仪器的检验与率定

单击此处编辑母版标题样式,#,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1,、,传感器的标定与方法,2,、监测仪器的现场检验与率定,3,、差阻式仪器的现场检验与率定,4,、振弦式仪器的现场检验与率定,5,、仪器的防水性能的检验,6,、电缆的检验,第四讲 仪器的现场检验与率定,从岩土工程监测看，内观法建立的测试系统都需要应用传感器，将输入的非电量的物理量（与位移、变形、力、压力等）转换为与之有确定对应关系的电量输出（如电流、电压、电阻、电容、频率等），以便测量、记录、处理物理量的变化。根据传感器的定义，这种转换是按照一定规律进行的，输入与输出之间有明确的对应关系，且满足一定的精度要求。,1,、在传感器制造完成后，需要给定一系列已知的物理量来确定输入与输出的关系,(,率定卡片含率定数据、图表及方程）及确定是否满足精度要求（合格证）。,2,、现场使用根据测定的电量变化，根据率定卡片给定的对应关系计算观测物理量。,第,1,节 传感器的标定与方法,第,1,节 传感器的标定与方法,2,传感器的标定,CALIBRATION,：,是指在明确传感器输入与输出关系的前提下，利用某种标准器具对传感器进行标度，通过试验,建立输入与输出之间的关系,，并,检验仪器性能及参数,的过程。,标定曲线：标定试验结果反映的传感器或测试系统输入,x,与输出,y,之间关系的曲线。标定曲线可以是线性的，也可是非线性的，但必须是单调和一一对应的。,标定系数：根据标定曲线拟合或回归后，得到的传感器输入与输出之间的数学表达式中的常数项。,一般来讲，对新研制或生产的传感器进行全面的技术验定，称为标定；将传感器在使用中或存储后进行的性能复测，称为校准，有时也称为检验。,传感器标定的原则：,1,、标定需要有,长期稳定且精度高的基准,；,2,、,精度的传递,：标定传感器时必须要有比被标定的传感器精度高的标准器，而该标准的精度还需要,比它精度更高,的标准器进行定期的标定。,3,、,工作环境的一致性,：传感器标定时的工作环境（如温度、湿度、气压、电压）等应与传感器使用时的工作环境基本一致。如：室温（,205,）、相对湿度,85,、大气压力（,101308,7998,）,Pa,。,4,、,标定的分级（分档,）：标定应分级进行，在全量程范围内应至少,分,5,10,个测点,，测点间距基本一致。,第,1,节 传感器的标定与方法,3,第,1,节 传感器的标定与方法,4,标定的目的：,1,、找出输入、输出之间的对应关系（包括数据、图表、方程、率定系数及影响系数）,2,、检验传感器的性能指标及传递特性是否满足要求。包括：量程、分辨率、精度、稳定性及传递特性（非线性度、滞后、重复性），参照已制定的标准，判断传感器是否合格。,复习：,线性度：,标定曲线与理想直线的接近程度。理想直线可用最小二乘法近似求得，若标定曲线与理想直线的最大偏差为,B,，全量程为,A,，则线性度为,B/A100,。,重复性：,标定过程可能分几个循环过程，进程或回程中在同一输入时，输出的最大差值与全量程的百分比。,滞后,(,滞迟性、回程误差）,：在相同测试条件下，当输入从小到大变换到反向的行程中，对同一输入值所得到的两个输出值之间的最大差值与全量程的百分比。,传感器标定（率定）的基本方法：,A,利用标准设备产生已知的标准值（如标准力、压力、位移等）作为输入量，输入到待标定的传感器中，得到传感器的输出量，然后将传感器的输出量与输入的标准量作比较，从而得到标定曲线。,如给弹簧秤加,标准砝码,进行标定。,B,用一个标准的测试系统，去观测未知的被测物理量，再用待标定的传感器测量同一被测物理量，将两个结果进行比较，得到传感器的标定曲线。,如用,天平,和弹簧秤同时观测一系列重物，一一对应形成标定曲线。