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JJF1311-2011《固结仪校准规范》的几点探讨

发布时间:2020-07-01 作者:赵伟明 冯海盈 来源: 浏览:635
JJF1311-2011《固结仪校准规范》已于2011年12月14日起正式实施。该规范实施一段时间后,笔者发现了一些问题,在此提出,与广大计量专家交流。
一、杠杆式固结仪输出力值校准点的选取
杠杆式固结仪的工作原理是用砝码通过杠杆对土壤试样施加轴向压力,来测定土壤试样的轴向变形与压力的关系和变形与时间的关系,每级压力施加的准确与否直接影响着土壤试样的测定结果。JJF1311-2011之6.4.1中规定“取杠杆式固结仪最大输出力值约2.5%、50%、100%3个校准点,施加相应的砝码,每个校准点进行3次,3次读数的算术平均值作为该点的输出力值”。
固结仪的砝码重力通过杠杆放大后,施加每级压力的示值大小取决于砝码累加的重力。由表1可知,输出力值在砝码累加的过程中每级可能存在较大误差,但累加的输出力值符合要求,所以校准点的选取如果按照JJF1311-2011之规定只选取3个点,就无法保证剩余未校准各级压力的准确性,从而导致计量人员的误判。只有对每级的输出轴向力值全部进行校准,才能确认固结仪的输出力值计量特性是否符合JJF1311-2011之4.4.1的规定。
    

表1  相关数据

如果采用JJF1311-2011之6.4.1规定的校准方法,即选择3点校准,则有必要对固结仪每个砝码的质量进行检定确认。在3个点校准合格和每个砝码的质量允差合格的两种条件下才能得到并确认固结仪的压力计量特性,在GB/T4935.1-2008《土工试验仪器固结仪第1部分单杠杆固结仪》之5.5中对砝码的要求为:“砝码质量的相对误差应不超过±0.2%”,目的也是为了保证每级压力的准确性。
    
二、气压式固结仪零点平衡力的校准


气压式固结仪的零点平衡是指固结仪在程序自动控制下以一定压力托起容器及试样,但试样并未受压变形的步骤,零点平衡力关系到其检测的试样最终受到的压力是否真实。规范和相应的国家标准中,对于气压式固结仪的零点平衡力都没有给出校准的方法和相应的技术指标,但笔者认为零点的校准是否定量规定确实值得商榷。气压式固结仪一般由多个气缸组成,且各个气缸之间是相互连通的,所以气缸受到的压力也是一致的。但由于各个气缸之间存在个体差异(包括气缸活塞的几何尺寸,气缸的摩擦力等),且是通过一个压力传感器采集数据,造成各个气缸的零点平衡力输出示值大小不一致,从而造成几种状态影响到试样测量结果的准确性,如表2所示。


表2  平衡力对测量结果的影响

零点平衡力的校准采用手动控制方法,测量出每台固结仪的零点平衡力的大小,再综合分析所有数据,对零点平衡力作出评价。        
三、气压式固结仪输出力值的控制误差
GB/T4935.2-2009《土工试验仪器固结仪第2部分:气压式固结仪》之5.7.3中对固结仪气压控制器的要求为:“应能接受外部控制指令进行相应的动作并能根据需要向外传送当前压力及仪器工作状态等参数”。由于固结仪的控制方式为全自动,并自动记录数据,这就对固结仪输出力值的控制误差提出了一定的要求。
气压式固结仪试验的原理是在规定的时间逐级施加固定的轴向压力,并测量每级压力下试样产生的压缩变形量,以供计算土壤的各个参数。在全自动控制模式下,固结仪的轴向压力很难正好达到程序指定的压力位置,或大或小,此时需根据压力的反馈通过计算逐渐调节到所要求的压力,试样受到的压力大于预定压力时,由于试样为非弹性体,变形不具有可逆性,在压力逐渐调节到预定压力时,变形量并未产生反方向的变化,此时计算机程序自动记录的压力和变形的关系就不是真正的预定压力和变形之间的关系。在这个过程中,气压控制器就未能正确根据需要向外传送当前的压力,所以有必要对固结仪输出力值的控制误差进行校准,以得到检测试样正确的压力和变形之间的关系。
输出力值的控制误差校准方法:把标准测力仪放入加压框架下,对正接触后,进行平衡自重,按照程序预定校准点的压力负荷,自动依次加相应的压力,读取测力仪每级校准点的输出力值的峰值。重复此过程,每个校准点进行3次,3次读数偏离预设值最大的示值作为该点的程序控制输出力值。固结仪输出力值控制误差的计算公式为
式中:Fi——在第i校准点上,标准测力仪3次读数偏离预设值最大的示值;F——固结仪的预定输出力值。



四、小结
在对固结仪校准时,只有综合分析实际情况下测量数据的影响量,才能得到固结仪的真实测量数据。

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本文刊发于《中国计量》杂志2015年第11期

作者:河南省计量科学研究院 赵伟明  冯海盈

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