JJF1311-2011《固結儀校準規範(fàn)》已於2011年12月14日起正式實施。該規範實(shí)施一段時(shí)間後,筆者發現了一些問題,在此(cǐ)提出,與廣大計量專家交(jiāo)流。
一(yī)、杠(gàng)杆式固結儀輸(shū)出力值校準點的選(xuǎn)取
杠杆式固結儀的工作原(yuán)理是用(yòng)砝碼通過杠杆對土壤(rǎng)試樣施加軸向壓力,來測定土壤試樣的軸(zhóu)向變形與壓力的關係和變形與時間的關係,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“取杠杆式固結儀最大輸(shū)出力(lì)值約2.5%、50%、100%3個校準點,施加相應的砝碼,每(měi)個校準點進行3次,3次讀數的算術平均值作(zuò)為該點的輸出力值”。
固結儀的砝碼重力通過杠杆放大後,施加(jiā)每級壓力的示值大小取決於砝碼累加的重力。由表1可知,輸出力值(zhí)在砝碼累加的過程中每級(jí)可能存在較大誤差,但累加的輸出力值符(fú)合要求(qiú),所以校準點的選取如果按照JJF1311-2011之規定隻選(xuǎn)取3個點,就無法保證剩餘未校準(zhǔn)各級(jí)壓力的準確性,從而導致計量人員的誤判。隻有對每級的輸出軸向力值全部進行校準,才能確認固結儀(yí)的輸出力值計量特性是否(fǒu)符合JJF1311-2011之(zhī)4.4.1的規定。
表1 相(xiàng)關數據(jù)
如(rú)果采用JJF1311-2011之6.4.1規定的校(xiào)準方法,即選擇3點校準,則(zé)有必要對固結儀每個砝碼的質量(liàng)進行(háng)檢定確認。在3個(gè)點校準合格(gé)和每個砝碼(mǎ)的質量允差合格(gé)的兩(liǎng)種條件(jiàn)下才能(néng)得到並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(fèn)單杠杆固結儀》之(zhī)5.5中對砝碼的要求為:“砝碼質(zhì)量(liàng)的相對(duì)誤差應不超過±0.2%”,目的也是為了保證每(měi)級壓力的準確性。
二、氣(qì)壓式固結儀零點平衡力的校準
氣壓式固結儀的零(líng)點平衡是指固結(jié)儀在程序自動控製(zhì)下以一定壓力(lì)托起容(róng)器及試樣,但試樣並未受壓變形的步驟,零點平衡力關係到(dào)其(qí)檢測的試樣最終(zhōng)受到的壓力是否真實。規範和相應的國家標準中,對於氣壓式固結儀的零點平衡力都沒有給出校準的(de)方法和相應的技術指標,但筆者認為零點的(de)校準是否定量規定確實值得商榷(què)。氣壓式固結儀一般由多(duō)個氣缸組成,且(qiě)各個氣缸之間是相互連通的,所(suǒ)以氣缸受到的壓力也是(shì)一致(zhì)的。但由於(yú)各個氣缸之間存在個體差異(yì)(包括氣缸活塞的幾何尺寸,氣(qì)缸的摩擦力等),且是通過一個(gè)壓力傳感器采集數據,造成各個氣缸的零點平(píng)衡力輸出示值(zhí)大小不一致,從而造成(chéng)幾種狀(zhuàng)態影響到試樣測量結果的準確性,如表(biǎo)2所示。
表2 平衡(héng)力對測量結果的影響
零點平衡力的校準采用手動控製方法,測量出每台固結儀的零點平衡(héng)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(qì)壓式固結儀輸出力值的控製(zhì)誤差
GB/T4935.2-2009《土工試驗儀器固結儀第2部分:氣壓式固結(jié)儀》之5.7.3中(zhōng)對固結(jié)儀氣壓控製器的要求為:“應能接受外部(bù)控(kòng)製(zhì)指令進行(háng)相應的動作並(bìng)能根據需要向外傳送當前壓力及儀器工作狀(zhuàng)態等參數”。由(yóu)於固(gù)結儀的控製方式為全自(zì)動(dòng),並自動記錄(lù)數據,這就對固結儀輸出力值的控製誤差提出了一定的要(yào)求。
氣(qì)壓式固結儀試驗的原理是在規定的(de)時(shí)間逐級施加固定的軸向壓力,並測量(liàng)每級壓力(lì)下試樣產生的壓縮(suō)變形量,以供計算土壤的各個參(cān)數。在全自動控製模式下,固結儀的軸向壓力很難正好達到程序指定的(de)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(dào)所要(yào)求的(de)壓力,試樣受到的壓力(lì)大(dà)於(yú)預定壓力時,由於試樣為(wéi)非彈性體,變形不具有可逆性,在壓力逐漸調節到預定(dìng)壓力時,變形量並未產生反方向的變化,此時計算機程序自動記錄的壓(yā)力和變形的關係就不是真正的預定壓力和變形之間(jiān)的關係。在這個(gè)過程(chéng)中,氣壓控製器就未能正確根據需要向(xiàng)外傳送當前的壓力,所以有必要對固結儀輸出力(lì)值的控製誤差進行校準,以得到檢測試樣正(zhèng)確的壓力(lì)和變形之間的關係。
輸出力值的(de)控製誤差校準(zhǔn)方法:把(bǎ)標準測力儀放入加壓框架下,對正接觸(chù)後,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(zhí)。重(chóng)複此過程,每個(gè)校(xiào)準點進行(háng)3次,3次讀數偏離預設值最(zuì)大的示(shì)值作為該點(diǎn)的(de)程序(xù)控製(zhì)輸出(chū)力值(zhí)。固(gù)結儀輸出力(lì)值控製誤差的計算公式為
式中:Fi——在第i校準點上,標準測力儀3次讀數偏離預(yù)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(zhǔn)時(shí),隻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(wén)刊發於《中國計量》雜誌2015年第11期
作者:河南省計量科學研究院 趙偉明 馮海盈