混凝土貫入阻力測定儀測量結(jié)果不確定度評定

王 奎

（貴州理化測試技術(shù)研究院有限公司，貴州貴陽 550014）

0 引言

通過對混凝土貫入阻力測定儀實(shí)施量值傳遞，能夠進(jìn)一步提高混凝土貫入阻力測定儀在檢測期間的精確性。在混凝土測試時(shí)采取的是杠桿原理，結(jié)合混凝土貫入阻力測定儀使用時(shí)的原理，在對混凝土拌合物凝結(jié)度測定時(shí)，可選擇標(biāo)準(zhǔn)測力儀。本文將針對混凝土貫入阻力測定儀測量結(jié)果不確定度評定展開深入探討[1]。

1 測量原理

1.1 測量依據(jù)

JJG(交通)095-2009 混凝土貫入阻力測定儀檢定規(guī)程。

1.2 測量設(shè)備

（1）標(biāo)準(zhǔn)測力儀：量程大于1000N，準(zhǔn)確度等級0.3 級。（2）秒表：分度值0.1s。（3）游標(biāo)卡尺：量程（0 ～200）mm，分度值0.02mm。（4）深度游標(biāo)卡尺：量程（0 ～300）mm，分度值0.02mm。（5）外徑千分尺：量程（0 ～25）mm，分度值0.01mm。（6）絕緣電阻測量儀。

1.3 環(huán)境條件

校準(zhǔn)時(shí)無振動(dòng)、無腐蝕性氣體。

2 混凝土貫入阻力測定儀測量結(jié)果不確定度評定

2.1 混凝土貫入阻力測定儀力值測量結(jié)果不確定度評定

2.1.1 概述

（1）測量方法：依據(jù)JJG(交通)095-2009 混凝土貫入阻力測定儀檢定規(guī)程。（2）測量環(huán)境：校準(zhǔn)時(shí)無振動(dòng)、無腐蝕性氣體。（3）測量標(biāo)準(zhǔn)：0.3 級標(biāo)準(zhǔn)測力儀，相對最大允許誤差位：±0.3%，（0.1 ～5.0）kN。（4）被測對象：混凝土貫入阻力測定儀。（5）測量過程：基于特定環(huán)境前提下，對標(biāo)準(zhǔn)測力儀使用混凝土貫入阻力測定儀施加負(fù)荷達(dá)到測量點(diǎn)，這時(shí)就能獲取與標(biāo)準(zhǔn)力值相符的混凝土貫入阻力測定儀負(fù)荷示值，并將此方法連續(xù)至少3 次以上，以3 次示值的算術(shù)平均值減去標(biāo)準(zhǔn)力值，即得到測量點(diǎn)混凝土貫入阻力測定儀的示值誤差。

2.1.2 數(shù)學(xué)模型

數(shù)學(xué)建模：ΔF=F-

式中，ΔF—混凝土貫入阻力測定儀的輸出力值示值誤差，kN；F—混凝土貫入阻力測定儀輸出力值負(fù)荷示值，kN；—標(biāo)準(zhǔn)測力儀3 次示值的算術(shù)平均值，kN。

2.1.3 不確定度來源分析

分別由u1和u2組成，前者為測量重復(fù)誤差得出的標(biāo)準(zhǔn)不確定度；后者則為標(biāo)準(zhǔn)測力儀誤差得出的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，由兩者共同組成了不確定度來源。

2.1.4 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

表1 輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

單次試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差s=R/1.69=0.6/1.69=0.355N，實(shí)際以3 次測量值的算術(shù)平均值為測量結(jié)果，可得（n為測量次數(shù)），則u()=0.205N。

（2）輸入量F的標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(F)的評定

u2作為輸入量F的標(biāo)準(zhǔn)不確定度，通常由標(biāo)準(zhǔn)測力儀誤差所致。±a屬于標(biāo)準(zhǔn)測力儀檢定證書得出的最大誤差，若前提設(shè)置均勻分布，那么可取包含因子，標(biāo)準(zhǔn)不確定度。例如，混凝土貫入阻力測定儀施力600N 時(shí)，輸入量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

2.1.5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評定

標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總?cè)绫? 所示，合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc(ΔF)=1.059N。

表2 標(biāo)A.1標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表

2.1.6 擴(kuò)展不確定度的評定

取包含因子k=2，擴(kuò)展不確定度：U=k×uc(ΔF)=2×1.059=2.118N。

相對擴(kuò)展不確定度：Urel=k×uc(ΔF)/F=2.118/600 ≈0.4%。

同理可得，200N 時(shí)，Urel=0.4%，k=2；400N 時(shí)，Urel=0.4%，k=2；800N 時(shí)，Urel=0.4%，k=2；1000N 時(shí)，Urel=0.4%，k=2。

2.2 混凝土貫入阻力測定儀貫入測針測頭直徑示值誤差測量結(jié)果不確定度評定

2.2.1 概述

（1）測量方法：依據(jù)JJG(交通)095-2009 混凝土貫入阻力測定儀檢定規(guī)程。（2）測量環(huán)境：校準(zhǔn)時(shí)無振動(dòng)、無腐蝕性氣體。（3）測量標(biāo)準(zhǔn)：外徑千分尺，測量范圍：（0 ～25）mm，U=0.7μm(k=2)。（4）被測對象：混凝土貫入阻力測定儀貫入測針測頭直徑。（5）測量過程：用外徑千分尺的讀數(shù)和混凝土貫入阻力儀測定儀貫入測針測頭直徑的被測長度相比較，得出示值誤差[2]。（6）評定結(jié)果的使用：符合上述條件的測量結(jié)果，一般可參照使用本不確定度的評定方法。

