应变控制式三轴仪校准规范.docx

应变控制式三轴仪校准规范1范围本规范适用于测定土样在不同排水条件下的变形及强度相关参数的应变控制式三轴仪（简称三轴仪）的校准。2引用文献JJG875-2019数字压力计JJG455-2000工作测力仪检定规程JJG379-2009大量程百分表检定规程GB/T50279-2014岩土工程基本术语标准GB/T24107.1-2009土工试验仪器三轴仪凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本规范。3术语GB/T50279-2014和GB/T24107.1-2009中界定的以下术语和定义适用于本规范。3.1 应变控制式三轴仪straincontrolledtriaxialapparatus以控制恒应变速率作为加荷方式进行三轴压缩试验的仪器。3.2 周围压力ambientpressure施加在试样周围的流体压力3.3 轴向负荷axialload施加在试样轴线方向上的负荷3.4 反压力backpressure施加在试样内部以提高试样饱和度的水压力。4概述三轴仪的工作原理是试样置于应变控制式三轴仪的压力室内，施加周围压力,在某一恒定围压下，通过机械传动施加轴向压力使试样破坏，根据摩尔-库化理论求得抗剪强度参数。5计量特性5.1测量范围压力测量范围：（0-6000）kPa,允许误差：±L0%FS.测力仪测量范围：（0-300）kN,允许误差：±1.0+FS0轴向位移：（050）mm,允许误差：±0.05mm。6校准条件1.1 环境条件温度：（20±5）；湿度：75%RHo其他条件：校准时无影响校准结果的干扰源。1.2 校准标准及其设备6. 2.1测力仪标准器力标准器的最大允许误差绝对值不大于被校三轴仪测力示值最大允许误差绝对值的1/3。7. 2.2压力标准器压力标准器最大允许误差绝对值不大于三轴仪压力示值最大允许误差绝对值的1/3。可供选择的标准器有：D0.05级及以上数字压力计（年稳定性合格）；2）其他符合要求的标准器。6.2.3量块：测量范围0.5mm10nun,4等级以上。6. 2.4其他设备和辅助设备D三通及连接管。校准所用标准器应经过计量技术机构检定或者校准，且在有效期内。7校准项目和校准方法7.1外观三轴仪铭牌标识清楚，其内容应包括仪器名称、型号规格、生产厂家、出厂编号和出厂日期。数显部分笔画清楚，无缺笔画现象，设定功能正常。7. 2压力室将压力室充满水直到水溢出排气孔。观察压力室无气泡时，拧紧排气孔和各压力阀，打开周围压力阀，对其施加标称压力并保持压力稳定，检查压力室的工作情况，不漏水，不减压即可。7. 3力值示值误差1）测力仪的安装应保证其受力轴线与力标准器的加力轴线相重合。2）将示值指示装置调至零点，预加额定负荷至测力计满量程，卸载至O负荷，循环3次，每次卸荷与加荷之间等待30s。3）在各测量范围内，测力仪至少校准5个点，各点大致均匀分布，一般校准测量上限的20%、40%、60%、80%,100%等5个点。该校准过程连续进行3次，每次校准前均应将示值装置调至零点，取其平均值作为校准结果。进程示值：f=<,-0p（1）示值误差：S（%FS） =X4x100%4式中：£测力仪示值误差，单位为；FN测力仪上限值；¾在标准力F作用下测力仪第i点，第J次测量的进程示值;Xoj第j次测量时，进程与回程零负荷下的零点示值；Xi在标准力F作用下，测力仪第i点校准点的进程示值；Fi为校准第i点的标准力；7.4压力示值误差7.4.1采用压力标准器示值与三轴仪的测量系统示值直接比较的方法。1）按照图1示连接标准器与三轴仪。所选取的校准点均匀的分布在全量程范围内，校准时，按顺序逐点进行加压校准。2）当达到设定压力值时，停止加压，待压力稳定后，分别读取标准器示值和三轴仪围压及反压的压力示值。按照此要求重复进行两次升压测量，取两次测量结果的平均值作为压力示值的测量结果。图1三轴仪压力校准的标准装置与测量系统连接示意图（直接比较法）压力示值误差按式（3）计算：由=PLPO（3）式中：压力示值误差，kPa；Pi相应传感器的压力示值，kPa；PO标准器示值，kPaO7.5轴向位移示值误差1）将三轴仪的百分表固定在支架上并使得百分表位移计与检定仪测杆处于同一垂直线上。2）分别对检定仪及百分表进行清零。3）量程为50mm的百分表或位移传感器，分别选取10mm、20mm、30mm、40mm和50mm为检测点。在检测过程中，中途不可以改变测杆的移动方向或对百分表和标准器做任何调整。L=LrL1式中：L轴向位移测量的第i个示值误差，mm;1.i轴向位移测量的第i个示值，mm；1.、百分表的第i个示值；mm。8校准结果表达8.1 校准数据处理三轴仪校准记录（式样）见附录B。8.2 校准证书三轴仪校准结果出具校准证书,校准证书应包括的信息及校准证书校准结果内页（式样）见附录C。