水泥雷氏夹校准过程中误差分析与校正方法探讨

刘 杰

（宁夏计量质量检验检测研究院，宁夏 银川 750200）

0 引言

水泥雷氏夹是水泥质量检测中常用的工具，其检测准确度对水泥质量的判定有很大的影响。然而，在使用过程中，由于多种因素的影响，水泥雷氏夹的测量结果可能存在误差。因此，对水泥雷氏夹进行校正，对提高其准确性和可靠性，具有重要意义。误差分析是确定水泥雷氏夹校正方法的基础。误差来源主要包括仪器本身误差、操作误差、环境因素等。其中，仪器本身误差是指由于制造工艺、材料、结构等因素导致的测量结果偏差；操作误差是指由于使用者技术水平、操作不规范等因素导致的测量结果偏差；环境因素是指由于温度、湿度、气压等因素对测量结果的影响。针对不同的误差来源，可以采取对应的校正方法。例如，对于仪器本身误差，可以通过对水泥雷氏夹进行标准校准，或者采用加权平均法，消除不同仪器之间的差异；对于操作误差，可以通过规范操作流程、培训操作人员等方式进行改进；对于环境因素，可以通过控制环境温度、湿度等因素，对测量结果进行修正。本文就水泥雷氏夹校准过程中误差分析与校正方法进行较详细的探讨。

1 水泥雷氏夹的原理和测试

1.1 水泥雷氏夹的基本原理

水泥雷氏夹是一种用于固定建筑物或其他结构的夹具，利用夹具的力量将两个或多个物体夹紧在一起，使它们保持稳定的位置和形状。雷氏夹用于测试水泥净浆安定性，其基本原理是利用水泥净浆在高温高压环境下的收缩变化来评估其稳定性。具体来说，水泥雷氏夹的基本原理是通过夹具的两个夹爪，将需要固定的物体夹住；夹爪之间的距离可以调节，以适应不同大小的物体；当夹爪夹住物体时，夹具会施加一定的压力，使物体之间的摩擦力增加，从而使它们更加稳定[1]。

水泥雷氏夹通常由钢材或其他坚固的材料制成，可以承受较大的力量和重量。它们常用于建筑工地、桥梁和道路建设等项目中，以固定和支撑不同的结构。雷氏夹及测定仪如图1所示。

图1 雷氏夹及测定仪

1.2 测试步骤

使用雷氏夹进行测试时，需要按照以下操作步骤进行：

（1）准备工作：取两个雷氏夹，每个雷氏夹配备两块玻璃板，并在与水泥净浆接触的玻璃板和雷氏夹内表面涂上一层矿物油。

（2）浆料制备：将标准稠度净浆一次装满雷氏夹，轻轻插捣3次，抹平，盖上玻璃板。然后将试件放入养护箱内养护22～26h。

（3）试验操作：脱去玻璃板取下试件，测量雷氏夹指针尖间的距离，精确至0.5mm，然后将试件放在沸煮箱里的试件架上沸煮30min左右，再沸煮180min左右。沸煮后测量指针尖间的距离，如果两个试件沸煮后指针尖间的距离增加的平均值不大于5.0mm，即认定该水泥的安定性合格[2]。如果第一次试验不合格，可用同一样品重做一次试验，以第二次试验结果为准。

1.3 测试注意事项

在使用雷氏夹进行测试时，需要注意以下事项：

（1）使用条件：温度在15～35℃，相对湿度不大于85%RH，周围无强烈振动、无强烈电磁场影响，周围无高浓度粉尘及腐蚀性物质，无阳光直接照射或其它热源直接辐射。

（2）操作：在搬动雷氏夹时不得倾斜45°，工作前要进行绝缘测试以免漏电，该仪器必须接地牢固，使用仪器设备时要认真阅读技术说明书，熟悉技术指标、工作性能、使用方法、注意事项，严格遵照仪器使用说明书的规定步骤进行操作。

