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土壤紧实度仪测量结果不确定度分析

一、概述

1. 测量依据

本仪器是由测力传感器测量值与探测杆截面积相除换算成压强的, 因此可参考JJG455-2000《工作测力仪检定规程》对力传感器测量。

2. 测量标准

F2等级标准砝码, 出厂编号206, JJG99-2006《砝码检定规程》中给出20kg砝码的扩展不确定度不大于100mg, 包含因子k=2。

3. 环境条件

温度为 (20±2) ℃, 相对湿度≤75%。

4. 测量对象

土壤紧实度仪型号TJSD-750, 浙江托普仪器有限公司生产。

5. 测量方法

属于直接测量法, 标准砝码与土壤紧实度仪示值之差为土壤紧实度示值误差。

二、不确定度来源分析

输入量P的标准不确定度u (P) 包括测量重复性引入的标准不确定度u1 (F) 、土壤紧实度仪的分辨力引入的标准不确定度u2 (F) 、由标准砝码本身的误差引入的标准不确定度u3 (F) 、测量杆直径d的重复测量引入的标准不确定度u1 (d) , 以及游标卡尺误差引入的标准不确定度u2 (d) 。

三、测量模型

 

土壤紧实度仪测量结果不确定度分析

 

式中:P———土壤紧实度, k Pa;F———压力, N;d———测量杆直径, mm。

由式 (1) 有:

 

土壤紧实度仪测量结果不确定度分析

 

四、输入量的标准不确定度评定

1. 输入量F的标准不确定度分量uc (F) 的评定

(1) 重复性测量

测量重复性引入的测量不确定度u1 (F) , 采用A类评估。

标准不确定度的A类评估按表1采集数据, 进行10次重复测量。

 

土壤紧实度仪测量结果不确定度分析

 

 

土壤紧实度仪测量结果不确定度分析

 

(2) 分辨力

土壤紧实度仪测量结果不确定度分析

表2
表2

土壤紧实度仪的分辨力引入的不确定度u2 (F) , 采用标准不确定度的B类评定方法, 土壤紧实度仪的分辨力为0.1kg (1N) , 根据经验, 数字式测量仪器的分辨力导致的不确定度一般可以近似地估计为矩形分布 (均匀分布) , 矩形分布k取土壤紧实度仪测量结果不确定度分析所以有

 

土壤紧实度仪测量结果不确定度分析

 

分辨力的不确定度远小于1.18N, 可以认为已被包含在u1 (F) 之中。

(3) 标准砝码误差引入的不确定度分量u3 (F) 的评定

该不确定度分量主要由标准砝码的误差引起, 采用B类评定方法:

由JJG99-2006可知20kg砝码的扩展不确定度不大于100mg, 包含因子k=2, 则标准不确定度

 

土壤紧实度仪测量结果不确定度分析

 

砝码的不确定度很微小, 故在不确定度合成时略去。

(4) 合成标准不确定度的评定

 

土壤紧实度仪测量结果不确定度分析

 

(5) 合成相对标准不确定度的计算

合成相对标准不确定度为

 

土壤紧实度仪测量结果不确定度分析

 

2. 测量杆直径d的重复测量及其标准不确定度uc (d) 的评定

(1) 测量杆直径d的重复测量引入的标准不确定度u1 (d) (见表2)

(2) 游标卡尺误差引入的标准不确定度u2 (d)

根据JJG30-2012《通用卡尺检定规程》, 测量上限为200mm, 分辨力为0.02mm的游标卡尺, 其示值最大允许误差为±0.03mm, 按均匀分布考虑, 引入的标准不确定度为

 

土壤紧实度仪测量结果不确定度分析

 

相对标准不确定度:urel2 (d) =u2 (d) /d=0.133%

(3) 测量杆直径的相对合成标准不确定度

 

土壤紧实度仪测量结果不确定度分析

 

五、土壤紧实度相对合成标准不确定度

 

土壤紧实度仪测量结果不确定度分析

 

六、扩展不确定度的评定

取包含因子k=2, 其相对扩展不确定度为

 

土壤紧实度仪测量结果不确定度分析

 

七、测量不确定度报告与表示

土壤紧实度仪测量结果的扩展不确定度是由相对合成标准不确定度0.0071乘以包含因子k=2得到的。

 

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结果表示为:U= (1477±21) k Pa或 (148±2) ×10k Pa

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