測斜儀新舊版標準的分析與比較

陳欣剛 ，郭 唯 ，班 瑩

（1. 水利部水文儀器及巖土工程儀器質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心，江蘇 南京 210012；2. 水利部南京水利水文自動化研究所，江蘇 南京 210012）

0 引言

標準 SL 362—2006《大壩觀測儀器 測斜儀》（以下簡稱舊版標準）已經(jīng)發(fā)布使用十幾年。隨著人類科技進步和社會科學技術(shù)的發(fā)展，測斜儀出現(xiàn)了很多新型測量技術(shù)，原來不為人知的微電子機械式和光纖光柵式測斜儀經(jīng)過專業(yè)技術(shù)人員的不斷努力，測量技術(shù)指標得到長足進步，而且由于新類型測斜儀在技術(shù)上的優(yōu)點，越來越引起人們的廣泛關注。隨著新類型測斜儀不斷被完善，在很多工程上得以應用，彌補了一些傳統(tǒng)類型測斜儀的使用缺點，也取得了較好的經(jīng)濟效益。但是對于這些新類型的儀器，我國現(xiàn)有標準未對其進行完全的涵蓋。目前我國也尚缺此類新型測斜儀的國家或行業(yè)標準，不能對儀器的生產(chǎn)廠家進行有效的質(zhì)量控制，無法保證出廠產(chǎn)品質(zhì)量及儀器使用工程的安全。因此，需要盡快建立起測斜儀新的相關標準，為產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督提供技術(shù)依據(jù)。

經(jīng)過幾年努力，測斜儀的新版國家標準已于2019 年頒布，標準為 GB/T 38204—2019《巖土工程儀器 測斜儀》（以下簡稱新版標準），由水利部水文儀器及巖土工程儀器質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心、水利部南京水利水文自動化研究所和江蘇南水科技有限公司聯(lián)合起草。新版標準對原有的水利行業(yè)標準即SL 362—2006《大壩觀測儀器 測斜儀》進行了補充及完善，升級成國家標準，增加了新類型測斜儀[1]，豐富了標準內(nèi)容，完善了標準體系，更加符合我國現(xiàn)有行業(yè)使用現(xiàn)狀。

為使水利工作者能更快更好地理解新版測斜儀國家標準，有必要對新版標準內(nèi)容的編制過程及方法進行簡要介紹，并對新舊兩版標準進行較為細致地分析和比較。

1 新版標準的編制依據(jù)和原則

GB/T 38204—2019《巖土工程儀器 測斜儀》，是依據(jù)水利部“水利技術(shù)標準編制項目五年規(guī)劃”和《水利技術(shù)標準體系表》編制的。

標準編制應遵照“統(tǒng)一性、協(xié)調(diào)性、適用性、一致性、規(guī)范性”[2]的原則，盡量與國際通行標準接軌，重視標準的可操縱性。新版標準嚴格依照GB/T 1.1—2009《標準化工作導則 第 1 部分：標準的結(jié)構(gòu)和編寫規(guī)則》的規(guī)定進程編寫和表述。

2 新舊版標準之間的區(qū)別

2.1 適用范圍方面

舊版標準為“適用于巖土工程中用以測量建筑物、土體或巖石的側(cè)向和水平變形的活動式、固定式測斜儀。”[3]1新標準為“適用于大壩、邊坡、基坑、港口及地下建筑工程等土木工程中安全監(jiān)測使用的測斜儀。”[4]1新版標準在舊版標準適用范圍的基礎上進行了擴展，對舊版標準的技術(shù)內(nèi)容進行了拓寬。由于增加了其他行業(yè)的使用范圍，新版標準面向的對象更加全面，面向的行業(yè)更加多樣，所以新版標準的名稱修改為《巖土工程儀器 測斜儀》。

2.2 引用文件方面

新版標準根據(jù)近年來新修訂及增加的標準，對舊版標準的引用文件做了補充和完善，增加了以下引用文件和標準：1）GB/T 5080.7《設備可靠性試驗 恒定失效率假設下的失效率與平均無故障時間的驗證試驗方案》；2）GB/T 6388《運輸包裝收發(fā)貨標志》；3）GB/T 9969《工業(yè)產(chǎn)品使用說明書 總則》；4）GB/T 13384《機電產(chǎn)品包裝通用技術(shù)條件》；5）GB/T 24105《巖土工程儀器基本環(huán)境試驗條件及方法》；6）GB/T 24106—2009《巖土工程儀器術(shù)語及符號》；7）JJF 1001《通用計量術(shù)語與定義》。

