测斜仪新旧版标准的分析与比较

陈欣刚 ，郭 唯 ，班 莹

（1. 水利部水文仪器及岩土工程仪器质量监督检验测试中心，江苏 南京 210012；2. 水利部南京水利水文自动化研究所，江苏 南京 210012）

0 引言

标准 SL 362—2006《大坝观测仪器 测斜仪》（以下简称旧版标准）已经发布使用十几年。随着人类科技进步和社会科学技术的发展，测斜仪出现了很多新型测量技术，原来不为人知的微电子机械式和光纤光栅式测斜仪经过专业技术人员的不断努力，测量技术指标得到长足进步，而且由于新类型测斜仪在技术上的优点，越来越引起人们的广泛关注。随着新类型测斜仪不断被完善，在很多工程上得以应用，弥补了一些传统类型测斜仪的使用缺点，也取得了较好的经济效益。但是对于这些新类型的仪器，我国现有标准未对其进行完全的涵盖。目前我国也尚缺此类新型测斜仪的国家或行业标准，不能对仪器的生产厂家进行有效的质量控制，无法保证出厂产品质量及仪器使用工程的安全。因此，需要尽快建立起测斜仪新的相关标准，为产品质量监督提供技术依据。

经过几年努力，测斜仪的新版国家标准已于2019 年颁布，标准为 GB/T 38204—2019《岩土工程仪器 测斜仪》（以下简称新版标准），由水利部水文仪器及岩土工程仪器质量监督检验测试中心、水利部南京水利水文自动化研究所和江苏南水科技有限公司联合起草。新版标准对原有的水利行业标准即SL 362—2006《大坝观测仪器 测斜仪》进行了补充及完善，升级成国家标准，增加了新类型测斜仪[1]，丰富了标准内容，完善了标准体系，更加符合我国现有行业使用现状。

为使水利工作者能更快更好地理解新版测斜仪国家标准，有必要对新版标准内容的编制过程及方法进行简要介绍，并对新旧两版标准进行较为细致地分析和比较。

1 新版标准的编制依据和原则

GB/T 38204—2019《岩土工程仪器 测斜仪》，是依据水利部“水利技术标准编制项目五年规划”和《水利技术标准体系表》编制的。

标准编制应遵照“统一性、协调性、适用性、一致性、规范性”[2]的原则，尽量与国际通行标准接轨，重视标准的可操纵性。新版标准严格依照GB/T 1.1—2009《标准化工作导则 第 1 部分：标准的结构和编写规则》的规定进程编写和表述。

2 新旧版标准之间的区别

2.1 适用范围方面

旧版标准为“适用于岩土工程中用以测量建筑物、土体或岩石的侧向和水平变形的活动式、固定式测斜仪。”[3]1新标准为“适用于大坝、边坡、基坑、港口及地下建筑工程等土木工程中安全监测使用的测斜仪。”[4]1新版标准在旧版标准适用范围的基础上进行了扩展，对旧版标准的技术内容进行了拓宽。由于增加了其他行业的使用范围，新版标准面向的对象更加全面，面向的行业更加多样，所以新版标准的名称修改为《岩土工程仪器 测斜仪》。

2.2 引用文件方面

新版标准根据近年来新修订及增加的标准，对旧版标准的引用文件做了补充和完善，增加了以下引用文件和标准：1）GB/T 5080.7《设备可靠性试验 恒定失效率假设下的失效率与平均无故障时间的验证试验方案》；2）GB/T 6388《运输包装收发货标志》；3）GB/T 9969《工业产品使用说明书 总则》；4）GB/T 13384《机电产品包装通用技术条件》；5）GB/T 24105《岩土工程仪器基本环境试验条件及方法》；6）GB/T 24106—2009《岩土工程仪器术语及符号》；7）JJF 1001《通用计量术语与定义》。

