沥青针入度仪的检测和分析
　　摘 要:主要是对全电脑自动沥青针入度仪进行常规的检测,并对其可能发生的故障提出具体详实的方案.笔者在考量了几款典型的沥青针入度仪以后,以SYD-2806E型电脑自动沥青针入度仪为例来进行介绍,以供借鉴.
　　关键词:SYD-2806E型全自动沥青针入度仪;标定;分析
　　Bitumen penetrometer detection and analysis
　　Tan Cheng Wang Mengqi
　　Hunan Province measurement detection research institute, Hunan 410007
　　Abstract: mainly for computer automatic asphalt penetration instrument for routine detection, and the possible failure put forward the detailed scheme. The consideration of several typical asphalt penetration instrument, with SYD-2806E computer automatic asphalt penetration instrument as an example to introduce, for reference.
　　Key words: type SYD-2806E automatic penetration instrument; calibration; analysis
　　目前,在世界范围内具有代表性的道路沥青的评价体系有三种,即针入度分级体系,粘度分级和PG分级体系.道路沥青的针入度分级体系是根据沥青针入度的大小确定沥青所适应的气候条件和载荷条件.针入度分级体系的主题是人们所熟悉的拉(延度)、扎(针入度)、落(软化点)、辅以沥青的安全性指标闪点,沥青的纯度指标溶解度、沥青的抗老化性能指标薄膜烘箱试验和对生产沥青所用原油的约束指标蜡含量等,构成了沥青针入度分级体系.在针入度分级体系中,沥青的高温性能是通过沥青的软化点表征的,在同样的针入度下、软化点越高,沥青的高温性能就越好.即使针入度分级体系中许多指标是经验性和条件性的,但由于方法和所使用的一起相对简单,易于普及,在一定程度上可以满足对沥青质量控制的要求,目前美国、欧盟、澳大利亚、日本等国家的现行标准仍然保留针入度分级体系.我国的道路沥青分级体系是在以上针入度分级体系的基础上根据我国的具体情况制定的,基本能够满足对沥青质量的控制,特别是15℃的延度大于100和蜡含量小于3%的技术指标,有效的实现了对生产沥青的原油的限制,保证了沥青的潜在品质.因此针入度的准确测定是保证准确的关键.要使针入度仪能够长期有效地进行测定,对其日常的校验必不可少.下文主要结合笔者多年的仪器标定工作经验,介绍了沥青针入度仪的常规标定方法,分析了该仪器使用过程中常见故障问题的成因,找出了排除故障的常见方法.
　　一、 关于电脑全自动沥青针入度仪的概述
　　沥青针入度仪是一种采用先进的数字式位移传感器,结合微电脑技术研制的测量沥青针入度测量仪器,仪器满足GB4509-84《石油沥青针入度的测量法》,ASMD5-83/IP49-79《沥青针入度的测量法》和T060-93《沥青针入度试验》.仪器因为使用简单、方便、低温漂,故适用环境范围大,实现了试验过程自动化、数字化、电脑化、为我国公路、市政、建筑、石油等领域提供了一种精度高、稳定度好、性能可靠的电脑自动化沥青试验仪器.主要用于测定粘稠石油沥青,粘稠页岩沥青,及液体石油沥青,沥青材料经蒸馏或乳化后的残留物的针入度.
　　二、SYD-2806E型全自动沥青针入度仪工作原理及主要操作
　　SYD-2806E型全自动沥青针入度仪和普通的全自动沥青针入度仪基本一样,仪器由机座,立柱及针杆释放器,位移传感器,工作照明灯,温度传感器,恒温水浴盆(有的是沥青针入度循环水浴)等组成.其中机座上有工作作照明灯和温度传感器,机座内有控制电路,前面板上由时间数 ,温度数 ,针入深度数显窗口以及功能按键组成;后面板上由电源开关,照明灯开关,电源插座(带保险丝),加热器插座,位移传感器接口,打印机接口(选配),以及位移传感器校准孔等组成;针杆释放器安装在立柱上,可自动或人工控制针杆释放.释放器左侧有一升降旋钮,调节释放器上升下降,用于针入度的对针位移传感器装在释放器上.用于针入度值的读取;工作照明灯用于对针照明;温度传感器用于对水温的控制.其特征在于是由标准针释放控制显示装置、试样恒温装置、电脑数控装置三个部份组成,标准针释放控制显示装置为悬壁框架式,通过齿条、齿轮啮合方式,同定存主柱上,试样恒温装置位于标准针释放显示装置的正下方,电脑数控装置的上方.SYD-2806E型全自动沥青针入度仪的使用流程如下:整个设备放置在一个水平的平台上,调整承载表面相对水平,设备后面与墙壁之间的距离不应小于1 0 0mm,控制仪使用供电电压为AC22OV、5OHz,如使用的电源电压波动较大时(超过220V的±10%),应采用稳压设备,保证仪器的正常使用,供电电压不符合要求时,禁止使用操作设备,否则将会导致仪器的严重损坏.在安装时,将加热器、位移传感器、试验仪的供电电缆分别接入相应接口,并保证连接可靠.开启电源开关,使整个设备预热1 0分钟左右,将预先脱水的试样熔化后注入盛样皿内,其深度应超过预计针入度值1Omm,在15~30℃的室温中冷却1.5~2小时.将冷却后的盛样皿放入试样养护箱的水浴中进行养护,水温应控制在2 5℃ ,恒温时间1.5~2小时.(养护箱用户自备)在试样进行养护过程中,应将针入度仪恒温水浴盆中注入一定的水(水深保证水面比试样表面高出10mm)同时对其进行加热,设置温度为2 5℃ ,加热时间一般不低于3 0分钟,以保持水温的均匀.对针时按照明灯开关,保证对针准确.