2.3 術(shù)語和定義方面

舊版標準未定義專門的技術(shù)術(shù)語，新版標準則根據(jù)新的技術(shù)內(nèi)容增加了“綜合誤差”的定義，定義為“測值與約定真值之間的最大偏差，用其占滿量程輸出的百分比表示?！盵4]1增加綜合誤差定義的原因，是與 GB/T 24106—2009《巖土工程儀器術(shù)語及符號》中的定義有所區(qū)別?！稁r土工程儀器術(shù)語及符號》中 2.8.21 綜合誤差，定義為“振弦式傳感器進程平均校準曲線和回程平均校準曲線二者與工作特性的最大偏差中的最大者，是反映振弦式傳感器的綜合性能指標。用滿量程輸出的百分比表示?！盵5]從兩者敘述中可見綜合誤差在 2 個標準中的定義是完全不同的，具體如下：

1）針對的對象不同?！稁r土工程儀器術(shù)語及符號》中綜合誤差僅僅針對振弦式傳感器而言；新版標準針對的是所有類型的測斜儀，不僅僅是振弦式儀器，定義的范圍更加寬廣。

2）計算方法不同。《巖土工程儀器術(shù)語及符號》中綜合誤差，是通過最小二乘法對儀器進行線性擬合后計算的偏差值；新版標準中綜合誤差，是直接比較計算角度值和標準角度值的相對誤差。

2.4 分類及組成方面

新版標準對測斜儀從以下 2 個方面進行劃分：

1）按照工作方式劃分?？煞譃榛顒邮健⒐潭ㄊ綔y斜儀，這與舊版標準保持一致，沒有任何變化。

2）按照工作原理劃分。可分為電阻應變片式、伺服加速度計式、振弦式、電解液式、微電子機械式、光纖光柵式等測斜儀。

新版標準相對于舊版標準在原有的前 4 類測斜儀基礎上增加了微電子機械式和光纖光柵式 2 類新類型測斜儀。同時還增加了測斜儀產(chǎn)品組成，如“測斜儀主要由探頭、電纜及測量儀表等部分組成。測斜儀應具有與測量儀表相配套的標準接口，如無標準接口應提供相應的接線說明。”[4]2完善了舊版標準缺少儀器組成這一內(nèi)容，并在儀器的接口方面對生產(chǎn)廠商提出了要求，方便用戶使用及后期維護。

2.5 基本性能參數(shù)方面

新版標準規(guī)定，測斜儀的基本性能參數(shù)應符合表1[4]2的規(guī)定。

新版標準在儀器的基本性能參數(shù)方面重新提出了要求，和舊版標準主要在儀器測量精度上的要求區(qū)別較大。新版標準提出的是綜合誤差指標，舊版標準提出的是符合度指標。符合度是指生產(chǎn)廠商在生產(chǎn)時，已經(jīng)對儀器做了標定，給出了儀器測量角度的計算公式和率定系數(shù)。在檢驗部門進行檢驗時默認生產(chǎn)廠商提供的儀器率定系數(shù)，對儀器再次做同樣的標定，并將測量數(shù)據(jù)代入到生產(chǎn)廠商提供的角度計算公式中，計算儀器測量角度相對于標準值所占滿量程輸出的誤差。檢驗時復核生產(chǎn)廠家所給的角度計算公式和儀器系數(shù)。如果是直接測得角度的測斜儀在這種檢驗方法下，顯然更占優(yōu)勢，因為生產(chǎn)廠商在生產(chǎn)時，可以用軟件對儀器的測量數(shù)據(jù)進行處理，使得儀器的測量精度更高。這會對一些沒有進行輸出數(shù)據(jù)處理的廠家造成不公平，不在同一“起跑線”上。新版標準沒有規(guī)定廠家是否進行數(shù)據(jù)處理，因為使用時用戶只關心儀器測量是否準確，至于是否進行數(shù)據(jù)處理就不顯得那么重要。新版標準考慮到現(xiàn)有的實際使用情況，只要求廠家都給出實際的角度值，如果有些儀器不能實際測出角度，則應給出角度的計算公式。檢測人員只要計算測斜儀的測量角度值和真實角度值的相對誤差，就可以得出儀器的測量精度，體現(xiàn)出標準的公平、公正及公開的特性。

