休止角儀如何進行儀器校準？世通高軍來侃一侃

時間：2018-11-13作者：廣東省世通儀器檢測服務(wù)有限公司瀏覽：84

  休止角儀又稱**坡度儀、**坡角儀。那么休止角儀如何校準？帶著這個問題筆者咨詢了東莞市世通儀器檢測服務(wù)有限公司總經(jīng)理高軍先生，以下為正文。


休止角是無粘性土在松散狀態(tài)堆積時，其坡面與水平面所形成的較大傾角。休止角α按下式計算:
 
 

式中α為無粘性土的休止角，°;H為試樣堆積圓錐高度，cm; D為圓錐底面直徑，cm。
    
影響休止角測量結(jié)果的設(shè)備因素，主要有豎直標尺的刻度與標稱值的誤差，豎直標尺的傾角。由于SI,237一1999土工試驗規(guī)程列有圓盤直徑，所以，應(yīng)視作一項要求。實際上，只要圓盤直徑不是顯著地小于標稱直徑，就不會對試驗結(jié)果構(gòu)成實質(zhì)性影響。但是，如果豎直標尺標注的是休止角的值，那么，圓盤直徑與其標稱直徑的差值就應(yīng)有所限制。此外，由于豎直標尺的存在，計算休止角時，應(yīng)考慮豎直標尺直徑的影響。
 


儀器校準標準-休止角儀如圖1所示。
 
    

由于休止角儀的豎直標尺影響了無粘性土的堆積高度，所以，應(yīng)考慮豎直標尺直徑對休止角測量結(jié)果的影響，于是
 
式中h為試樣堆積高度，cm; d1為圓盤上底直徑，cm; d2為豎直標尺直徑，cm。就休止角儀而言，影響休止角測量結(jié)果的因素就是其校驗的內(nèi)容。因此，休止角儀的校驗內(nèi)容包括圓盤直徑、豎直標尺直徑、豎直標尺各刻度(高度或休止角的值)、豎直標尺的傾角等。
 
儀器合格標準
    
影響休止角測量結(jié)果的因素可分為設(shè)備因素(因休止角儀有關(guān)指標與其標稱值存在誤差)和進行休止角測量時，豎直標尺讀數(shù)存在誤差。
   
SI,237一1999土工試驗規(guī)程規(guī)定，無粘性土休止角測量結(jié)果，是采用2次測量結(jié)果的平均值，以整數(shù)(“)表示。換言之，休止角的測量結(jié)果不確定度應(yīng)不大于0.50°，單次測量結(jié)果的不確定度應(yīng)不大于0.71°。休止角儀的豎直標尺較小分度一般為0.5～1mm(或0.5°～1°)。
 
休止角儀的儀器校準
    
圓盤及豎直標尺的直徑校驗采用百分卡尺:量程為0～300 mm，分度值為0.1mm;豎直標尺刻度校驗采用深度卡尺:量程為0～200mm，分度值為0.1mm;豎直標尺傾角校驗采用分度為1°的量角器。為安全起見，以下凡用到圓盤直徑，如無特別說明，均以小圓盤(直徑為10cm)為準。如用到無粘性土休止角值，均以28°為例。


1.圓盤直徑

休止角儀有兩個圓盤，其直徑的標稱值分別為10cm和20cm。
   
對圓盤8等分，分別測量圓盤直徑(共測量4次)，其均值作為圓盤直徑的估值(實測值)。直徑測量所用的卡尺較小分度為0.1 mm，單次測量的不確定度不大于0.02 mm，4次測量結(jié)果的均值的不確定度小于0.01mm。經(jīng)計算，圓盤直徑測量不確定度致休止角測量不確定度小于001°。但是，由于圓盤的圓度可能并不太好，使得這4個不同位置所測得的直徑不相等，假設(shè)其較大值與較小值相差0.2mm，經(jīng)計算，在較不利情況下，引入休止角不確定度為0.08°。


