隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，公路、鐵路、建筑、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域正處于高速發(fā)展期。而土工試驗儀器環(huán)刀作為一種普通的工程試驗器具，越來越多地應(yīng)用于上述領(lǐng)域的工程試驗中。其量值準確與否直接或間接關(guān)系到上述領(lǐng)域的施工質(zhì)量和試驗精度。近年來，安徽省長江計量所接收了不少來自公路、鐵路、建筑以及地質(zhì)勘探等領(lǐng)域的環(huán)刀校準委托申請。然而，目前為止國內(nèi)并沒有制定任何有關(guān)土工試驗用環(huán)刀的檢定規(guī)程或校準規(guī)范，包括國家、地方、行業(yè)方面。因此，有關(guān)環(huán)刀的校準方法問題得到了眾多校準實驗室以及環(huán)刀使用單位的關(guān)注。本文將依據(jù)環(huán)刀行業(yè)標準對環(huán)刀的儀器校準方法問題盡量做出科學、詳盡的闡述。
 
1 行業(yè)標準要求的環(huán)刀技術(shù)指標
      行業(yè)標準SL3702006規(guī)定了環(huán)刀產(chǎn)品的定義、結(jié)構(gòu)形式及規(guī)格、技術(shù)要求、檢驗規(guī)則等。土工試驗儀器環(huán)刀按外形結(jié)構(gòu)，可分為頂端帶邊式環(huán)刀和不帶邊式環(huán)刀兩種，按SL3702006中4.1的規(guī)定，其結(jié)構(gòu)剖面圖見圖1。標準中條款5.1和5.2給出了環(huán)刀的幾何量參數(shù)及其技術(shù)指標要求，如表1所示。

 

2 儀器校準項目及儀器校準方法
表1中羅列出了環(huán)刀的幾何量參數(shù)及其技術(shù)指標要求，以下提出相對應(yīng)的校準項目、校準周期及儀器校準方法。
 
2.1 儀器校準項目及儀器校準周期
      環(huán)刀主要用于土工試驗中制備土樣和測定密度，校準項目應(yīng)包含對試驗結(jié)果產(chǎn)生影響的全部參數(shù)的校準。顯而易見，影響土工試驗結(jié)果的主要參數(shù)即為幾何量參數(shù)，因此將其列為環(huán)刀的主要校準項目，如表2所示。表2中環(huán)刀外徑、環(huán)刀刃口角度、環(huán)刀同軸度及環(huán)刀內(nèi)表面粗糙度，建議只進行首次校準。因為其技術(shù)指標要求較為寬松，在首次校準后，正常開展土工試驗的情況下，其參數(shù)實際值難以有較大的變化。環(huán)刀內(nèi)徑和環(huán)刀高度建議首次校準后依然對其進行正常的周期校準。因為其參數(shù)技術(shù)指標精度較高，結(jié)合土工試驗的實際情況，周期校準更為科學嚴謹。
 
2.2 校準方法
2.2.1 校準所使用的主要標準器及配套設(shè)備
      針對表2所列校準項目，選取合適的計量器具進行儀器校準，標準器具建議如表3所示。

 

