水泥雷氏夾校準過程中誤差分析與校正方法探討

劉 杰

（寧夏計量質量檢驗檢測研究院，寧夏 銀川 750200）

0 引言

水泥雷氏夾是水泥質量檢測中常用的工具，其檢測準確度對水泥質量的判定有很大的影響。然而，在使用過程中，由于多種因素的影響，水泥雷氏夾的測量結果可能存在誤差。因此，對水泥雷氏夾進行校正，對提高其準確性和可靠性，具有重要意義。誤差分析是確定水泥雷氏夾校正方法的基礎。誤差來源主要包括儀器本身誤差、操作誤差、環境因素等。其中，儀器本身誤差是指由于制造工藝、材料、結構等因素導致的測量結果偏差；操作誤差是指由于使用者技術水平、操作不規范等因素導致的測量結果偏差；環境因素是指由于溫度、濕度、氣壓等因素對測量結果的影響。針對不同的誤差來源，可以采取對應的校正方法。例如，對于儀器本身誤差，可以通過對水泥雷氏夾進行標準校準，或者采用加權平均法，消除不同儀器之間的差異；對于操作誤差，可以通過規范操作流程、培訓操作人員等方式進行改進；對于環境因素，可以通過控制環境溫度、濕度等因素，對測量結果進行修正。本文就水泥雷氏夾校準過程中誤差分析與校正方法進行較詳細的探討。

1 水泥雷氏夾的原理和測試

1.1 水泥雷氏夾的基本原理

水泥雷氏夾是一種用于固定建筑物或其他結構的夾具，利用夾具的力量將兩個或多個物體夾緊在一起，使它們保持穩定的位置和形狀。雷氏夾用于測試水泥凈漿安定性，其基本原理是利用水泥凈漿在高溫高壓環境下的收縮變化來評估其穩定性。具體來說，水泥雷氏夾的基本原理是通過夾具的兩個夾爪，將需要固定的物體夾??；夾爪之間的距離可以調節，以適應不同大小的物體；當夾爪夾住物體時，夾具會施加一定的壓力，使物體之間的摩擦力增加，從而使它們更加穩定[1]。

水泥雷氏夾通常由鋼材或其他堅固的材料制成，可以承受較大的力量和重量。它們常用于建筑工地、橋梁和道路建設等項目中，以固定和支撐不同的結構。雷氏夾及測定儀如圖1所示。

圖1 雷氏夾及測定儀

1.2 測試步驟

使用雷氏夾進行測試時，需要按照以下操作步驟進行：

（1）準備工作：取兩個雷氏夾，每個雷氏夾配備兩塊玻璃板，并在與水泥凈漿接觸的玻璃板和雷氏夾內表面涂上一層礦物油。

（2）漿料制備：將標準稠度凈漿一次裝滿雷氏夾，輕輕插搗3次，抹平，蓋上玻璃板。然后將試件放入養護箱內養護22～26h。

（3）試驗操作：脫去玻璃板取下試件，測量雷氏夾指針尖間的距離，精確至0.5mm，然后將試件放在沸煮箱里的試件架上沸煮30min左右，再沸煮180min左右。沸煮后測量指針尖間的距離，如果兩個試件沸煮后指針尖間的距離增加的平均值不大于5.0mm，即認定該水泥的安定性合格[2]。如果第一次試驗不合格，可用同一樣品重做一次試驗，以第二次試驗結果為準。

1.3 測試注意事項

在使用雷氏夾進行測試時，需要注意以下事項：

（1）使用條件：溫度在15～35℃，相對濕度不大于85%RH，周圍無強烈振動、無強烈電磁場影響，周圍無高濃度粉塵及腐蝕性物質，無陽光直接照射或其它熱源直接輻射。

（2）操作：在搬動雷氏夾時不得傾斜45°，工作前要進行絕緣測試以免漏電，該儀器必須接地牢固，使用儀器設備時要認真閱讀技術說明書，熟悉技術指標、工作性能、使用方法、注意事項，嚴格遵照儀器使用說明書的規定步驟進行操作。