2.豎直標尺刻度及傾角

(1)豎直標尺刻度
    采用分度為0.1 mm深度卡尺對豎直標尺各刻度進行校驗，用同一把深度卡尺分別測量尺**至圓盤的長度，以及尺**至各刻度的長度，再計算各刻度所處的高度。每個刻度高度都是尺**至圓盤的長度與尺**至該刻度的長度之差，由于用于測量的深度卡尺相同，因此，這兩個測量結(jié)果是完全負相關(guān)，各刻度高度測量結(jié)果不確定度為零。
    豎直標尺各刻度高度與其標稱值可能不一致，主要是因圓盤沒有準確安裝在豎直標尺的零點上，造成系統(tǒng)誤差。假設(shè)測得的刻度高度較大誤差為0.1mm(如這個誤差過大，應(yīng)修正之)，經(jīng)計算，刻度高度誤差給休止角引入的不確定度不大于0.10°。

(2)豎直標尺傾角
    豎直標尺垂直于圓盤是理想狀態(tài)，或者說，其傾角的標稱值為90°。
    豎直標尺較小傾角校驗:通過測量豎直標尺的較大仰角，計算其補角，這是豎直標尺較小傾角，它應(yīng)不小于850°

3.豎直標尺直徑
    參照“圓盤直徑”校驗方法進行校驗。參考圓盤測量的情況，因豎直標尺直徑測量不準確給休止角引入的不確定度小于0.01°。

4.儀器引入的不確定度
    從上述的校驗過程發(fā)現(xiàn)，圓盤直徑及豎直標尺直徑測量引入的休止角不確定度都是微小不確定度，可以忽略。于是，對休止角進行單次測量，設(shè)備因素引入的不確定度為0.13°
    由此可見，ua遠小于儀器的較大允差0.68°，說明以上校準方法能夠滿足SI239一1999土工試驗規(guī)程對休止角測量的要求。
    上述校驗是以休止角儀的豎直標尺的刻度標注高度，高度分度值為1mm的情況，如果豎直標尺的刻度標注休止角的值(如較小分度為1°)，則讀數(shù)引入的不確定度為0.20°，儀器的合格標準為單次測量休止角不確定度應(yīng)不大于0.68°。
    如果直接測量豎直標尺刻度高度(圓盤上底至刻度的距離)，一般要先拆除圓盤，才能用卡尺測量，這時應(yīng)將刻度高度測量不確定度與標稱高度的誤差相加，來計算豎直標尺刻度高度對休止角測量結(jié)果的影響。筆者不建議采用這個辦法，因為圓盤重新安裝會引入不確定度，這個不確定度難以精確計算;還有，這個辦法測得的刻度高度的不確定度，會增加休止角測量不確定度。
    上述校驗中，要求圓盤上測得的4個直徑較大差值不大于0.2mm，豎直標尺較小傾角不小于85°，如果不符合這些要求，應(yīng)對儀器進行維修、更換。豎直標尺直徑測量結(jié)果通常不會存在明顯差別。


5.休止角的測量報告

    設(shè)備因素引入的不確定度不足豎直標尺讀數(shù)引入的不確定度的三分之一，它是微小不確定度，可以忽略。換言之，休止角單次測量結(jié)果的不確定度，就是在休止角測量時豎直標尺讀數(shù)引入的不確定度0.40(豎直標尺較小分度為1mm)或0.50(豎直標尺較小分
度為1°)。
    由于無粘性土休止角試驗是采用2次平行測定，取均值作為被測量的估值，所以，休止角測量結(jié)果的不確定度不大于0.28°(豎直標尺較小分度為1mm)或0.35°(豎直標尺較小分度為1°)測量報告中的休止角值可為0.5°的整數(shù)倍，SL237一1999要求提交整數(shù)度偏于安全。
    對休止角儀校驗，關(guān)鍵是對長度、角度測量的精度，這有賴于采用適當(dāng)精度的長度和角度測量設(shè)備。一般情況下，因儀器校驗不準確引入的不確定度，遠小于休止角測量時讀數(shù)引入的不確定度，因此，在購買休止角儀時，應(yīng)選擇豎直標尺較小分度不大于1mm或1°的休止角儀。
    為方便休止角測量，可預(yù)先計算休止角儀豎直標尺上個各刻度所對應(yīng)的休止角值，列表備用。如果豎直標尺各刻度、圓盤直徑與其標稱值存在誤差，計算時都可以先修正之，以降低休止角測量不確定度。
 

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