静力触探仪校准规范

1静力触探仪校准规范本规范适用于电阻应变式静力触探仪测量系统(以下简称静力触探仪)的校准。GB/T12745—2007土工试CECS04:88静力触探技术标准YS5223—2000静力触探试验规程凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本规范；凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。以静压力将一定规格的锥形探头匀速地垂直压入土层，按其受到的阻力大小测定评直接与土层接触、具有规定形状、尺寸、质量和硬度的金属锥形体传感3.3单桥探头singlebridgeprobes仅可用于测量锥头阻力(比贯入阻力)的传感器。3.4双桥探头doublebr可用于测量锥头阻力(静力触探端阻)和侧壁摩阻力(侧壁单位摩阻力)的传3.5孔压静力探头piezo-coneprobes简称孔压探头，在探头中另安装透水滤器及测量孔隙水压力的传感元件，可测试探4.1静力触探仪的工作原理及用途静力触探仪的探头匀速地垂直压入土层，受到土层阻力使探头测量元件变形，转化为电信号输出，再通过贯入阻力与土的工程地质特征之间的定性关系和统计相关关系，来实现取得土层剖面、提供浅基承载力、选择桩端持力层和预估单桩承载力等工程地质2勘察目的。4.2结构与分类静力触探仪由探头、探杆、测量仪表等组成。静力触探仪的探头按其结构和功能可分为单桥探头(图1)、双桥探头(图2)和孔压探头(图3)。b)双桥探头和孔压探头的结构见图5。3静力触探仪探头外观应平整、光滑，无损伤及锈蚀，探杆应平直无弯曲。5.2探头几何尺寸探头几何尺寸应符合表1、表2中的规定。直径D₁/mm锥角基本尺寸公差基本尺寸公差00士0.350面积(锥头/侧壁)直径D₁/mm圆柱部分长度锥头与摩擦筒间距H/锥角α₁直径D₂/mm长度L₂/mm表面积公差公差公差00000十0.25045.3绝缘电阻探头绝缘电阻应大于500MΩ。5.4静力触探仪计量性能具有力值单位显示功能的静力触探仪按表3中Ⅱ检测，其余类型按I检测。IⅡ直线度士1.0%FS士1.0%FS滞后士1.0%FS6校准条件6.1环境条件a)校准时环境条件应满足：(10～30)℃,相对湿度≤80%。b)校准时周围应无影响校准的振动、电磁场或其他干扰源。6.2校准用设备校准用标准器具和校准项目见表4。序号标准器具校准项目10.3级23万能角度尺测量范围(0～320)°分度值为5'40.2级510级67.1外观检查通过目测进行检查，应符合5.1的要求。5用游标卡尺和万能角度尺分别测量探头的几何尺寸，测量结果应符合5.2的要求。7.3探头绝缘电阻试验绝缘电阻测试仪选择电压50V或100V,分别与探头的电路及本体连接，测量二者之间的绝缘电阻，测量结果应符合5.3的要求。a)正确连接静力触探仪的探头和测量仪表，预热(10～15)min,记录静力触探b)将专用上、下压头装在探头上，以确保负荷通过压头轴线，安全作用在探上、下压头如附录A所示，上压头按图A.1加工，以便与探头紧密结合；下压头c)调整探头、校准框架和标准测力仪，使三者的中心线重合(参见图6)。图6锥头阻力校准示意图图7侧壁摩阻力校准示意图d)施加三次预负荷，对于新探头，可多次预压到额定负荷以减少传感元件残余应力。根据静力触探仪探头的额定负荷确定校准最大负荷，在逐级加(卸荷)过程之中，e)仪表清零，沿探头受力轴线缓慢逐级加、卸荷，至各校准点保持稳定后记录相应进程示值，至测量上限后逐点递减卸除标准力值，至各校准点保持稳定后记取相应回程示值。