　　三、仪器常规校验方法
　　沥青针入度仪应该在温度为2 0℃ ±4℃、湿度不超过8 5%RH的环境下来进行常规校验.常规校验项目包括外观检查、仪器水准器安装正确性、标准针(包括针体、针连杆和砝码)的总质量、针体的几何参数、针体圆锥及圆柱的表面粗糙度、针偏离中心值、时控器、温控器、测长装置等.沥青针入度仪的校验时间间隔可根据具体使用情况由用户确定,建议校验周期不超过一年.现介绍如下:
　　(1)外观及常规检查
　　可先通过目测和手感进行检查,随后再通过显微镜观察仪器外观,其结果应符合仪器外观的常规要求.仪器铭牌(包括有制造厂家、型号、出厂日期、仪器编号等)清晰、标注规范;仪器表面涂层均匀光滑,不得有划痕、斑点、剥落等明显缺陷:各部件齐全完好;标准针、时控及温控器等满足规定要求,并且有完整的使用说明书.
　　(2)仪器水准器安装校验
　　采用分度值为1mm/m,MPE=20%的水平尺放于工作台上,将工作台调平,通过查看圆形水泡的位置,应该在中心元刻线内,表明仪器水准器安装正常.
　　(3)标准针(包括针体、针连杆和砝码)的总质量校验从针入度仪上卸下针体、针连杆和砝码,采用称量为300g、感量为0.01g的天平,连续三次测量标准针、针连杆及砝码的总质量,其中标准针质量为2.5±0.05g:针连杆质量47.5±0.05g;砝码质量为50±0.05g;标准针、针连杆及砝码总质量应该为100±0.5g.
　　(4)针体的几何参数校验
　　①采用游标卡尺在针体圆柱部分的头部、中部、尾部分别各测量三次,分别取平均值校验圆柱部分直径D,其结果必须满足1.OOmm≤D≤1.02mm.
　　② 将针体的锥部放在工具显微镜工作台上,调整焦距,使针体的锥部清晰显示,调整针体圆柱部分母线与工具显微镜横轴平行.用分划板米字线瞄准测出针尖顶部.测量圆锥小端直径d;平移工作台,瞄准椎体大端附近母线,测量直径.利用直径差与横向位移距离计算针体圆锥角 ,分别测试三次取其平均值,它们的结果必须满足0.14mm≤d≤0.16mm,8.40, ≤φ≤9.40, .
　　③将针体的圆柱部分放入V形铁的V型槽中,将V形铁置于工具显微镜的工作台上,调整焦距,使针体针尖清晰成像在分划板上,在V形槽中转动针体,横向(或纵向)测量针尖最大变化量的二分之一作为针体圆锥体和圆柱体的同轴度a,连续测试三次取其平均值,其结果满足a≤0.2mm .
　　④将针体沿纵向置于工具显微镜的工作台上,通过调节调焦机构使其清晰成像在分划板上,用分划板横丝与针体圆柱部分母线对准,记下角度示值.然后转动分划板,使横丝与针体的圆锥小端面影像对准,再记下角度示值,两次读数之差减去9 0作为针体的圆锥小端面与椎体周线垂直度b的校验结果,连续测试三次取其平均值,其结果满足b≤2.;
　　(5)针体圆锥及圆柱的表面粗糙度
　　通过表面粗糙度比较样板,将标准针与粗糙度样板进行对比,其结果满足下列要求:表面粗糙度的算术平均值应为0.2 u m~0.3 u m.
　　(6)针偏离中心值校验
　　把仪器放置平稳,调平仪器,并把标准针装入针连杆下端并紧固.在底座上放一玻璃片,再取两张白纸,中间夹一张复印纸,一起放在玻璃板上.然后将针连杆放下,使针尖与纸刚好接触,用手轻轻转动试杆一周,此时针头在纸上划出一个圆圈.通过测量圆圈的直径,其直径一半即为针偏离中心值,重复测量三次取平均值,其结果必须满足以下要求:针偏离中心最大允许值为2.0mm.
