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JJF1311-2011《固結(jié)儀校準(zhǔn)規(guī)范》的幾點(diǎn)探討

發(fā)布時(shí)間：2020-07-01 作者：趙偉明馮海盈來源：瀏覽：6188

JJF1311-2011《固結(jié)儀校準(zhǔn)規(guī)范》已于2011年12月14日起正式實(shí)施。該規(guī)范實(shí)施一段時(shí)間后，筆者發(fā)現(xiàn)了一些問題，在此提出，與廣大計(jì)量專家交流。

一、杠桿式固結(jié)儀輸出力值校準(zhǔn)點(diǎn)的選取

杠桿式固結(jié)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(guān)系和變形與時(shí)間的關(guān)系，每級壓力施加的準(zhǔn)確與否直接影響著土壤試樣的測定結(jié)果。JJF1311-2011之6.4.1中規(guī)定“取杠桿式固結(jié)儀最大輸出力值約2.5%、50%、100%3個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)，施加相應(yīng)的砝碼，每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行3次，3次讀數(shù)的算術(shù)平均值作為該點(diǎn)的輸出力值”。

固結(jié)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(zhǔn)點(diǎn)的選取如果按照J(rèn)JF1311-2011之規(guī)定只選取3個(gè)點(diǎn)，就無法保證剩余未校準(zhǔn)各級壓力的準(zhǔn)確性，從而導(dǎo)致計(jì)量人員的誤判。只有對每級的輸出軸向力值全部進(jìn)行校準(zhǔn)，才能確認(rèn)固結(jié)儀的輸出力值計(jì)量特性是否符合JJF1311-2011之4.4.1的規(guī)定。

表1 相關(guān)數(shù)據(jù)

如果采用JJF1311-2011之6.4.1規(guī)定的校準(zhǔn)方法，即選擇3點(diǎn)校準(zhǔn)，則有必要對固結(jié)儀每個(gè)砝碼的質(zhì)量進(jìn)行檢定確認(rèn)。在3個(gè)點(diǎn)校準(zhǔn)合格和每個(gè)砝碼的質(zhì)量允差合格的兩種條件下才能得到并確認(rèn)固結(jié)儀的壓力計(jì)量特性，在GB/T4935.1-2008《土工試驗(yàn)儀器固結(jié)儀第1部分單杠桿固結(jié)儀》之5.5中對砝碼的要求為:“砝碼質(zhì)量的相對誤差應(yīng)不超過±0.2%”，目的也是為了保證每級壓力的準(zhǔn)確性。

二、氣壓式固結(jié)儀零點(diǎn)平衡力的校準(zhǔn)

氣壓式固結(jié)儀的零點(diǎn)平衡是指固結(jié)儀在程序自動(dòng)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(diǎn)平衡力關(guān)系到其檢測的試樣最終受到的壓力是否真實(shí)。規(guī)范和相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)中，對于氣壓式固結(jié)儀的零點(diǎn)平衡力都沒有給出校準(zhǔn)的方法和相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)，但筆者認(rèn)為零點(diǎn)的校準(zhǔn)是否定量規(guī)定確實(shí)值得商榷。氣壓式固結(jié)儀一般由多個(gè)氣缸組成，且各個(gè)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(gè)氣缸之間存在個(gè)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(gè)壓力傳感器采集數(shù)據(jù)，造成各個(gè)氣缸的零點(diǎn)平衡力輸出示值大小不一致，從而造成幾種狀態(tài)影響到試樣測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，如表2所示。

表2 平衡力對測量結(jié)果的影響

零點(diǎn)平衡力的校準(zhǔn)采用手動(dòng)控制方法，測量出每臺固結(jié)儀的零點(diǎn)平衡力的大小，再綜合分析所有數(shù)據(jù)，對零點(diǎn)平衡力作出評價(jià)。

三、氣壓式固結(jié)儀輸出力值的控制誤差

GB/T4935.2-2009《土工試驗(yàn)儀器固結(jié)儀第2部分:氣壓式固結(jié)儀》之5.7.3中對固結(jié)儀氣壓控制器的要求為:“應(yīng)能接受外部控制指令進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作并能根據(jù)需要向外傳送當(dāng)前壓力及儀器工作狀態(tài)等參數(shù)”。由于固結(jié)儀的控制方式為全自動(dòng)，并自動(dòng)記錄數(shù)據(jù)，這就對固結(jié)儀輸出力值的控制誤差提出了一定的要求。

氣壓式固結(jié)儀試驗(yàn)的原理是在規(guī)定的時(shí)間逐級施加固定的軸向壓力，并測量每級壓力下試樣產(chǎn)生的壓縮變形量，以供計(jì)算土壤的各個(gè)參數(shù)。在全自動(dòng)控制模式下，固結(jié)儀的軸向壓力很難正好達(dá)到程序指定的壓力位置，或大或小，此時(shí)需根據(jù)壓力的反饋通過計(jì)算逐漸調(diào)節(jié)到所要求的壓力，試樣受到的壓力大于預(yù)定壓力時(shí)，由于試樣為非彈性體，變形不具有可逆性，在壓力逐漸調(diào)節(jié)到預(yù)定壓力時(shí)，變形量并未產(chǎn)生反方向的變化，此時(shí)計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)記錄的壓力和變形的關(guān)系就不是真正的預(yù)定壓力和變形之間的關(guān)系。在這個(gè)過程中，氣壓控制器就未能正確根據(jù)需要向外傳送當(dāng)前的壓力，所以有必要對固結(jié)儀輸出力值的控制誤差進(jìn)行校準(zhǔn)，以得到檢測試樣正確的壓力和變形之間的關(guān)系。

輸出力值的控制誤差校準(zhǔn)方法:把標(biāo)準(zhǔn)測力儀放入加壓框架下，對正接觸后，進(jìn)行平衡自重，按照程序預(yù)定校準(zhǔn)點(diǎn)的壓力負(fù)荷，自動(dòng)依次加相應(yīng)的壓力，讀取測力儀每級校準(zhǔn)點(diǎn)的輸出力值的峰值。重復(fù)此過程，每個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行3次，3次讀數(shù)偏離預(yù)設(shè)值最大的示值作為該點(diǎn)的程序控制輸出力值。固結(jié)儀輸出力值控制誤差的計(jì)算公式為