2.2.2 校準方法及結(jié)果處理
(1)環(huán)刀內(nèi)徑校準在環(huán)刀內(nèi)壁上，取三個均勻分布的位置，每個位置用三點內(nèi)徑千分尺重復(fù)測量三次，取三次測量的平均值作為測量結(jié)果。
(2)環(huán)刀外徑在環(huán)刀外壁上，取三個均勻分布的位置，每個位置用卡尺重復(fù)測量三次，取三次測量的平均值作為測量結(jié)果。
(3)環(huán)刀高度在環(huán)刀上取三個均勻分布的位置，每個位置用卡尺重復(fù)測量三次，取三次測量的平均值作為測量結(jié)果。
(4)環(huán)刀刃口角度在環(huán)刀上取三個均勻分布的位置，每個位置用萬能角度尺重復(fù)測量三次，取三次測量的平均值作為測量結(jié)果。
(5)環(huán)刀的同軸度任選某一截面，在均勻分布的四個位置上用卡尺測量環(huán)刀的壁厚，所測壁厚的最大值與最小值之差的1/2作為環(huán)刀的同軸度數(shù)值。
(6)環(huán)刀內(nèi)表面的表面粗糙度用表面粗糙度比較樣塊進行比較測量。測量時以最接近的表面粗糙度比較樣塊值作為測量結(jié)果。特別需要注意的是，標準6.3條款明確說明使用標準量規(guī)對環(huán)刀內(nèi)徑進行檢測。此種方法具體操作如下:將專用量規(guī)放入環(huán)刀內(nèi)側(cè)，以專用量規(guī)止端不通過和通端通過檢驗環(huán)刀內(nèi)徑。專用量規(guī)止端應(yīng)等于或接近切土環(huán)刀的最大實體尺寸，專用量規(guī)通端應(yīng)等于或接近環(huán)刀的最小實體尺寸。專用量規(guī)規(guī)格和技術(shù)要求如表4所示。此種方法可用于直接判斷被檢環(huán)刀內(nèi)徑是否符合要求。但是，嚴格意義上說，此種方法只能稱為檢驗，因為其無法獲得內(nèi)徑的實際測量值。而且此種方法的檢驗精度完全依賴于專用量規(guī)的加工精度，以及后期使用中的磨損情況。對于專用量規(guī)，只有制定嚴格的質(zhì)量控制程序，結(jié)合周期校準以及期間核查等方式才能有效保障環(huán)刀內(nèi)徑的檢驗精度。
 
3 校準結(jié)果不確定度分析
      環(huán)刀主要校準項目可分為尺寸參數(shù)校準項目和形位參數(shù)校準項目兩大類。一般情況下，校準只對尺寸參數(shù)的測量結(jié)果進行不確定度評定。對環(huán)刀而言，主要是對內(nèi)徑、外徑、高度及角度的測量結(jié)果進行不確定度評定。這四個校準項目的測量模型相似，儀器校準結(jié)果不確定度來源較為簡單且類似，主要由測量重復(fù)性引入的不確定度分量u1和標準器最大允許誤差引入的不確定度分量u2組成。u1可由重復(fù)性試驗通過貝塞爾公式計算得到;而u2可查詢儀器校準規(guī)范或檢定規(guī)程中相關(guān)標準器的最大允許誤差，然后按照均勻分布計算得到，具體分析過程如下。測量模型:D=d(1)式中:D分別為環(huán)刀的內(nèi)徑、外徑、高度及角度;d分別為三點內(nèi)徑千分尺、卡尺、萬能角度尺的讀數(shù)值。
 
4 結(jié)束語
      本文依據(jù)SL3702006《土工試驗儀器環(huán)刀》中規(guī)定的技術(shù)參數(shù)，從校準的角度，提煉出了主要校準參數(shù)幾何量參數(shù)，并給出了環(huán)刀內(nèi)徑、環(huán)刀外徑、環(huán)刀高度、環(huán)刀刃口角度、環(huán)刀同軸度、環(huán)刀內(nèi)表面粗糙度等校準項目。針對每一個項目，給出了具體的校準方法和校準結(jié)果的處理方式，并列舉了所使用的標準器具及其配套設(shè)備。同時，從校準的角度，對本文提出的環(huán)刀內(nèi)徑的校準方法和行業(yè)標準相關(guān)條款上的檢驗方法做了比較說明，分析并列出了行業(yè)標準中提出的專用量規(guī)的具體技術(shù)要求，闡明了兩種方法的利弊。本文還對不同項目的儀器校準周期做出了說明，最后給出了主要項目的校準結(jié)果不確定度評定方法，可通過不確定度的評定結(jié)果來反證校準方法的可行性。本文通過對環(huán)刀校準方法的研究，實現(xiàn)了環(huán)刀幾何量參數(shù)的量值溯源問題，通過此儀器校準方法，可以有效的保障環(huán)刀量值的準確性，從而保障了環(huán)刀在公路工程、建筑工程以及地質(zhì)勘探等領(lǐng)域試驗的精確性。

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