（3）保养方法：每次使用后应洗净擦干，非试验人员不得使用本仪器，在试验进行过程中不得离开或与人闲谈，仪器应放置在无尘、无腐蚀、常温的环境中。

选用双轴回转式减速器，有刷直流行星减速电机，回转式减速器精度≤0.08°，减速比580∶1，额定电压DC 24V，额定输出转速为0.048 rpm，1秒约转动0.228°，将其转动周期设为100 ms时，转动角度约0.02°，其最小调整分辨率约为0.02°，保证了伺服调整精度[1]。太阳每秒转过角度(360°+360°/365)/(24*60*60)=0.00418°。如要满足精度为0.1°时，在跟踪上的情况下约22 s必须调整姿态。

2 校正试验

在水泥雷氏夹校准过程中，主要存在四种误差来源，包括温度误差、湿度误差、外力误差和人为误差。其中，温度误差和湿度误差可以通过控制环境条件进行校正。外力误差和人为误差则需要进行试验分析，找出根源并采取相应的校正方法[3]。

为了分析误差来源并进行校正，进行以下试验。首先，使用标准水泥制备两个试样，将它们分别放置在两个雷氏夹中进行测试。控制温度和湿度恒定，避免温度误差和湿度误差对测试结果的影响。然后，在进行测试时，分别施加外力和模拟人为误差，见表1和表2所示。

表1 施加外力误差统计

表2 模拟人为误差及统计

从表1可以看出，在施加外力的情况下，两个试样的指针读数均出现了明显的偏差，这是由于外力对测试结果产生了干扰。

从表2可以看出，模拟人为误差同样导致了测试结果的偏差。对于人为误差，首先，需要对测试人员进行培训，使其掌握正确的测试方法和操作技巧。其次，在测试过程中，需要采取多次测试取平均值的方法，以减少个别数据对结果的影响。此外，还可以使用自动化测试系统，减少人为误差对测试结果的影响。

3 常见校准误差及校正方法

水泥雷氏夹是用于测试水泥稳定性的重要工具，为确保测试结果准确可靠，需要对水泥雷氏夹进行定期校准。在校准过程中，常常会出现误差，需要进行误差分析和校正。

3.1 温度误差

温度误差是影响水泥雷氏夹测试准确性的重要因素之一。温度误差的来源主要有两个方面：一是环境温度的变化；二是试件温度的变化。环境温度的变化可能会导致雷氏夹内部温度的变化，影响试件的稠度，从而引起误差。试件温度的变化则可能会导致试件内部水泥浆体的流动性发生变化，影响试件的密实性和稠度，从而引起误差[4]。

从校正方法上分析，可以通过控制环境温度进行校正。在试验中，控制环境温度恒定在25°C，避免了温度误差的影响。然而，在实际使用中，环境温度往往无法完全控制，因此需要进行相应的校正。对于温度误差的校正，一般有两种方法：一是将测试结果转换为标准温度下的结果，即校正温度系数，校正温度系数=[(25+273.15)/(实际温度+273.15)]，

通过以上校正方法，可以有效地消除温度误差对测试结果的影响，提高测试的准确性和可靠性[5]。

3.2 湿度误差

湿度误差通常是由于环境湿度对玻璃板和净浆的影响造成的。在高湿度的环境下，玻璃板和净浆会吸收大量水分，导致试件的密度发生变化，从而影响测量结果。将两个雷氏夹置于不同湿度的环境中，并使用标准稠度净浆制备多个试件。然后在固定温度下进行沸煮处理，并测量指针尖间的距离，以比较不同湿度下的测量结果。数据分析结果表明，在相同温度下，环境湿度对水泥雷氏夹测量结果有较大的影响。当湿度升高时，试件的密度会降低，导致指针尖间的距离增加。当环境湿度升高1%时，指针尖间距离的增加量约为0.05mm。这种误差虽然不大，但对于高精度的测量结果仍然是不可忽略的。

一种常用的消除湿度误差的方法是使用干燥剂，将水泥雷氏夹所处的环境湿度控制在相对恒定的水平。另一种方法是使用湿度传感器来实时监测环境湿度，并通过控制加湿器和除湿器等设备来保持湿度稳定。在进行校准时，应当将试样放置在恒定湿度的环境中，并根据环境湿度情况进行相应的湿度误差校正。