表1 測斜儀的基本性能參數(shù)

新版標準還修訂了不同類型測斜儀的測量范圍，對原有的不符合實際使用的測量范圍做了修改，其他的，如不重復度和遲滯指標也根據(jù)國家標準的實際使用范圍進行了調(diào)整。

2.6 絕緣電阻方面

新版標準規(guī)定：“除光纖光柵式測斜儀和內(nèi)置防雷器件的測斜儀外，測斜儀測頭的引出芯線與殼體之間的絕緣電阻應不小于 50 MΩ?！盵4]3與舊版標準相比增加了測斜儀的類型，由于光纖光柵式和內(nèi)置防雷器件的測斜儀，電氣性能指標較為特殊，對高于自己供電電壓較多時會損害儀器內(nèi)部電路，故新版標準對其電氣性能的指標進行了適當?shù)慕档汀?/p>

2.7 防水密封性方面

新版標準規(guī)定：“測斜儀探頭及電纜在不小于0.5 MPa 或規(guī)定的水壓中靜置 2 h，測頭和電（光）纜應無滲漏，絕緣電阻應滿足要求?！盵4]3舊版標準規(guī)定：“測斜儀在 2 MPa 的水壓下，電路和殼體之間的絕緣電阻值應大于 50 MΩ?！盵3]2通過兩者的條款比對，可以發(fā)現(xiàn)新版標準對儀器的防水密封性要求進行了降低，此條款在征求意見時，儀器供貨方和使用方的意見較為突出。供貨方即儀器生產(chǎn)廠商希望降低防水密封性的要求，因為考慮到 200 m 水壓進行傾斜角度測量的情況極為罕見，如果以極端情況考核儀器，對儀器的要求太高，也對生產(chǎn)廠家的工藝和技術(shù)水平提出更高的要求，不利于產(chǎn)品制造成本的降低；使用方則認為，應該加嚴防水密封性指標的考核，有利于延長儀器的使用壽命。標準編制組綜合考慮多方意見及國家標準使用范圍較廣的因素后，采用了現(xiàn)有國家標準中對巖土工程儀器的防水密封性指標要求，即 0.5 MPa 水壓下。這樣規(guī)定，也保證了新版標準與現(xiàn)有國家標準的一致性和延續(xù)性。

2.8 溫度測量和影響誤差方面

考慮到測斜儀的實際使用特點和生產(chǎn)廠商已增加了儀器溫度測量功能，新版標準增加了儀器的溫度測量和影響誤差的指標。主要內(nèi)容如下：

1）溫度測量誤差。具有測溫功能的測斜儀，溫度測量誤差應不大于 ±0.5 ℃。

2）溫度影響誤差。測斜儀經(jīng)過溫度修正后，由溫度引起的測量誤差應不大于 0.04% FS/℃。

3 結(jié)語

新版標準的整個編制過程大約經(jīng)歷 2 a 的時間，從填寫項目申報書提請立項，到編制任務的下達，形成編制組。然后是新版標準資料的收集、調(diào)研、檢測試驗等工作，到完成新版標準的編制大綱、征求意見稿、送審稿、報批稿等標準編制的各個階段成果生成，期間經(jīng)歷了編制組內(nèi)部討論稿，行業(yè)內(nèi)外廣泛的征求意見，以及對各方意見的匯總和處理等多個環(huán)節(jié)。新版標準在征求意見階段共發(fā)出征求意見函 87 份，收到 21 家單位及專家提出的意見和建議 74 條，采納意見 44 條，部分采納意見 9 條，不采納意見 21 條。2016 年 1 月在南京召開了新版標準審查會，與會的各方專家對新版標準送審稿在仔細認真研討的基礎上，提出了 10 條審查意見，編制組經(jīng)過細致研究和討論，對標準重新修改及完善，最終形成新版標準的報批稿。目前新版標準已由國家標準化管理委員會正式發(fā)布，將于 2020 年1 月 1 日實施。新版標準雖然經(jīng)歷了多個環(huán)節(jié)，多名專家學者的共同參與、審批，但仍然會存在多種問題，希望通過此分析比較與各方加強溝通與交流，促使我國的標準化體系得到不斷完善。