休止角儀如何進(jìn)行儀器校準(zhǔn)？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：79

  休止角儀又稱**坡度儀、**坡角儀。那么休止角儀如何校準(zhǔn)？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(biāo)尺的刻度與標(biāo)稱值的誤差，豎直標(biāo)尺的傾角。由于SI,237一1999土工試驗(yàn)規(guī)程列有圓盤直徑，所以，應(yīng)視作一項(xiàng)要求。實(shí)際上，只要圓盤直徑不是顯著地小于標(biāo)稱直徑，就不會對試驗(yàn)結(jié)果構(gòu)成實(shí)質(zhì)性影響。但是，如果豎直標(biāo)尺標(biāo)注的是休止角的值，那么，圓盤直徑與其標(biāo)稱直徑的差值就應(yīng)有所限制。此外，由于豎直標(biāo)尺的存在，計算休止角時，應(yīng)考慮豎直標(biāo)尺直徑的影響。
 


儀器校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)-休止角儀如圖1所示。
 
    

由于休止角儀的豎直標(biāo)尺影響了無粘性土的堆積高度，所以，應(yīng)考慮豎直標(biāo)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(biāo)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(yàn)的內(nèi)容。因此，休止角儀的校驗(yàn)內(nèi)容包括圓盤直徑、豎直標(biāo)尺直徑、豎直標(biāo)尺各刻度(高度或休止角的值)、豎直標(biāo)尺的傾角等。
 
儀器合格標(biāo)準(zhǔn)
    
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(biāo)與其標(biāo)稱值存在誤差)和進(jìn)行休止角測量時，豎直標(biāo)尺讀數(shù)存在誤差。
   
SI,237一1999土工試驗(yàn)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(biāo)尺較小分度一般為0.5～1mm(或0.5°～1°)。
 
休止角儀的儀器校準(zhǔn)
    
圓盤及豎直標(biāo)尺的直徑校驗(yàn)采用百分卡尺:量程為0～300 mm，分度值為0.1mm;豎直標(biāo)尺刻度校驗(yàn)采用深度卡尺:量程為0～200mm，分度值為0.1mm;豎直標(biāo)尺傾角校驗(yàn)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(zhǔn)。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(biāo)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(shí)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(biāo)尺刻度及傾角

(1)豎直標(biāo)尺刻度
    采用分度為0.1 mm深度卡尺對豎直標(biāo)尺各刻度進(jìn)行校驗(yàn)，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(fù)相關(guān)，各刻度高度測量結(jié)果不確定度為零。
    豎直標(biāo)尺各刻度高度與其標(biāo)稱值可能不一致，主要是因圓盤沒有準(zhǔn)確安裝在豎直標(biāo)尺的零點(diǎn)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(biāo)尺傾角
    豎直標(biāo)尺垂直于圓盤是理想狀態(tài)，或者說，其傾角的標(biāo)稱值為90°。
    豎直標(biāo)尺較小傾角校驗(yàn):通過測量豎直標(biāo)尺的較大仰角，計算其補(bǔ)角，這是豎直標(biāo)尺較小傾角，它應(yīng)不小于850°

3.豎直標(biāo)尺直徑
    參照“圓盤直徑”校驗(yàn)方法進(jìn)行校驗(yàn)。參考圓盤測量的情況，因豎直標(biāo)尺直徑測量不準(zhǔn)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(yàn)過程發(fā)現(xiàn)，圓盤直徑及豎直標(biāo)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(jìn)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(yuǎn)小于儀器的較大允差0.68°，說明以上校準(zhǔn)方法能夠滿足SI239一1999土工試驗(yàn)規(guī)程對休止角測量的要求。
    上述校驗(yàn)是以休止角儀的豎直標(biāo)尺的刻度標(biāo)注高度，高度分度值為1mm的情況，如果豎直標(biāo)尺的刻度標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)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(biāo)稱高度的誤差相加，來計算豎直標(biāo)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?yàn)閳A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(yàn)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(biāo)尺較小傾角不小于85°，如果不符合這些要求，應(yīng)對儀器進(jìn)行維修、更換。豎直標(biāo)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(biāo)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(biāo)尺讀數(shù)引入的不確定度0.40(豎直標(biāo)尺較小分度為1mm)或0.50(豎直標(biāo)尺較小分
度為1°)。
    由于無粘性土休止角試驗(yàn)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(biāo)尺較小分度為1mm)或0.35°(豎直標(biāo)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(yàn)，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(yàn)不準(zhǔn)確引入的不確定度，遠(yuǎn)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(biāo)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(biāo)尺上個各刻度所對應(yīng)的休止角值，列表備用。如果豎直標(biāo)尺各刻度、圓盤直徑與其標(biāo)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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