8.3 测量不确定度评定测量不确定度评定参照JJF-IO59.1-2012进行,不确定度评定示例见附录A。9复校时间间隔建议最长复校时间间隔不超过12个月。由于复校时间间隔的长短是由仪器的使用情况、使用者、仪器本身质量等诸因素所决定的，因此送校单位可根据实际使用情况自主决定复校时间间隔。附录A三轴仪校准结果不确定度评定方法及示例A.1概述A.1.1校准对象：应变控制式三轴仪(以下简称三轴仪)。A.1.2校准标准：0.05级数字压力计，测量范围：(0700()kPa；0.1级标准测力仪；A.1.3校准依据：JJFXXXX应变控制式三轴仪校准规范A.1.4校准方法：按照JJFXXXX应变控制式三轴仪校准规范规定的校准项目和校准方法，对三轴仪进行校准。A.2力值示值误差的测量不确定度评定A.2.1测量模型力值示值误差的计算公式：F=Fi-F(A.1)式中：F测力仪的示值误差，kN；F1测力仪三次示值的算术平均值，kN；F标准测力仪的示值，kN；A.2.2灵敏度系数立的灵敏系数q=%=l(A.2)Fi产的灵敏系数C,=-=-1(A.3)2FA.2.3标准不确定度评定A.2.3.1重复性引入的相对标准不确定度/为：(A.4),一4maxGminw,rc,"3CF式中:C极差系数1.69。A.2.3.2标准测力仪误差引入的相对标准不确定度:(A.5)式中：标准测力仪的最大允许误差，%A.2.3.3指示器分辨力引入的相对标准不确定度：指示器分辨力为小假设其服从均匀分布=6,则相对标准不确定度为:八尸血（A-6）A.2.4合成标准不确定度计算表1试验力相对标准不确定度分量汇总表不确定度分量不确定度来源相对标准不确定度灵敏系数wIreI重复性测量耳max耳miny3CF1w2rel标准测力仪误差6方-1w3rcl指示器分辨力r23F1考虑到重复性测量引起的不确定度分量和分辨力引起的不确定度分量的相关性，两者取较大的数值计算合成不确定度。假定重复性测量引起的不确定度分量大于分辨力引起的不确定度分量，则合成不确定按式（A.7）计算：（A.7）假定分辨力引起的不确定度分量大于重复性测量引起的不确定分量,则合成不确定按式（AS）计算：%=懵+（加（A3）A.2.5扩展不确定度计算取包含因子h2,则试验力示值误差测量结果的相对扩展不确定度按式（A.9）计算:(A.9)Uld=2CIdA.2.6测量不确定度评定实例A.2.6.1测量数据：采用0.1级标准测力仪对测力仪进行校准，得到的实验数据见表2表2测力仪校准数据校准点(kN)示值(kN)平均值(kN)标准器等级分辨力(kN)11.0011.0021.0011.0010.10.00122.0022.0032.0022.0020.10.00144.0024.0024.0034.0020.10.00166.0046.0066.0046.0050.10.00188.0078.0098.0108.0090.10.0011010.01510.01710.01310.0150.10.001A.2.6.2试验力各标准不确定度分量和合成不确定度汇总采用三次测量得到的试验数据，极差系数C=1.69,标准测力仪准确度等级为0.1级，最大允许误差为±0.1%,测力仪的示值分辨力为0.001kN,根据公式(4)、公式(5)、公式(6)计算出不确定度分量/、el人，并根据公式(7)计算出相对合成不确定度。相对不确定度分量、相对合成不确定度汇总见表3。表3相对不确定度分量、相对合成不确定度汇总表校准点/kNwIrel“2reJ%“3囤/%wcre%10.0340.0580.0290.0720.0170.0580.0140.0640.0090.0580.0070.0660.0110.0580.0050.0680.0130.0580.0040.06100.0140.0580.0030.06A.2.6.3相对扩展不确定度根据表4,取k=2时测力仪示值误差测量结果的相对扩展不确定度汇总如表4表4测力仪示值误差测量结果的相对扩展不确定度汇总表试验力校准点/kNu%k10.13220.12240.12260.12280.122100.122A.3压力示值误差的测量不确定度评定A3.1测量模型(A.10)三轴仪压力示值误差的测量模型：W=PLPO式中：”压力示值误差，kPa；Pi三轴仪中压力示值平均值（围压、反压、孔压），kPa；P。