,第,1,节 传感器的标定与方法,5,第,2,节,监测仪器的现场检验与率定,监测工程（,INSTRUMENTATION WORKS),的主要环节,1,、监测设计、监测工程招投标、合同签订等,2,、仪器的采购、运输、储存、保管,3,、仪器的现场检验与率定,4,、仪器安装的土建施工（如钻孔等）,5,、仪器的安装、埋设、调试、保护等,6,、初读数的取得与相关记录，,7,、日常观测、巡视与记录，随工程进展的电缆铺设,8,、资料整理分析与信息反馈,9,、工程竣工资料与运行期自动化监测的实施,岩土工程监测一般选用有多年生产历史及多个工程实践应用实例的正规仪器厂家的仪器设备，仪器出厂时都进行了各项检验与标定，并附有标定卡片及合格证。,但从仪器出厂到安装前还有运输、储存等环节，仪器的性能可能会发生变化。,岩土工程内部监测,中，,监测仪器大多在隐蔽的工作环境下长期运行。仪器一旦安装埋设之后，一般无法再进行检修和更换。因此，对所有将要埋设的仪器必须在现场进行全面的检验和率定。其主要的任务是：,(1),校核仪器出厂参数的可靠性。,(2),检验仪器工作的稳定性，以保证仪器性能长期稳定。,(3),检验仪器在搬运过程中是否损坏。,第,2,节,监测仪器的现场检验与率定,2,现场的常规检验：,监测仪器运到现场必须检验，常规检验的内容是：,(1),出厂时仪器资料参数卡片是否齐全，仪器数量与发货单是否一致。,(2),外观检查。仔细查看仪器外部有无损伤痕迹，锈斑等。,(3),用万用表测量仪器线路有无断线。,(4),用兆欧表测仪器本身的绝缘是否达到出厂值。,(5),用二次仪表试测一下仪器测值是否正常。,经检验，苦有上述缺陷者暂放一边，待以后详查。如发现有缺陷的仪器较多应退货或向厂商交涉处理。,第,2,节,监测仪器的现场检验与率定,3,监测仪器的,性能检验,包括（一般指差阻式仪器）：,1,、力学性能检验：变形（受力）与仪器输出的关系,如：端基线性度检验、非直线度检验；,不重复性检验、最小读数（分辨率）检验,2,、温度性能检验：含,0,电阻检验、温度系数检验等,3,、防水性能检验,4,、绝缘性能检验,4,、长期稳定性检验,5,、其它性能检验等。,第,2,节,监测仪器的现场检验与率定,4,第,2,节,监测仪器的现场检验与率定,5,一般对重要的监测工程，监测实施单位应在施工现场组建,监测试验室,，配备必要的仪器设备，在仪器安装埋设前对其进行检验和率定。一般需要配备的,检验率定设备,包括：,1,、万用电表、兆欧表,M,、百分表、千分表、水银温度计、湿度计、标准压力表、保温桶等通用仪表、设备。,2,、专用率定设备：大校正仪、小校正仪、一级活塞式压力计、压力率定罐、万能材料试验机等。,3,、二次仪表：比例电桥、频率计及其他读数装置。,4,、工具：扳手、钳子、起子、砝码、磁性表座等。,5,、附件及材料：垫片、液压油、纯净水、记录表等。,大、小校正仪,活塞式压力计,材料试验机,恒温水浴,压力罐,专业的率定设备,位移传感器的率定,第,3,节 差阻式仪器的现场检验与率定,3,、,1,概述,目前我国使用的差动电阻式仪器主要有：大小应变计、钢筋计、测缝计、渗压计、温度计、应力计、土压计等，二次仪表均为,水工比例电桥,。现场检验的内容包括力学性能检验、温度性能检验、防水性能检验、绝缘性能检验等。率定的内容有：最小读数,(,f,),、温度系数,(,),等。,A,、试验条件：,参比工作条件 室温稳定 湿度小于,80,。,B,、设备,：如前述校正仪、压力计、试验机、比例电桥等。,C,、注意事项,：,a,、应将仪器在参比工作条件下预先置放,24h,以上；,b,、将仪器安放在检验装置上时应控制电阻比的变化不大于,200.01,。,c,、检验前，应在测量范围上下限的,1.2,倍内预先拉压循环,3,次以上，直至测值稳定。,第,3,节 差阻式仪器的现场检验与率定,D,、率定的分档,：按不同仪器在仪器量程范围内确定测点数，使各测点的测值间距相等。,如：应变计可分为,7,9,档，间距,0.200.40mm,钢筋计可分为,6,9,档，间距,25,40MPa,压应力计可分为,6,档，间距,0.5,1.0MPa,测缝计可分为,7,12,档，间距,1.0mm,渗压计可分为,6,9,档，间距,20,200kPa,锚索测力计可按量程的,10,进行分档检验。