自由膨脹率試驗儀校準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結果的測量模型，分析了各不確定度分量主要來源，結合測量實例具體數據，對其合成不確定度進行分析評定，對各不確定度分量進行計算并得出合成標準不確定度和擴展不確定度，最終可得出該項目的校準測量能力，為交通檢測部門檢測松散土的特征提供有力的技術支撐。

【關鍵詞】自由膨脹率試驗儀;校準方法;測量;性能影響;不確定度評定

中圖分類號： TH871 文獻標識碼： 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，Fuzhou Fujian 350003，China;

2.Fujian Provincial Key Laboratory of Force Measurement，Fuzhou 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，以百分數表示，用于判定無結構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布行業標準JTG E40-2007《公路土工試驗規程》與中華人民共和國住房和城鄉建設部發布國家標準GB/T 50123-2019《土工試驗方法標準》中規定的試驗方法研制的。

1 自由膨脹率試驗儀的校準

在規定條件下，使用測量范圍為（0～200）mm電子數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，重復測量三次并記錄數據，各取三次測量值的平均值作為相應參數的測量結果。

2 自由膨脹率試驗儀的無頸漏斗上口徑測量結果不確定評定

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 標準不確定度分量的評定

2.2.1 輸入量■的標準不確定度u（■）的評定：其不確定度來源主要是測量重復性引入的不確定度，可以A類方法評定u1（■）;其測量標準器不確定度來源主要是電子數顯卡尺的準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，以電子數顯卡尺對其無頸漏斗上口徑連續進行10次測量，得到測量列為表1所示。

其所求的平均值： ■=■■L■=50.01mm

單次實驗標準偏差：s=■=0.005mm

實際測量中是在重復性條件下測量3次，取其平均值作為測量結果。

則u■（■）=■=0.003mm

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

2.3 合成標準不確定度的評定

2.3.1 靈敏系數：由L=■得

■c2=c1=1

2.3.2 標準不確定度匯總表，見表2

表2 標準不確定度分量一覽表

2.3.3 合成標準不確定度的計算：

u■（L）=u■（■）=■=■=0.017mm

2.4 擴展不確定度的評定：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果擴展不確定度為U=0.04mm。它是由合成標準不確定度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果的測量不確定度評估：其測量結果的不確定度評定參照上述方法進行評定，各校準點的標準不確定度分量評估如表3。

表3 測量不確定度匯總表

3 結語

為保證自由膨脹率試驗儀的準確性，通過校準等方法實現量值的溯源性，在交通檢測行業的質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行校準的校準方法和不確定度評定方法。

【參考文獻】

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

[2]中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB/T 50123-2019，《土工試驗方法標準》[S].北京：中國計劃出版社，2019.