混凝土贯入阻力测定仪测量结果不确定度评定

王 奎

（贵州理化测试技术研究院有限公司，贵州贵阳 550014）

0 引言

通过对混凝土贯入阻力测定仪实施量值传递，能够进一步提高混凝土贯入阻力测定仪在检测期间的精确性。在混凝土测试时采取的是杠杆原理，结合混凝土贯入阻力测定仪使用时的原理，在对混凝土拌合物凝结度测定时，可选择标准测力仪。本文将针对混凝土贯入阻力测定仪测量结果不确定度评定展开深入探讨[1]。

1 测量原理

1.1 测量依据

JJG(交通)095-2009 混凝土贯入阻力测定仪检定规程。

1.2 测量设备

（1）标准测力仪：量程大于1000N，准确度等级0.3 级。（2）秒表：分度值0.1s。（3）游标卡尺：量程（0 ～200）mm，分度值0.02mm。（4）深度游标卡尺：量程（0 ～300）mm，分度值0.02mm。（5）外径千分尺：量程（0 ～25）mm，分度值0.01mm。（6）绝缘电阻测量仪。

1.3 环境条件

校准时无振动、无腐蚀性气体。

2 混凝土贯入阻力测定仪测量结果不确定度评定

2.1 混凝土贯入阻力测定仪力值测量结果不确定度评定

2.1.1 概述

（1）测量方法：依据JJG(交通)095-2009 混凝土贯入阻力测定仪检定规程。（2）测量环境：校准时无振动、无腐蚀性气体。（3）测量标准：0.3 级标准测力仪，相对最大允许误差位：±0.3%，（0.1 ～5.0）kN。（4）被测对象：混凝土贯入阻力测定仪。（5）测量过程：基于特定环境前提下，对标准测力仪使用混凝土贯入阻力测定仪施加负荷达到测量点，这时就能获取与标准力值相符的混凝土贯入阻力测定仪负荷示值，并将此方法连续至少3 次以上，以3 次示值的算术平均值减去标准力值，即得到测量点混凝土贯入阻力测定仪的示值误差。

2.1.2 数学模型

数学建模：ΔF=F-

式中，ΔF—混凝土贯入阻力测定仪的输出力值示值误差，kN；F—混凝土贯入阻力测定仪输出力值负荷示值，kN；—标准测力仪3 次示值的算术平均值，kN。

2.1.3 不确定度来源分析

分别由u1和u2组成，前者为测量重复误差得出的标准不确定度；后者则为标准测力仪误差得出的标准不确定度，由两者共同组成了不确定度来源。

2.1.4 输入量的标准不确定度评定

表1 输入量的标准不确定度评定

单次试验标准差s=R/1.69=0.6/1.69=0.355N，实际以3 次测量值的算术平均值为测量结果，可得（n为测量次数），则u()=0.205N。

（2）输入量F的标准不确定度u(F)的评定

u2作为输入量F的标准不确定度，通常由标准测力仪误差所致。±a属于标准测力仪检定证书得出的最大误差，若前提设置均匀分布，那么可取包含因子，标准不确定度。例如，混凝土贯入阻力测定仪施力600N 时，输入量的标准不确定度。

2.1.5 合成标准不确定度的评定

标准不确定度汇总如表2 所示，合成标准不确定度uc(ΔF)=1.059N。

表2 标A.1标准不确定度汇总表

2.1.6 扩展不确定度的评定

取包含因子k=2，扩展不确定度：U=k×uc(ΔF)=2×1.059=2.118N。

相对扩展不确定度：Urel=k×uc(ΔF)/F=2.118/600 ≈0.4%。

同理可得，200N 时，Urel=0.4%，k=2；400N 时，Urel=0.4%，k=2；800N 时，Urel=0.4%，k=2；1000N 时，Urel=0.4%，k=2。

2.2 混凝土贯入阻力测定仪贯入测针测头直径示值误差测量结果不确定度评定

2.2.1 概述

（1）测量方法：依据JJG(交通)095-2009 混凝土贯入阻力测定仪检定规程。（2）测量环境：校准时无振动、无腐蚀性气体。（3）测量标准：外径千分尺，测量范围：（0 ～25）mm，U=0.7μm(k=2)。（4）被测对象：混凝土贯入阻力测定仪贯入测针测头直径。（5）测量过程：用外径千分尺的读数和混凝土贯入阻力仪测定仪贯入测针测头直径的被测长度相比较，得出示值误差[2]。（6）评定结果的使用：符合上述条件的测量结果，一般可参照使用本不确定度的评定方法。