压力标准器示值，kPaoA.3.2灵敏度系数对测量模型求偏导数，分别求出输入压力对三轴仪输出误差G及输出压力对数字压力计输出误差C2的灵敏系数：C1=l<A,11）c=姆=72d（A.12）A.3.3标准不确定度评定A.3.3.1三轴仪测量压力示值重复性引入的不确定度分量(pi)；由三轴仪测量压力示值重复性引入的不确定度分量，使用A类方法评定,对三轴仪的围压进行测量，测量点分别为200kPa、400kPa>600kPa>8OOkPa.100OkPa进行10次重复性测量，测量数据如表5o表5各测量点重复性数据测量点ZkPa12345678910200199.0199.2199.2199.0199.3199.2199.0199.0199.0199.2400399.0399.1399.2399.2399.1399.4399.4399.1399.0399.2600599.2599.2599.3599.0599.4599.1599.0599.2599.1599.1800799.0799.2799.3799.0799.0799.1799.2799.2799.0799.01000999.0999.0999.0999.1999.2999.0999.1999.0999.0999.1各测量点的算术平均值按以下公式计算:(A.13)式中：x1.三轴仪某个围压测量点的第i次测量值，kPa；1三轴仪中某个围压测量点的算术平均值，kPa。S(X)用贝塞尔公式计算单次实验标准偏差(A.14)实际测量过程中对每个测量点进行2次测量,取两次测量值的平均值作为测量结果，则该结果的标准不确定度为：(P,) = S(X) =S(X)(A.15)计算各测量点算数平均值的实验标准偏差。重复性实验数据的标准偏差见表6o表6重复性实验数据的标准偏差序号测量点/kPa测量重复性S(X)ZkPa算数平均值的实验标准偏差s(X)/kPa12000.110.0824000.130.1036000.120.0848000.110.08510000.070.05A.3.3.2数字压力计的最大允许误差引入的不确定度分量(PO)输入量PO引入的标准不确定度由测量标准的最大允许误差引入，采用B类不确定度评定方法。假设数字压力计的示值误差最大允许误差为土,按均匀分布，则区间半宽为a=Z,其不确定度”(Po)为：N(PO) =3.5=2.02( kPa)(A.16)由于各不确定度分量不相关，按照以下公式计算检测点合成标准不确定度,表7为各测量点合成标准不确定度。(p)=Jq%2(p)+c枭2(po)=w2(p.)+w2(p0)(A.17)表7各测量点合成标准不确定度标准不确定度u(xi)hPa测量点ZkPa200400600800I(MX)不确定度来源被校三轴仪围压压力示值的测量重复性(Pi)0.080.100.080.080.05数字压力计(Po)2.022.022.022.022.02合成标准不确定度<(Ap)2.022.022.022.022.02A.3.4扩展不确定度计算取置信概率为95%,置信因子62,按公式计算各测量点扩展不确定度U,见表8oU=k×uc(Ap)表8各测量点扩展不确定度测量点/kPa2004006008001000U(k=2)ZkPa4.044.044.044.044.04A.3.5测量不确定度报告与表示由以上计算可得,被校三轴仪围压各测量点(200kPa、40OkPa、60OkPa、80OkPa、1(M)OkPa)的测量不确定度见表9。表9各测量点不确定度序号测量点ZkPa压力示值平均值/kPaUQk=T)/kPa1200199.114.042400399.174.043600599.164.044800799.104.0451000999.054.04附录B三轴仪校准记录（推荐）格式送检单位仪器名称型号规格仪器编号制造厂环境温度（C）相对湿度（）校准地点使用标准器名称校准依据1.功能性检查口符合要求口不符合要求不符合说明：2.系统密封性检查符合要求口不符合要求不符合说明：3.测力仪示值误差:标准力值O进程示值O示值误差扩展不确定度（度2）I23均值4.压力示值误差:压力标准值O围压压力示值反压压力示值孔压压力示值扩展不确定度（=2）第1次第2次均值第1次第2次均值第1次第2次均值5、轴向位移示值误差标准值O进程示值O示值误差（）扩展不确定度（k=2）123均值校准员：核验员：校准日期:附录C三轴仪校准证书内页（推荐）格式证书编号：XXXX-XXXX校准机构授权说明校准环境条件及其地点温度：C相对湿度：%地点：其他：测量标准及其他设备名称测量范围不确定度/准确度等级/最大允许误差证书编号有效期至第X页共X页注：1 .XXXXX仅对加盖“XXXXX校准专用章”的完整证书负责。2 .本证书的校准结果仅对所校准的对象有效。3 .未经实验室书面批准，不得部分复印证书。证书编号：XXXX-XXXX校准结果1 .功能性检查2 .系统密封性检查3 .绝缘电阻4 .测力仪示值：标准力值O指示器示值O测量不确定度(=2)备注5 .压力示值:标准压力值O围压压力平均示值O反压压力平均示值O孔压压力平均示值O测量不确定度(度2)备注6.轴向位移示值标准值()示值平均值测量不确定度(k=2)备注第X页共X页以下空白