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JJF1311-2011《固結儀校準規范》的幾點探討

發布時間:2020-07-01 作者:趙偉明 馮海盈 來源: 瀏覽:6952
JJF1311-2011《固結儀校準規范》已于2011年12月14日起正式實施。該規范實施一段時間后,筆者發現了一些問題,在此提出,與廣大計量專家交流。
一、杠桿式固結儀輸出力值校準點的選取
杠桿式固結儀的工作原理是用砝碼通過杠桿對土壤試樣施加軸向壓力,來測定土壤試樣的軸向變形與壓力的關系和變形與時間的關系,每級壓力施加的準確與否直接影響著土壤試樣的測定結果。JJF1311-2011之6.4.1中規定“取杠桿式固結儀最大輸出力值約2.5%、50%、100%3個校準點,施加相應的砝碼,每個校準點進行3次,3次讀數的算術平均值作為該點的輸出力值”。
固結儀的砝碼重力通過杠桿放大后,施加每級壓力的示值大小取決于砝碼累加的重力。由表1可知,輸出力值在砝碼累加的過程中每級可能存在較大誤差,但累加的輸出力值符合要求,所以校準點的選取如果按照JJF1311-2011之規定只選取3個點,就無法保證剩余未校準各級壓力的準確性,從而導致計量人員的誤判。只有對每級的輸出軸向力值全部進行校準,才能確認固結儀的輸出力值計量特性是否符合JJF1311-2011之4.4.1的規定。
    

表1  相關數據

如果采用JJF1311-2011之6.4.1規定的校準方法,即選擇3點校準,則有必要對固結儀每個砝碼的質量進行檢定確認。在3個點校準合格和每個砝碼的質量允差合格的兩種條件下才能得到并確認固結儀的壓力計量特性,在GB/T4935.1-2008《土工試驗儀器固結儀第1部分單杠桿固結儀》之5.5中對砝碼的要求為:“砝碼質量的相對誤差應不超過±0.2%”,目的也是為了保證每級壓力的準確性。
    
二、氣壓式固結儀零點平衡力的校準


氣壓式固結儀的零點平衡是指固結儀在程序自動控制下以一定壓力托起容器及試樣,但試樣并未受壓變形的步驟,零點平衡力關系到其檢測的試樣最終受到的壓力是否真實。規范和相應的國家標準中,對于氣壓式固結儀的零點平衡力都沒有給出校準的方法和相應的技術指標,但筆者認為零點的校準是否定量規定確實值得商榷。氣壓式固結儀一般由多個氣缸組成,且各個氣缸之間是相互連通的,所以氣缸受到的壓力也是一致的。但由于各個氣缸之間存在個體差異(包括氣缸活塞的幾何尺寸,氣缸的摩擦力等),且是通過一個壓力傳感器采集數據,造成各個氣缸的零點平衡力輸出示值大小不一致,從而造成幾種狀態影響到試樣測量結果的準確性,如表2所示。


表2  平衡力對測量結果的影響

零點平衡力的校準采用手動控制方法,測量出每臺固結儀的零點平衡力的大小,再綜合分析所有數據,對零點平衡力作出評價。        
三、氣壓式固結儀輸出力值的控制誤差
GB/T4935.2-2009《土工試驗儀器固結儀第2部分:氣壓式固結儀》之5.7.3中對固結儀氣壓控制器的要求為:“應能接受外部控制指令進行相應的動作并能根據需要向外傳送當前壓力及儀器工作狀態等參數”。由于固結儀的控制方式為全自動,并自動記錄數據,這就對固結儀輸出力值的控制誤差提出了一定的要求。
氣壓式固結儀試驗的原理是在規定的時間逐級施加固定的軸向壓力,并測量每級壓力下試樣產生的壓縮變形量,以供計算土壤的各個參數。在全自動控制模式下,固結儀的軸向壓力很難正好達到程序指定的壓力位置,或大或小,此時需根據壓力的反饋通過計算逐漸調節到所要求的壓力,試樣受到的壓力大于預定壓力時,由于試樣為非彈性體,變形不具有可逆性,在壓力逐漸調節到預定壓力時,變形量并未產生反方向的變化,此時計算機程序自動記錄的壓力和變形的關系就不是真正的預定壓力和變形之間的關系。在這個過程中,氣壓控制器就未能正確根據需要向外傳送當前的壓力,所以有必要對固結儀輸出力值的控制誤差進行校準,以得到檢測試樣正確的壓力和變形之間的關系。
輸出力值的控制誤差校準方法:把標準測力儀放入加壓框架下,對正接觸后,進行平衡自重,按照程序預定校準點的壓力負荷,自動依次加相應的壓力,讀取測力儀每級校準點的輸出力值的峰值。重復此過程,每個校準點進行3次,3次讀數偏離預設值最大的示值作為該點的程序控制輸出力值。固結儀輸出力值控制誤差的計算公式為
式中:Fi——在第i校準點上,標準測力儀3次讀數偏離預設值最大的示值;F——固結儀的預定輸出力值。



四、小結
在對固結儀校準時,只有綜合分析實際情況下測量數據的影響量,才能得到固結儀的真實測量數據。

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本文刊發于《中國計量》雜志2015年第11期

作者:河南省計量科學研究院 趙偉明  馮海盈

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