2.2.2 數(shù)學(xué)模型

以混凝土貫入阻力測定儀測針測頭直徑（11.28mm）為例，混凝土貫入阻力測定儀貫入測針測頭直徑。

測量示值誤差：

式中，LS被測混凝土貫入阻力測定儀貫入測針測頭直徑，mm；Lm外徑千分尺示值，mm。

2.2.3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量計(jì)算

不確定度的來源共體現(xiàn)在兩個(gè)方面。首先，基于重復(fù)性背景下，由被測混凝土貫入阻力測定儀貫入測針測頭直徑測量重復(fù)性所致得到的不確定度分項(xiàng)u(Ls)，采用A 類評定方法。其次，u(Lm)作為外徑千分尺的示值誤差而導(dǎo)致的不確定度分項(xiàng)，可選擇B 類評定方法。

（1）標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(Ls)的評定

該不確定度分量主要是由于被檢混凝土貫入阻力測定儀貫入測針測頭直徑的測量重復(fù)性引起的，可以通過連續(xù)測量得到測量列，采用A 類方法進(jìn)行評定。用外徑千分尺對一臺混凝土貫入阻力測定儀貫入測針測頭直徑重復(fù)測量10 次（11.28mm 時(shí)），得到測量列：11.283、11.284、11.282、11.282、11.282、11.283、11.282、11.281、11.284、11.282。

（2）標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Lm)的評定

該不確定度分量主要由外徑千分尺的誤差引起，外徑千分尺最大允許誤差為±4μm，標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

2.2.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算公式：

2.2.5 標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總

標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總?cè)绫? 所示。

表3 B1標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表

2.2.6 擴(kuò)展不確定度的評定

取包含因子k=2，擴(kuò)展不確定度U=kuc=2×2.51 ≈6μm。

2.2.7 不確定度報(bào)告

混凝土貫入阻力測定儀貫入測針測頭直徑在11.28mm時(shí)，示值誤差測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度U=6μm，k=2。同理可得其他尺寸時(shí)，U=6μm，k=2。

2.2.8 校準(zhǔn)和測量能力

校準(zhǔn)和測量能力如表4 所示。

表4 校準(zhǔn)與測量能力

2.3 混凝土貫入阻力測定儀試樣筒長度示值誤差測量結(jié)果不確定度評定

2.3.1 概述

（1）測量方法：依據(jù)JJG(交通)095-2009 混凝土貫入阻力測定儀檢定規(guī)程。（2）測量環(huán)境：校準(zhǔn)時(shí)無振動(dòng)、無腐蝕性氣體。（3）測量標(biāo)準(zhǔn)：電子數(shù)顯卡尺。（4）被測對象：混凝土貫入阻力測定儀試樣筒長度。（5）測量過程：用電子數(shù)顯卡尺的讀數(shù)和混凝土貫入阻力測定儀的被測試樣筒長度相比較，得出示值誤差。（6）評定結(jié)果的使用：符合上述條件的測量結(jié)果，一般可參照使用本不確定度的評定方法。

2.3.2 數(shù)學(xué)模型

以混凝土貫入阻力測定儀試樣筒上口直徑（160mm）為例，混凝土貫入阻力測定儀試樣筒上口直徑測量示值誤差方程：

式中，LS被測混凝土貫入阻力測定儀試樣筒上口直徑，mm；Lm電子數(shù)顯卡尺示值，mm。

2.3.3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量計(jì)算

不確定度的來源主要有以下兩個(gè)方面。首先，在重復(fù)性條件下由被測混凝土貫入阻力測定儀試樣筒上口直徑測量重復(fù)性所致得到的不確定度分項(xiàng)u(Ls)，通常可選擇A類評定方法。其次，對于電子數(shù)顯卡尺的示值誤差所致得出的不確定度分項(xiàng)u(Lm)，則可選擇B 類評定方法[3]。

（1）標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u(Ls)的評定

該不確定度分量主要是由于被檢混凝土貫入阻力測定儀試樣筒上口直徑的測量重復(fù)性引起的，可以通過連續(xù)測量得到測量列，采用A 類方法進(jìn)行評定[4-7]。用電子數(shù)顯卡尺對一臺混凝土貫入阻力測定儀試樣筒上口直徑重復(fù)測量10 次（160mm 時(shí)），得到測量列：160.23、160.24、160.23；160.24、160.23、160.24、160.23、160.24、160.24、160.23。

（2）標(biāo)準(zhǔn)不確定度u(Lm)的評定

該不確定度分量主要由電子數(shù)顯卡尺的誤差引起，電子數(shù)顯卡尺證書給出的最大允許誤差為±0.04mm，假設(shè)服從均勻分布，取包含因子，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

2.3.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的計(jì)算公式：

2.3.5 標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總

標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總?cè)绫? 所示。

2.3.6 擴(kuò)展不確定度的評定

取包含因子k=2，擴(kuò)展不確定度U=kuc=2×0.04=0.08mm。

2.3.7 不確定度報(bào)告

混凝土貫入阻力測定儀試樣筒上口直徑，在160mm時(shí)，示值誤差測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度U=0.1mm，k=2。同理可得其他尺寸時(shí)，U=0.1mm，k=2。

2.3.8 校準(zhǔn)和測量能力

校準(zhǔn)和測量能力如表6 所示。

表6 校準(zhǔn)與測量能力

3 結(jié)語

混凝土貫入阻力測定儀測量期間，主要是對混凝土凝結(jié)時(shí)間利用貫入阻力法實(shí)施檢測，屬于確保混凝土拌合質(zhì)量的一種必備儀器。結(jié)合混凝土貫入阻力測定儀測量原理，深入剖析了混凝土貫入阻力測定儀測量結(jié)果不確定度評定過程，以期能為相關(guān)行業(yè)及業(yè)界人士工作質(zhì)量的提升給予參考性建議。