该校准过程连续进行3次。校准初始负荷点为10%FS,校准点不少于5点，推荐为8点，各点应大致均匀分布。6f)根据上述检定结果，直线度、重复性、滞后误差、示值误差技术指标按式(1)~(4)计算(参见图8)。直线度：重复性：滞后：示值误差：式中：θ₁——进程平均校准曲线与平均端点直线偏差的最大值，mV或kN、MPa;θg进程重复校准时各负荷点输出极差的最大值，mV或kN、MPa;θn回程平均校准曲线与进程平均校准曲线偏差的最大值，mV或kN、MPa;0;——静力触探仪探头的额定输出值，mV或kN、MPa;F——具有力值单位显示功能静力触探仪的显示值，kN;F,——施加的标准负荷值，kN;F——静力触探仪探头的额定负荷，kN。输出信号77.4.2静力触探仪双桥探头7.4.2.1锥头阻力校准锥头阻力Q。校准方法同7.4.1。实际应用中多用静力触探端阻qe,考虑锥头的投影面积A,q。按式(5)计算：7.4.2.2侧壁摩阻力校准检测时卸除锥头与原套筒，把侧壁上压头装在探头上，负荷通过侧壁上压头作用在传力杆上(侧壁阻力示意图参见图7,侧壁摩阻力检测配件如图A.2所示)。静力触探仪双桥侧壁阻力F。校准方法同7.4.1。实际应用中多用侧壁单位摩阻力f.,考虑双桥探头侧壁摩擦筒的表面积S,f,按7.4.2.3锥头阻力和侧壁摩阻力的直线度、重复性、滞后、示值误差锥头阻力和侧壁摩阻力的直线度、重复性、滞后、示值误差的计算同式(1)～式7.4.3静力触探仪孔压静力探头7.4.3.1锥头阻力和侧壁摩阻力的校准孔压探头的锥头阻力和侧壁摩阻力的校准步骤同7.4.2。7.4.3.2孔压指标的校准对探头孔压传感器的校准要在安装有专门校准装置的饱和器中进行(参见图9)。1—饱和液(水)容器；2—饱和室；3—探头；4—真空管路；5—真空压力表；6—真空泵；7—气压阀开关；8—气源开关；9—高压气瓶；10—高压气接入管；11—调压阀；12—真空阀开关；13—液(水)阀开关校准方法如下：1)将孔压探头安装在有专门校准装置的饱和器中进行饱和，饱和后不得将探头从8容器中取出。将孔压静探头连接到真空饱和容器内，密封抽真空至约一0.1MPa,保持60min以上，然后以负压吸入无气液体(一般为脱气水),使透水滤器及其孔压传感器相连的通道充分饱和。2)连接好探头、电缆和测量仪表，同时将仪表示值调零。3)将探头放入密封容器并向密封容器内逐级加压，压力大小由数字压力表读出，并记录仪表读数。4)以0.1MPa开始逐级加压，一般不少于5点，最大压力不宜超过1MPa。然后逐级卸压至零，记录仪表读数。重复此步骤3次。5)有关技术指标的计算同式(1)～式(4)。8校准结果表达校准后，出具校准证书。校准证书至少应包含以下信息：2)实验室名称和地址；3)证书或报告的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识；4)送校单位的名称和地址；5)被校对象的描述和明确标识；6)进行校准的日期，如果与校准结果的有效性和应用有关时，应说明被校对象的7)对校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；8)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明；9)校准环境的描述；10)校准结果及其测量不确定度；11)校准证书签发人的签名、职务或等效标识，以及签发日期。9校准周期校准时间间隔由用户根据使用情况自行确定，建议复校时间为3个月。