,温度计可考虑按,0,、,35,、,70,进行检验,仪器的温度效应可按,0,、,20,、,40,进行检验,第,3,节 差阻式仪器的现场检验与率定,3.2,差阻式仪器检验的计算：,A,、端基线性度检验：,1,先将仪器下行至下限值（如应变计的压缩），量测电阻比之后，逐档上行，每档测试全程共测得,n,个电阻比，再向下逐档测试,n,个电阻比，共完成,3,个循环，计算如下指标：,1,）各点电阻比总平均值：,Z,a,i,(Z,u,i,+Z,d,i,)/2,Zu,i-i,档上行测值平均，,Zd,i-i,档下行测值平均,2,）各档测点的理论值计算：,Z,t,，,i,=z i/(n-1)+Z,a,，,i,i-,测点序号（,0-n-1),z-,量程上下限各自,6,次测值平均值之差。,3,）各测点电阻比测值的偏差计算：,i,Z a,i,Z t,，,i,4,）,仪器端基线性度误差,计算公式：,a,1,=,1,/z100,，,1,-,取,i,的最大值,。,第,3,节 差阻式仪器的现场检验与率定,B,、非直线度,a,2,的检验,a,2,=,2,/z100,2,为每一循环中，各测点上行及下行两个电阻比测值之间的偏差最大值。,C,、不重复性误差,a,3,的检验：,a,3,=,3,/z100,3,为三次循环中各测点上行及下行的各自三个电阻比测值之间的偏差最大值。,D,、最小读数,f,的检验：,相当于率定系数，对差阻式仪器，最小读数,f,为全量程的物理量变化除以全量程的电阻比输出,z,。如：,应变计：,f,L/L1/,z,其中,L,为全量程的变形量,mm,，,L,为应变计的标距,mm,。,第,3,节 差阻式仪器的现场检验与率定,最小读数,f,的检验：,钢筋计：,f,P/A1/z,P-,检验时的最大拉力,N,A-,钢筋计截面积,cm,2,测缝计：,f,L/z,L-,全量程的变形量,mm,渗压计：,f,P/z,P-,检验时的最大压强,kPa,最小读数,f,的误差计算：,a,f,（,f,T,f,i,）,/f,T,f,T,、,f,i,分别为 厂家和用户检验的,f,值。,E,、差阻式仪器的误差限要求,：,项目,a1,a2,a3,a f,限差,2,1,1,3,第,3,节 差阻式仪器的现场检验与率定,3.3,差阻式仪器的温度性能检验：,主要设备：双层保温桶、标准水银温度计、恒温水浴和水银导电表、水工比例电桥、,500V,直流兆欧表等。,A,、注意事项：,1,）试验,0,电阻时，仪器之间需铺,8,10cm,厚、直径小于,3cm,的碎冰层，保证仪器在,0,情况下恒温,2h,，测值稳定。,2,）试验温度系数时，仪器要侵入水下,5cm,，保证温度变化在,0.1,以内恒温,1h,，测值稳定。,3,）应在测记温度和电阻的同时，测量仪器的电阻比及绝缘电阻。,4,）、分档如下：温度计：,0,、,35,、,70,差阻式仪器：,0,、,20,、,40,、,60(,渗压计除外）,第,3,节 差阻式仪器的现场检验与率定,B,、,试验步骤,1),将若干冰块敲碎，冰块小于,30mm,备用。,2),恒温水浴底均匀铺满碎冰，厚,100mm,，把仪器横卧在冰上，仪器与浴壁不能接触，再覆盖,100mm,厚的碎冰，仪器电线线按上电桥的接线柱，把温度计插入冰中。向放好仪器的碎冰槽内注入自来水，水与冰的比例为,3,：,7,左右，恒温,2h,以上。,3)0,电阻测定每隔,10,分钟读一次温度和电阻值。并记下测值。连续三次读数不变后，结束,0,试验。得到零度时的电阻值,(Ro),。,4),再加入水或温水，搅动使温度升到,10,左右，恒温,30,分钟。保持,10,分钟读一次温度和电阻。连续测读了三次，结束该级温度测试。再加入温水搅匀，使温度保持恒温后读数。按上述办法，测四级。,温度系数,的计算：,式中,T i,各级实测温度，；,R i,各级实测电阻值，,；,R