，其量程、精度等級(jí)、分辨率對(duì)液壓千斤頂檢定（校 準(zhǔn)）結(jié)果有明顯影響。因此，為了提高測(cè)量性能，保證液壓千斤頂?shù)臏?zhǔn)確可靠，壓力表配套，應(yīng)根據(jù)130~200%液壓千斤頂額定油壓計(jì)算壓 力表的測(cè)量上限，選擇0.4級(jí)的精密壓力表，符合JJG621-2012液壓 千斤頂檢定規(guī)程的要求，從而提高液壓千斤頂?shù)膽?yīng)用效果。
