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2018土的含水率测量结果不确定度评定

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发表于 2018-8-14 17:42:18 | 显示全部楼层 |阅读模式
  【摘要】测量不确定度表征合理地赋予被测量之值的分散性,得到国际计量组织和各国的认可并广泛应用本文依据《测量不确定度的评定与表示》,以《公路土工试验规程》土的含水率试验为例,详细介绍了测量不确定度评定步骤,用具体实例计算得到土的含水率测量结果。
/6/view-10687589.htm
  【关键词】土;含水率;测量不确定度;评定
  1、前言
  含水率是土的基本物理指标之一,它的变化将使土的力学性质随之变化,它又是计算土的密度、孔隙比、饱和度等指标的依据,也是检测土工构筑物施工质量的指标。土的含水率是土中水的质量与土颗粒质量的比值,以百分率表示。《公路土工试验规程》土的含水率试验主要介绍了烘干法、酒精燃烧法及比重法三种方法。含水率试验中烘干法精度高,在试验室应运广,本文以烘干法为例,对土的含水率测量结果进行不确定度评定。
  测量不确定度在20世纪90年代得到组织和各国的认可并广泛应用,为了更好在我国实施,中国计量科学院制定《测量不确定度的评定与表示》,目前全国范围内在计量标准建立,计量技术规范制定,计量检定、校准得到广泛应用,而工程试验检测领域应用较少,本文依据检测实验室测量不确定度的评定要求,以《公路土工试验规程》土的含水率试验为例,旨在积极推广测量不确定度在工程试验检测实践中的应用,提高对测量结果不确定度的理解与认识,共同提高实验室对测量不确定度的认识与评定水平,测量结果的表述与国际一致。
  2、试验检测
  1.取细粒土试样10份,每份在(15~30)g之间,放入称量盒内,立即盖好盒盖,称重,精确至0.01g。
  2.揭开盒盖,将试样与盒盖放入烘箱内,在(105~110)℃恒温下烘干,烘干至恒重。
  3.烘干后的试样和盒取出,放入干燥器冷却1h,冷却后盖好盒盖,称质量,精确至0.01g。
  4.含水率计算公式
  w----含水率,精确至0.1%;m----湿土质量(g);ms----干土质量(g)其测量结果见表1。
  表1 土含水率测量结果
  3、数学模型
  土的含水率计算公式为,m与ms两个输入量采用同一天平测量,测量过程修正值分别为△A与△B,△A=△B=0,由此可得数学模型为:,其中△为土的含水率修正值, △=0。
  4、灵敏系数和合成方差
  4.1根据数学模型计算灵敏系数 :
  4.2计算合成方差
  设uc(w)表示土的含水率合成标准不确定度,u(m)表示湿土质量标准不确定度,u(ms)表示干土质量标准不确定度,u(s)表示土的不均匀产生的不确定度,按不确定度传播率,土的含水率合成方差为:
  因为:u(△A)与u(△B)是天平修正值标准不确定度,为同一天平测量,正强相关,r(△A,△B)=1;
  所以:
  当m与ms接近时,
  5、标准不确定度分量汇总表见表2
  表2 标准不确定度分量汇总
  6、标准不确定度评定
  6.1湿土质量标准不确定度u(m)
  6.1.1数学模型为m=mr+△m(m----测量结果,mr----测量值,△m----测量修正值)
  6.1.2经分析,各项不确定度分项为:
  6.1.2.1 u(s1)天平最大允许误差引入分量,,查天平检定证书MPEV为0.05g,则区间半宽度a1=0.05g,假设为均匀分布,查表,=0.03g。
  6.1.2.2 u(mr)天平重复性,查检定证书得为u(mr)=0.05g。
  6.1.2.3天平分辨力导致的分量,,天平分辨力为0.01g,,假设为均匀分布,查表,=0.003g。
  6.1.3合成标准不确定度
  其中:u(mr)包含了效应导致的结果,应选取其中一个较大者合成标准不确定度。
  6.2 干土质量标准不确定度(ums)
  与6.1同理可得u(ms)=0.06g。
  6.3土的不均匀产生的不确定度u(s)
  6.3.1依据表1,n=10,含水率w测量结果的平均值为,计算如下:
  6.3.2贝塞尔公式求实验标准偏差:
  6.3.3土的含水率算术平均值的实验标准偏差就是测量结果的A类标准不确定度:
  6.4含水率数据修约产生的不确定度
  《公路土工试验规程》要求计算至0.1%,由数据修约引起的测量标准不确定度
  7、计算合成标准不确定度:
  其中:u(s)包含了效应导致的结果,应选取其中一个较大者合成标准不确定度,u(s)>,取u(s)合成标准不确定度。
  将不确定度分量及灵敏系数代入中,得=0.18%,=0.42%。
  8、扩展不确定度
  取包含因子k=2,计算扩展不确定度U=2=0.84%。
  9、结论
  土的含水率测量结果为w=(2.4±0.84)%。
  参考文献
  [1]JJF 1059.1-2012,测量不确定度的评定与表示[S].
  [2]JTG_E40-2007,《公路土工试验规程》[S].
  [3]李慎安.比率测量结果不确定度评定中输入量的相关问题[J].工业计量,2013,23(1):37~38.
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