自由膨脹率試驗儀校準(zhǔn)方法探討及其分析與研究

王蓁麗　郭貴勇

【摘 要】介紹了自由膨脹率試驗儀的工作原理和用途，建立了自由膨脹率試驗儀校準(zhǔn)結(jié)果的測量模型，分析了各不確定度分量主要來源，結(jié)合測量實(shí)例具體數(shù)據(jù)，對其合成不確定度進(jìn)行分析評定，對各不確定度分量進(jìn)行計算并得出合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度，最終可得出該項目的校準(zhǔn)測量能力，為交通檢測部門檢測松散土的特征提供有力的技術(shù)支撐。

【關(guān)鍵詞】自由膨脹率試驗儀;校準(zhǔn)方法;測量;性能影響;不確定度評定

中圖分類號： TH871 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）35-0134-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.35.062

The Analysis and Research on Performance Impact and Calibration Method for Free Swelling Testers

WANG Zhen-li1，2 GUO Gui-yong1，2

（1.Fujian Metrology Institute，F(xiàn)uzhou Fujian 350003，China;

2.Fujian Provincial Key Laboratory of Force Measurement，F(xiàn)uzhou Fujian 350003，China）

【Abstract】This paper introduces the working principle and application of free swelling testers，establishes the measurement model of the calibration results of free swelling testers，analyzes the main sources of each uncertainty component，analyzes and evaluates the synthetic uncertainty combined with the concrete data of the measurement example， calculates each uncertainty component，obtains the composite standard uncertainty and extended uncertainty.Finally，the calibration and measurement ability of the project can be obtained.Overall，this paper can provide strong technical support for traffic detection department testing loose soil features.

【Key words】Free swelling testers;Calibration method;Measurement;Performance impact;Evaluation of uncertainty

0 引言

自由膨脹率試驗儀主要由無頸漏斗、量土杯、攪拌器等部件組成，其工作原理是測定松散的烘干土粘在水中和空氣中分別自由堆積的體積之差與在空氣中自由堆積的體積比，以百分?jǐn)?shù)表示，用于判定無結(jié)構(gòu)的松散土粘在水中的膨脹特性，是按照中華人民共和國交通部發(fā)布行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTG E40-2007《公路土工試驗規(guī)程》與中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50123-2019《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的試驗方法研制的。

1 自由膨脹率試驗儀的校準(zhǔn)

在規(guī)定條件下，使用測量范圍為（0～200）mm電子數(shù)顯卡尺分別測量自由膨脹率試驗儀的無頸漏斗、量土杯、攪拌器尺寸，重復(fù)測量三次并記錄數(shù)據(jù)，各取三次測量值的平均值作為相應(yīng)參數(shù)的測量結(jié)果。

2 自由膨脹率試驗儀的無頸漏斗上口徑測量結(jié)果不確定評定

2.1 測量模型L=■

式中：L——自由膨脹率試驗儀的無頸漏斗上口徑實(shí)際值，mm

■——自由膨脹率試驗儀的無頸漏斗上口徑三次測量值的平均值，mm

2.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量的評定

2.2.1 輸入量■的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u（■）的評定：其不確定度來源主要是測量重復(fù)性引入的不確定度，可以A類方法評定u1（■）;其測量標(biāo)準(zhǔn)器不確定度來源主要是電子數(shù)顯卡尺的準(zhǔn)確度引入的不確定度，可以B類方法評定u2（■）。

1）選取一臺自由膨脹率試驗儀，以電子數(shù)顯卡尺對其無頸漏斗上口徑連續(xù)進(jìn)行10次測量，得到測量列為表1所示。

其所求的平均值： ■=■■L■=50.01mm

單次實(shí)驗標(biāo)準(zhǔn)偏差：s=■=0.005mm

實(shí)際測量中是在重復(fù)性條件下測量3次，取其平均值作為測量結(jié)果。

則u■（■）=■=0.003mm

2）電子數(shù)顯卡尺的最大允許誤差為±0.03mm，估計為均勻分布，其引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：u■（■）=■=■mm=0.017mm

2.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定

2.3.1 靈敏系數(shù)：由L=■得

■c2=c1=1

2.3.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表，見表2

表2 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量一覽表

2.3.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計算：

u■（L）=u■（■）=■=■=0.017mm

2.4 擴(kuò)展不確定度的評定：取包含因子k=2，則U=k·u■（L）=0.04mm

2.5 擴(kuò)展不確定度的報告與表示

自由膨脹率試驗儀的無頸漏斗上口徑測量結(jié)果擴(kuò)展不確定度為U=0.04mm。它是由合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度u■（L）=0.017mm和包含因子k=2之乘積得到。

2.6 對自由膨脹率試驗儀的無頸漏斗下口直徑、量土杯與攪拌器尺寸測量結(jié)果的測量不確定度評估：其測量結(jié)果的不確定度評定參照上述方法進(jìn)行評定，各校準(zhǔn)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量評估如表3。

表3 測量不確定度匯總表

3 結(jié)語

為保證自由膨脹率試驗儀的準(zhǔn)確性，通過校準(zhǔn)等方法實(shí)現(xiàn)量值的溯源性，在交通檢測行業(yè)的質(zhì)量控制中起到重要作用;本文介紹我院對自由膨脹率試驗儀進(jìn)行校準(zhǔn)的校準(zhǔn)方法和不確定度評定方法。

【參考文獻(xiàn)】

[1]中華人民共和國交通部.JTG E40-2007，《公路土工試驗規(guī)程》[S].北京：人民交通出版社，2007.

[2]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB/T 50123-2019，《土工試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》[S].北京：中國計劃出版社，2019.