2.2.2 数学模型

以混凝土贯入阻力测定仪测针测头直径（11.28mm）为例，混凝土贯入阻力测定仪贯入测针测头直径。

测量示值误差：

式中，LS被测混凝土贯入阻力测定仪贯入测针测头直径，mm；Lm外径千分尺示值，mm。

2.2.3 标准不确定度分量计算

不确定度的来源共体现在两个方面。首先，基于重复性背景下，由被测混凝土贯入阻力测定仪贯入测针测头直径测量重复性所致得到的不确定度分项u(Ls)，采用A 类评定方法。其次，u(Lm)作为外径千分尺的示值误差而导致的不确定度分项，可选择B 类评定方法。

（1）标准不确定度分量u(Ls)的评定

该不确定度分量主要是由于被检混凝土贯入阻力测定仪贯入测针测头直径的测量重复性引起的，可以通过连续测量得到测量列，采用A 类方法进行评定。用外径千分尺对一台混凝土贯入阻力测定仪贯入测针测头直径重复测量10 次（11.28mm 时），得到测量列：11.283、11.284、11.282、11.282、11.282、11.283、11.282、11.281、11.284、11.282。

（2）标准不确定度u(Lm)的评定

该不确定度分量主要由外径千分尺的误差引起，外径千分尺最大允许误差为±4μm，标准不确定度。

2.2.4 合成标准不确定度的计算

合成标准不确定度的计算公式：

2.2.5 标准不确定度汇总

标准不确定度汇总如表3 所示。

表3 B1标准不确定度一览表

2.2.6 扩展不确定度的评定

取包含因子k=2，扩展不确定度U=kuc=2×2.51 ≈6μm。

2.2.7 不确定度报告

混凝土贯入阻力测定仪贯入测针测头直径在11.28mm时，示值误差测量结果的扩展不确定度U=6μm，k=2。同理可得其他尺寸时，U=6μm，k=2。

2.2.8 校准和测量能力

校准和测量能力如表4 所示。

表4 校准与测量能力

2.3 混凝土贯入阻力测定仪试样筒长度示值误差测量结果不确定度评定

2.3.1 概述

（1）测量方法：依据JJG(交通)095-2009 混凝土贯入阻力测定仪检定规程。（2）测量环境：校准时无振动、无腐蚀性气体。（3）测量标准：电子数显卡尺。（4）被测对象：混凝土贯入阻力测定仪试样筒长度。（5）测量过程：用电子数显卡尺的读数和混凝土贯入阻力测定仪的被测试样筒长度相比较，得出示值误差。（6）评定结果的使用：符合上述条件的测量结果，一般可参照使用本不确定度的评定方法。

2.3.2 数学模型

以混凝土贯入阻力测定仪试样筒上口直径（160mm）为例，混凝土贯入阻力测定仪试样筒上口直径测量示值误差方程：

式中，LS被测混凝土贯入阻力测定仪试样筒上口直径，mm；Lm电子数显卡尺示值，mm。

2.3.3 标准不确定度分量计算

不确定度的来源主要有以下两个方面。首先，在重复性条件下由被测混凝土贯入阻力测定仪试样筒上口直径测量重复性所致得到的不确定度分项u(Ls)，通常可选择A类评定方法。其次，对于电子数显卡尺的示值误差所致得出的不确定度分项u(Lm)，则可选择B 类评定方法[3]。

（1）标准不确定度分量u(Ls)的评定

该不确定度分量主要是由于被检混凝土贯入阻力测定仪试样筒上口直径的测量重复性引起的，可以通过连续测量得到测量列，采用A 类方法进行评定[4-7]。用电子数显卡尺对一台混凝土贯入阻力测定仪试样筒上口直径重复测量10 次（160mm 时），得到测量列：160.23、160.24、160.23；160.24、160.23、160.24、160.23、160.24、160.24、160.23。

（2）标准不确定度u(Lm)的评定

该不确定度分量主要由电子数显卡尺的误差引起，电子数显卡尺证书给出的最大允许误差为±0.04mm，假设服从均匀分布，取包含因子，则标准不确定度。

2.3.4 合成标准不确定度的计算

合成标准不确定度的计算公式：

2.3.5 标准不确定度汇总

标准不确定度汇总如表5 所示。

2.3.6 扩展不确定度的评定

取包含因子k=2，扩展不确定度U=kuc=2×0.04=0.08mm。

2.3.7 不确定度报告

混凝土贯入阻力测定仪试样筒上口直径，在160mm时，示值误差测量结果的扩展不确定度U=0.1mm，k=2。同理可得其他尺寸时，U=0.1mm，k=2。

2.3.8 校准和测量能力

校准和测量能力如表6 所示。

表6 校准与测量能力

3 结语

混凝土贯入阻力测定仪测量期间，主要是对混凝土凝结时间利用贯入阻力法实施检测，属于确保混凝土拌合质量的一种必备仪器。结合混凝土贯入阻力测定仪测量原理，深入剖析了混凝土贯入阻力测定仪测量结果不确定度评定过程，以期能为相关行业及业界人士工作质量的提升给予参考性建议。