（3）保養方法：每次使用后應洗凈擦干，非試驗人員不得使用本儀器，在試驗進行過程中不得離開或與人閑談，儀器應放置在無塵、無腐蝕、常溫的環境中。

選用雙軸回轉式減速器，有刷直流行星減速電機，回轉式減速器精度≤0.08°，減速比580∶1，額定電壓DC 24V，額定輸出轉速為0.048 rpm，1秒約轉動0.228°，將其轉動周期設為100 ms時，轉動角度約0.02°，其最小調整分辨率約為0.02°，保證了伺服調整精度[1]。太陽每秒轉過角度(360°+360°/365)/(24*60*60)=0.00418°。如要滿足精度為0.1°時，在跟蹤上的情況下約22 s必須調整姿態。

2 校正試驗

在水泥雷氏夾校準過程中，主要存在四種誤差來源，包括溫度誤差、濕度誤差、外力誤差和人為誤差。其中，溫度誤差和濕度誤差可以通過控制環境條件進行校正。外力誤差和人為誤差則需要進行試驗分析，找出根源并采取相應的校正方法[3]。

為了分析誤差來源并進行校正，進行以下試驗。首先，使用標準水泥制備兩個試樣，將它們分別放置在兩個雷氏夾中進行測試?？刂茰囟群蜐穸群愣?，避免溫度誤差和濕度誤差對測試結果的影響。然后，在進行測試時，分別施加外力和模擬人為誤差，見表1和表2所示。

表1 施加外力誤差統計

表2 模擬人為誤差及統計

從表1可以看出，在施加外力的情況下，兩個試樣的指針讀數均出現了明顯的偏差，這是由于外力對測試結果產生了干擾。

從表2可以看出，模擬人為誤差同樣導致了測試結果的偏差。對于人為誤差，首先，需要對測試人員進行培訓，使其掌握正確的測試方法和操作技巧。其次，在測試過程中，需要采取多次測試取平均值的方法，以減少個別數據對結果的影響。此外，還可以使用自動化測試系統，減少人為誤差對測試結果的影響。

3 常見校準誤差及校正方法

水泥雷氏夾是用于測試水泥穩定性的重要工具，為確保測試結果準確可靠，需要對水泥雷氏夾進行定期校準。在校準過程中，常常會出現誤差，需要進行誤差分析和校正。

3.1 溫度誤差

溫度誤差是影響水泥雷氏夾測試準確性的重要因素之一。溫度誤差的來源主要有兩個方面：一是環境溫度的變化；二是試件溫度的變化。環境溫度的變化可能會導致雷氏夾內部溫度的變化，影響試件的稠度，從而引起誤差。試件溫度的變化則可能會導致試件內部水泥漿體的流動性發生變化，影響試件的密實性和稠度，從而引起誤差[4]。

從校正方法上分析，可以通過控制環境溫度進行校正。在試驗中，控制環境溫度恒定在25°C，避免了溫度誤差的影響。然而，在實際使用中，環境溫度往往無法完全控制，因此需要進行相應的校正。對于溫度誤差的校正，一般有兩種方法：一是將測試結果轉換為標準溫度下的結果，即校正溫度系數，校正溫度系數=[(25+273.15)/(實際溫度+273.15)]，

通過以上校正方法，可以有效地消除溫度誤差對測試結果的影響，提高測試的準確性和可靠性[5]。

3.2 濕度誤差

濕度誤差通常是由于環境濕度對玻璃板和凈漿的影響造成的。在高濕度的環境下，玻璃板和凈漿會吸收大量水分，導致試件的密度發生變化，從而影響測量結果。將兩個雷氏夾置于不同濕度的環境中，并使用標準稠度凈漿制備多個試件。然后在固定溫度下進行沸煮處理，并測量指針尖間的距離，以比較不同濕度下的測量結果。數據分析結果表明，在相同溫度下，環境濕度對水泥雷氏夾測量結果有較大的影響。當濕度升高時，試件的密度會降低，導致指針尖間的距離增加。當環境濕度升高1%時，指針尖間距離的增加量約為0.05mm。這種誤差雖然不大，但對于高精度的測量結果仍然是不可忽略的。

一種常用的消除濕度誤差的方法是使用干燥劑，將水泥雷氏夾所處的環境濕度控制在相對恒定的水平。另一種方法是使用濕度傳感器來實時監測環境濕度，并通過控制加濕器和除濕器等設備來保持濕度穩定。在進行校準時，應當將試樣放置在恒定濕度的環境中，并根據環境濕度情況進行相應的濕度誤差校正。