　　(7)温度控制器校验
　　将沥青针入度仪恒温水浴控温指示设定在5℃、l 5℃、25℃、30℃四个校验点,待水浴温度恒定之后,使用标准水银温度计,在水浴的四角与中间五个点测水温,分别读取各校准点的标准温度,取其平均值和温控器的读数,连续重复测量三次,每一次读数必须符合下列技术要求刻度范围0为~50 C,分度值为0.1℃ ,测量准确度达到±0.1℃ .如果是利用沥青针入度循环水浴控温的话,控温精度应达到±0.05℃.
　　(8)时控器校验
　　接通电源,选取5 s和6 0 s两个检定点,同时按下电子秒表和时控器开关.通过读取落针锁住时秒表数值,重复测量三次取平均值,其结果应符合下列技术要求:分度值≤0.1S,60s内的准确度达到±0.1S.
　　(9)测长装置校验
　　通过取5个不同长度的量块,最大量块长度不小于沥青针入度仪的最大量程的90%,最小量块长度不大于lOmm.取下标准针,将沥青针入度仪设置在工作状态下.依次将量块放于工作台上,使针连杆落下与量块接触,设最大量块仪器示值为A,分别读出仪器示值.计算其他仪器示值与A 之差,并将四个计算值减去相应量块的实际值之差,取四个差值中最大值为校验结果,其结果符合分度值≤0.1mm,最大允许误差为±0.1mm.
　　(1 0)其他项目校验
　　不同类型、规格型号的仪器.其校验项目略有不同.可根据具体仪器而定.如:刻度盘、重复性误差、绝缘电阻测定等,在此不详述.
　　四、 仪器常见故障的分析与排除
　　1.故障现象:开机后无显示,系统除显示外的其他部分工作正常.
　　原因分析:经检查,测量工作电源插头松脱;仪器面板仪器程序同步分离电路以及行、场同步输出电路均正常,但系统射频无输出.数控系统显示不正常,可以分为完全无显示与显示不正常两种情况.当系统电源、系统其他部分工作正常时,系统无显示的原因,存在大多数情况下是由于硬件故障引起的.而显示混乱或显示不正常,一般来说是系统的软件出错造成的.当然,根据不同的系统,在系统软件故障时,也不排除系统完全无显示的可能性.组成显示系统的硬件,主要包括电源回路、显示器、显示驱动回路、显示板、连接电缆等;以上部分的硬件损坏,将导致系统画面无显示.软件出错引起的显示不正常,主要包括系统存储器出错、R A M出错、软件版本出错等.根据上述分析,正确排除方法:电源插头插紧:仪器面板仪器程序进行调试后重装.
　　2.故障现象:仪器对于沥青温度的控制有错误或是已经不能进行温控.
　　原因分析:实验室温度对于P (温度偏差值)的影响;仪器的温度控制线没插好;温度传感器没有放入水槽中;温控指示灯熄灭;设定温度比实际温度低.据上述分析,正确排除方法:在针入度测定方法要求的环境温度范围内,实验室温度较低时,所得P,相对较大;实验室温度较高时,所得P,相对较小;接好控制插接线;温度传感器注意放入水槽中;设定温度要比实际温度高.
　　3.故障现象:针尖不能针入沥青表面.
　　原因分析:标定时,将位移传感器从仪器上旋出,传感器,砝码和针杆分离(从螺纹处拧下),针杆插入位移传感器.标定时以传感器上针杆上的刻线为准,针杆伸出的第一个刻线为零点,满点应用标准量块对位移传感器进行标定.若有误差可调整调零电位器和调满电位器,使针入值显示为0.0Omm 和5Omm.检查接线、插头没接插好.看设定指示灯处于打开状态.
　　排除方法:接线、插头接插好;设定指示灯熄灭.
　　4.故障现象:仪器的针指示错误.
　　原因分析:仪器发生这种情况的原因通常与系统软件、信号线的屏蔽等原因有关.在数控或是电子系统中,对传输电缆屏蔽线要求较严,如果没有按要求连接屏蔽线,容易造成这种失误的发生.所以这样的情况出现最大原因是试件不合格.排除方法:制作合格的沥青针入度试件.
　　五、 结论
　　仪器的正确使用与否,质量是否合格,状态是否良好,这将直接影响到试验检测数据的准确性.为了科学的使用仪器,作为每一个工程试验检测专业技术人员必须对试验检测所用的仪器设备进行定期的校验和维护,及时排除故障,保持仪器的良好状态,从而达到减少工程试验检测误差,提高测试精度的最终目的.
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