3.3 外力误差

外力误差包括机械震动和机械变形两个部分。机械震动通常由于环境噪声、交通、设备震动等因素引起。机械变形通常由于夹具不够坚固、不规范的操作等因素引起。

机械震动会导致雷氏夹内部的净浆分布不均匀，进而导致读数误差。为了减小机械震动引起的误差，可以将雷氏夹放在震动较小的位置，或使用震动衰减材料来减少震动。而机械变形则会使雷氏夹内部的指针受到非均匀的压力，进而导致读数误差。为了减小机械变形引起的误差，需要选用合适的夹具，保证夹具坚固可靠，同时需要规范操作，以减少操作中对夹具的损伤。为了更好地理解外力误差对水泥雷氏夹校准的影响，这里给出一组数据进行分析。

在一次水泥雷氏夹校准中，进行了两组试验。第一组试验在一个较为平静的环境中进行，而第二组试验在附近有施工作业的现场进行。结果显示，第一组试验中，两个试件沸煮后指针尖间的距离增加的平均值为3.5mm，而第二组试验中，两个试件沸煮后指针尖间的距离增加的平均值为6.2mm。可以看出，第二组试验中的外力干扰导致了明显的误差增大。因此，在进行水泥雷氏夹校准时，需要注意外力干扰的影响，并尽可能减少干扰因素的影响，以提高校准的准确性和可靠性。根据以上试验结果，针对外力误差，可以采取两种校正方法。一种是增加夹紧力度，提高夹紧试样的稳定性，减少外力干扰。另一种是采用更加稳定的夹紧装置，如真空吸附装置或电磁力夹紧装置等，来减少外力干扰。

以下是常见的外力误差校正方法：

（1）防止外力干扰：在进行测试时，尽可能避免外力对测试结果的影响，可以将测试仪器放置在稳定的水平面上，并注意避免外部震动、风力等对测试结果的影响。

（2）校正外力：如果外力干扰已经发生，可以使用校正质量块等校正工具进行校正。校正质量块是一种精度高、稳定性好的校正工具，使用前需要进行定期校准。

（3）实验分析：如果无法避免外力干扰，可以进行试验分析，找出外力来源并进行相应的校正。例如，如果外力来源是操作人员的误操作，可以通过培训和规范操作流程等措施降低误操作的概率。

3.4 人为误差

在水泥雷氏夹的校准过程中，人为误差也是一个常见的问题。这种误差通常来自于人员的操作不当或不规范，例如在放置试件的过程中不稳，或者在测量指针尖间距离时没有保持垂直状态。这些错误可能导致试件的高度或位置发生微小的变化，进而影响测量结果的准确性。针对人为误差，可以采取以下几种校正方法：

（1）培训：培训操作人员并让其熟练掌握正确的操作方法，包括试件的放置、测量指针的读数等，从而降低人为误差的发生率；

（2）规范化操作流程：制定严格的操作规范，规范试件的放置、测量指针的读数等，以减少不规范操作所引起的人为误差；

（3）多次测量取平均值：通过多次测量并取平均值的方式，消除由于单次测量的人为误差所引起的不确定性；

（4）使用自动化测试设备：采用自动化测试设备，能够避免人为操作误差，提高测量结果的准确性。

在实际应用中，人为误差是难以避免的，但是通过以上校正方法，可以有效地降低人为误差的影响，提高测量结果的准确性和可靠性。此外，通过对比不同操作人员的测量结果，可以发现人为误差的存在。例如，在进行两次试验时，操作人员A的测量结果为5.02mm和5.01mm，而操作人员B的测量结果为5.08mm和5.05mm。这种情况下，可以采用取平均值的方式消除人为误差，即取A和B两个人的测量结果平均值为5.03mm和5.03mm，提高结果的可靠性。

4 结束语

本文对水泥雷氏夹校准过程中误差的分析和校正方法的实验研究，可以得出如下结论：要确保水泥雷氏夹测试结果的准确性和可靠性，需要综合考虑温度误差、湿度误差、外力误差和人为误差等因素，并采取相应的校正方法。同时，还需要进行定期的校准和维护，以保证测试系统的长期稳定性和精度。