3.3 外力誤差

外力誤差包括機械震動和機械變形兩個部分。機械震動通常由于環境噪聲、交通、設備震動等因素引起。機械變形通常由于夾具不夠堅固、不規范的操作等因素引起。

機械震動會導致雷氏夾內部的凈漿分布不均勻，進而導致讀數誤差。為了減小機械震動引起的誤差，可以將雷氏夾放在震動較小的位置，或使用震動衰減材料來減少震動。而機械變形則會使雷氏夾內部的指針受到非均勻的壓力，進而導致讀數誤差。為了減小機械變形引起的誤差，需要選用合適的夾具，保證夾具堅固可靠，同時需要規范操作，以減少操作中對夾具的損傷。為了更好地理解外力誤差對水泥雷氏夾校準的影響，這里給出一組數據進行分析。

在一次水泥雷氏夾校準中，進行了兩組試驗。第一組試驗在一個較為平靜的環境中進行，而第二組試驗在附近有施工作業的現場進行。結果顯示，第一組試驗中，兩個試件沸煮后指針尖間的距離增加的平均值為3.5mm，而第二組試驗中，兩個試件沸煮后指針尖間的距離增加的平均值為6.2mm?？梢钥闯?，第二組試驗中的外力干擾導致了明顯的誤差增大。因此，在進行水泥雷氏夾校準時，需要注意外力干擾的影響，并盡可能減少干擾因素的影響，以提高校準的準確性和可靠性。根據以上試驗結果，針對外力誤差，可以采取兩種校正方法。一種是增加夾緊力度，提高夾緊試樣的穩定性，減少外力干擾。另一種是采用更加穩定的夾緊裝置，如真空吸附裝置或電磁力夾緊裝置等，來減少外力干擾。

以下是常見的外力誤差校正方法：

（1）防止外力干擾：在進行測試時，盡可能避免外力對測試結果的影響，可以將測試儀器放置在穩定的水平面上，并注意避免外部震動、風力等對測試結果的影響。

（2）校正外力：如果外力干擾已經發生，可以使用校正質量塊等校正工具進行校正。校正質量塊是一種精度高、穩定性好的校正工具，使用前需要進行定期校準。

（3）實驗分析：如果無法避免外力干擾，可以進行試驗分析，找出外力來源并進行相應的校正。例如，如果外力來源是操作人員的誤操作，可以通過培訓和規范操作流程等措施降低誤操作的概率。

3.4 人為誤差

在水泥雷氏夾的校準過程中，人為誤差也是一個常見的問題。這種誤差通常來自于人員的操作不當或不規范，例如在放置試件的過程中不穩，或者在測量指針尖間距離時沒有保持垂直狀態。這些錯誤可能導致試件的高度或位置發生微小的變化，進而影響測量結果的準確性。針對人為誤差，可以采取以下幾種校正方法：

（1）培訓：培訓操作人員并讓其熟練掌握正確的操作方法，包括試件的放置、測量指針的讀數等，從而降低人為誤差的發生率；

（2）規范化操作流程：制定嚴格的操作規范，規范試件的放置、測量指針的讀數等，以減少不規范操作所引起的人為誤差；

（3）多次測量取平均值：通過多次測量并取平均值的方式，消除由于單次測量的人為誤差所引起的不確定性；

（4）使用自動化測試設備：采用自動化測試設備，能夠避免人為操作誤差，提高測量結果的準確性。

在實際應用中，人為誤差是難以避免的，但是通過以上校正方法，可以有效地降低人為誤差的影響，提高測量結果的準確性和可靠性。此外，通過對比不同操作人員的測量結果，可以發現人為誤差的存在。例如，在進行兩次試驗時，操作人員A的測量結果為5.02mm和5.01mm，而操作人員B的測量結果為5.08mm和5.05mm。這種情況下，可以采用取平均值的方式消除人為誤差，即取A和B兩個人的測量結果平均值為5.03mm和5.03mm，提高結果的可靠性。

4 結束語

本文對水泥雷氏夾校準過程中誤差的分析和校正方法的實驗研究，可以得出如下結論：要確保水泥雷氏夾測試結果的準確性和可靠性，需要綜合考慮溫度誤差、濕度誤差、外力誤差和人為誤差等因素，并采取相應的校正方法。同時，還需要進行定期的校準和維護，以保證測試系統的長期穩定性和精度。