自由膨胀率试验仪校准方法探讨及其分析与研究

王蓁丽　郭贵勇

【摘 要】介绍了自由膨胀率试验仪的工作原理和用途，建立了自由膨胀率试验仪校准结果的测量模型，分析了各不确定度分量主要来源，结合测量实例具体数据，对其合成不确定度进行分析评定，对各不确定度分量进行计算并得出合成标准不确定度和扩展不确定度，最终可得出该项目的校准测量能力，为交通检测部门检测松散土的特征提供有力的技术支撑。

【关键词】自由膨胀率试验仪;校准方法;测量;性能影响;不确定度评定

中图分类号： TH871 文献标识码： A 文章编号： 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

自由膨胀率试验仪主要由无颈漏斗、量土杯、搅拌器等部件组成，其工作原理是测定松散的烘干土粘在水中和空气中分别自由堆积的体积之差与在空气中自由堆积的体积比，以百分数表示，用于判定无结构的松散土粘在水中的膨胀特性，是按照中华人民共和国交通部发布行业标准JTG E40-2007《公路土工试验规程》与中华人民共和国住房和城乡建设部发布国家标准GB/T 50123-2019《土工试验方法标准》中规定的试验方法研制的。

1 自由膨胀率试验仪的校准

在规定条件下，使用测量范围为（0～200）mm电子数显卡尺分别测量自由膨胀率试验仪的无颈漏斗、量土杯、搅拌器尺寸，重复测量三次并记录数据，各取三次测量值的平均值作为相应参数的测量结果。

2 自由膨胀率试验仪的无颈漏斗上口径测量结果不确定评定

2.1 测量模型L=■

式中：L——自由膨胀率试验仪的无颈漏斗上口径实际值，mm

■——自由膨胀率试验仪的无颈漏斗上口径三次测量值的平均值，mm

2.2 标准不确定度分量的评定

2.2.1 输入量■的标准不确定度u（■）的评定：其不确定度来源主要是测量重复性引入的不确定度，可以A类方法评定u1（■）;其测量标准器不确定度来源主要是电子数显卡尺的准确度引入的不确定度，可以B类方法评定u2（■）。

1）选取一台自由膨胀率试验仪，以电子数显卡尺对其无颈漏斗上口径连续进行10次测量，得到测量列为表1所示。

其所求的平均值： ■=■■L■=50.01mm

单次实验标准偏差：s=■=0.005mm

实际测量中是在重复性条件下测量3次，取其平均值作为测量结果。

则u■（■）=■=0.003mm

2）电子数显卡尺的最大允许误差为±0.03mm，估计为均匀分布，其引入的标准不确定度为：u■（■）=■=■mm=0.017mm

2.3 合成标准不确定度的评定

2.3.1 灵敏系数：由L=■得

■c2=c1=1

2.3.2 标准不确定度汇总表，见表2

表2 标准不确定度分量一览表

2.3.3 合成标准不确定度的计算：

u■（L）=u■（■）=■=■=0.017mm

2.4 扩展不确定度的评定：取包含因子k=2，则U=k·u■（L）=0.04mm

2.5 扩展不确定度的报告与表示

自由膨胀率试验仪的无颈漏斗上口径测量结果扩展不确定度为U=0.04mm。它是由合成标准不确定度u■（L）=0.017mm和包含因子k=2之乘积得到。

2.6 对自由膨胀率试验仪的无颈漏斗下口直径、量土杯与搅拌器尺寸测量结果的测量不确定度评估：其测量结果的不確定度评定参照上述方法进行评定，各校准点的标准不确定度分量评估如表3。

表3 测量不确定度汇总表

3 结语

为保证自由膨胀率试验仪的准确性，通过校准等方法实现量值的溯源性，在交通检测行业的质量控制中起到重要作用;本文介绍我院对自由膨胀率试验仪进行校准的校准方法和不确定度评定方法。

【参考文献】

[1]中华人民共和国交通部.JTG E40-2007，《公路土工试验规程》[S].北京：人民交通出版社，2007.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.GB/T 50123-2019，《土工试验方法标准》[S].北京：中国计划出版社，2019.