锥尖上压头图A.2侧壁上压头图A.3下压头(开槽锁母底座)附录B校准证书内页格式校准结果直径D₁/mm锥角a₁/(°)侧壁长度L₁/mm试验力()进程示值()回程示值()绝缘电阻(Ω):B.2静力触探仪双桥探头校准结果投影面积A/cm²校准结果校准结果直径D₁/mm直径D₂/mm圆柱部分长度L₃/mm锥头阻力试验力回程示值试验力回程示值锥头阻力侧壁摩阻力绝缘电阻(Ω):下次校准需带此证书B.3静力触探仪孔压探头校准结果投影面积A/cm²校准结果校准结果直径D₁/mm直径D₂/mm圆柱部分长度L₃/mm长度L₂/mm表面积S/cm²锥角α₁/(°)锥头阻力侧壁摩阻力孔隙水压力力回程备注力回程备注压力回程备注绝缘电阻(Ω):附录C静力触探仪测量结果不确定度评定示例C.1静力触探仪静力触探端阻测量结果的不确定度评定C.1.1概述环境条件：温度：(10～30)℃,相对湿度≤80%。测量标准：0.3级标准测力仪。被测对象，静力触探仪。C.1.1.5测量过程：用0.3级标准测力仪测量静力触探仪锥头阻力，根据静力触探仪投影面积，计算静力触探仪静力触探端阻。C.1.1.6评定结果的使用：符合上述条件下的测量，一般可参照本评定方法。C.1.2测量模型在锥人阻力Q。校准时，考虑锥头的投影面积A,实际应用的是静力触探端阻qe,式中：A——锥头股影面积。C.1.3标准不确是度分量的评定C.1.3.1输入量Q.的不确定度输入量Q。的不确定度主要是由测量的重复性和标准测力仪的准确度引起的。两者独立互不相关，前者以A类方法进行评定，后者可以由标准测力仪的证书以B类方法评定。C.1.3.1.1选取一个SQ-10Y静力触探仪为试验对象(其A=10cm²),在重复性条件下对静力触探仪锥头施加载荷4MPa,测量3次，得到Q.如表C.1所示。序号(i)123取3次测量平均值，则：Q。=4.009kN。单次试验标准差以极差法计算(系数C=1.69):s=0.008kN/1.69=0.0047kN。由于在实际测量中Q。测量3次，因此，C.1.3.1.2由标准测力仪引入的不确定度，估计为均匀分布，因准确度引入的不确定C.1.3.1.3输入量Q.的标准不确定度u(Qa)的评定u(Q)=√u{(Q₀)+u(Q)=√0.0027²+0.0069²kN=0.0074kNC.1.3.2输入量A的不确定度u(A)的评定其不确定度主要来源于表2双桥探头直径D₁公差导致投影面积产生的允差。双桥探头直径D₁的基本尺寸为35.7mm,下偏差为0mm,上偏差为+0.18mm,由此产生投影面积的下偏差为0.00cm²,上偏差为,估计为均匀分布，其引入的不确定度分量为：C.1.4合成标准不确定度评定C.1.4.1灵敏系数由测量模型:C.1.4.2标准不确定度汇总标准不确定度汇总见表C.2。表C.2标准不确定度汇总表分量u(x;)不确定度标准不确定度%以及标准测力仪的准确度最大允许误差C.1.4.3合成标准不确定度的计算由于各输入量彼此独立，互不相关，因此：u²(qe)=[c₁u(Qa)]²+[czu(C.1.5扩展不确定度的评定取包含因子k=2,则Um=k·ueC.1.6测量结果不确定度的报告与表示静力触探仪静力触探端阻在4MPa检测点的测量结果扩展不确定度为Um=0.4%,C.2静力触探仪侧壁探头侧壁单位摩阻力测量结果的不确定度评定C.2.1概述C.2.1.2环境条件：温度：(10～30)℃,相对湿度≤80%。C.2.1.3测量标准：0.3级标准测力仪。C.2.1.4被测对象：静力触探仪。C.2.1.5测量过程：用0.3级标准测力仪测量静力触探仪侧壁阻力，根据静力触探仪摩擦筒的表面积，计算静力触探仪侧壁单位摩阻力。C.2.1.6评定结果的使用：符合上述条件下的测量，一般可参照本评定方法。C.2.2测量模型在静力触探仪双桥侧壁阻力F。校准时，考虑双桥探头侧壁摩擦筒的表面积S,实际应用的是侧壁单位摩阻力f.,按下式计算：f₃——探头侧壁单位摩阻力；F,——双桥探头侧壁阻力；S双桥探头侧壁摩擦筒的表面积。C.2.3标准不确定度分量的评定C.2.3.1输入量F,的不确定度u(F,)主要是由测量的重复性和标准测力仪的准确度引起的。两者独立互不相关，前者可以A类方法进行评定，后者可以由标准测力仪的证书以B类方法评定。C.2.3.1.1选取一个SQ-10Y静力触探仪为试验对象(其S=200cm²),在重复性条件下对静力触探仪双桥探头侧壁施加至100kPa,测量3次，得到F。如表C.3所示。序号(i)123取3次测量平均值，则：F,=2.000kN。单次试验标准差以极差法计算(系数C=1.69):s=0.004kN/1.69=0.0024kN。由于在实际测量中F。测量3次，因此，C.2.3.1.2由标准测力仪引入的不确定度，估计为均匀分布，因准确度引入的不确定度分量为：C.2.3.1.3输入量F,的标准不确定度u(F,)的评定：u(F₃)=√u}(F,)+ui(F,)=√0.0014²+0.0035²kN=0.0038kNC.2.3.2输入量S的不确定度u(S)的评定其不确定度主要来源于表2双桥探头摩擦筒直径D₂公差和摩擦筒长度公差导致表面积产生的允差。双桥探头直径D₂的基本尺寸为35.7mm,下偏差为0mm,上偏差为+0.18mm;摩擦筒长度的基本尺寸为179mm,下偏差为一0.90mm,上偏差为+0.90mm;由此产生投影面积的下偏差为：π(3.57×17.81-3.57×17.9)=-1cm²,上偏差为π(3.588×17.99-3.57×17.9)=+2cm²,估计为均匀分布，其引入的不确定度分量为：C.2.4合成标准不确定度的评定C.2.4.1灵敏系数由测量模型得：C.2.4.2标准不确定度汇总标准不确定度汇总见表C.4。表C.4标准不确定度汇总表分量u(x;)不确定度标准不确定度%以及标准测力仪的准确度最大允许误差C.2.5合成标准不确定度的计算由于各输入量彼此独立，互不相关，因此：u²(qe)=[c₁u(Qa)]²+[c₂u(C.2.6扩展不确定度的评定取包含因子k=2,则Um=k·ue=C.2.7测量结果不确定度的报告与表示静力触探仪双桥侧壁探头侧壁单位摩阻力在100kPa检测点的测量结果扩展不确定度为U=1.0%,k=2。C.3静力触探仪孔压探头压力误差测量结果的不确定度评定C.3.1概述C.3.1.2环境条件：温度：(10～30)℃,相对湿度≤80%。C.3.1.3测量标准：0.2级精密压力表，测量范围：(-0.1～1.6)MPa。C.3.1.4被测对象：静力触探仪孔压探头。C.3.1.5测量过程：将孔压静探头连接到真空饱和容器内，密封抽真空60min以上，抽真空-0.1MPa,然后以负压吸入无气液体(一般为脱气水),使透水滤器及其孔压传感器相连的通道充分饱和。对探头逐级加压，记录仪表读数，然后逐级卸荷，记录仪表读数，重复测量3次。C.3.1.6评定结果的使用：符合上述条件下的测量，一般可参照本评定方法。C.3.2测量模型P静力触探仪孔压探头指示装置示值平均值，MPa;C.3.3灵敏系数C.3.4标准不确定度分量的评定C.3.4.1输入量P的标准不确定度u(P)的评定其不确定度来源主要是测量重复性引入的不确定度u₁(P),可以A类方法评定u₁(P);还来源于指示