2.3 术语和定义方面

旧版标准未定义专门的技术术语，新版标准则根据新的技术内容增加了“综合误差”的定义，定义为“测值与约定真值之间的最大偏差，用其占满量程输出的百分比表示。”[4]1增加综合误差定义的原因，是与 GB/T 24106—2009《岩土工程仪器术语及符号》中的定义有所区别。《岩土工程仪器术语及符号》中 2.8.21 综合误差，定义为“振弦式传感器进程平均校准曲线和回程平均校准曲线二者与工作特性的最大偏差中的最大者，是反映振弦式传感器的综合性能指标。用满量程输出的百分比表示。”[5]从两者叙述中可见综合误差在 2 个标准中的定义是完全不同的，具体如下：

1）针对的对象不同。《岩土工程仪器术语及符号》中综合误差仅仅针对振弦式传感器而言；新版标准针对的是所有类型的测斜仪，不仅仅是振弦式仪器，定义的范围更加宽广。

2）计算方法不同。《岩土工程仪器术语及符号》中综合误差，是通过最小二乘法对仪器进行线性拟合后计算的偏差值；新版标准中综合误差，是直接比较计算角度值和标准角度值的相对误差。

2.4 分类及组成方面

新版标准对测斜仪从以下 2 个方面进行划分：

1）按照工作方式划分。可分为活动式、固定式测斜仪，这与旧版标准保持一致，没有任何变化。

2）按照工作原理划分。可分为电阻应变片式、伺服加速度计式、振弦式、电解液式、微电子机械式、光纤光栅式等测斜仪。

新版标准相对于旧版标准在原有的前 4 类测斜仪基础上增加了微电子机械式和光纤光栅式 2 类新类型测斜仪。同时还增加了测斜仪产品组成，如“测斜仪主要由探头、电缆及测量仪表等部分组成。测斜仪应具有与测量仪表相配套的标准接口，如无标准接口应提供相应的接线说明。”[4]2完善了旧版标准缺少仪器组成这一内容，并在仪器的接口方面对生产厂商提出了要求，方便用户使用及后期维护。

2.5 基本性能参数方面

新版标准规定，测斜仪的基本性能参数应符合表1[4]2的规定。

新版标准在仪器的基本性能参数方面重新提出了要求，和旧版标准主要在仪器测量精度上的要求区别较大。新版标准提出的是综合误差指标，旧版标准提出的是符合度指标。符合度是指生产厂商在生产时，已经对仪器做了标定，给出了仪器测量角度的计算公式和率定系数。在检验部门进行检验时默认生产厂商提供的仪器率定系数，对仪器再次做同样的标定，并将测量数据代入到生产厂商提供的角度计算公式中，计算仪器测量角度相对于标准值所占满量程输出的误差。检验时复核生产厂家所给的角度计算公式和仪器系数。如果是直接测得角度的测斜仪在这种检验方法下，显然更占优势，因为生产厂商在生产时，可以用软件对仪器的测量数据进行处理，使得仪器的测量精度更高。这会对一些没有进行输出数据处理的厂家造成不公平，不在同一“起跑线”上。新版标准没有规定厂家是否进行数据处理，因为使用时用户只关心仪器测量是否准确，至于是否进行数据处理就不显得那么重要。新版标准考虑到现有的实际使用情况，只要求厂家都给出实际的角度值，如果有些仪器不能实际测出角度，则应给出角度的计算公式。检测人员只要计算测斜仪的测量角度值和真实角度值的相对误差，就可以得出仪器的测量精度，体现出标准的公平、公正及公开的特性。

表1 测斜仪的基本性能参数

新版标准还修订了不同类型测斜仪的测量范围，对原有的不符合实际使用的测量范围做了修改，其他的，如不重复度和迟滞指标也根据国家标准的实际使用范围进行了调整。

2.6 绝缘电阻方面

新版标准规定：“除光纤光栅式测斜仪和内置防雷器件的测斜仪外，测斜仪测头的引出芯线与壳体之间的绝缘电阻应不小于 50 MΩ。”[4]3与旧版标准相比增加了测斜仪的类型，由于光纤光栅式和内置防雷器件的测斜仪，电气性能指标较为特殊，对高于自己供电电压较多时会损害仪器内部电路，故新版标准对其电气性能的指标进行了适当的降低。

2.7 防水密封性方面

新版标准规定：“测斜仪探头及电缆在不小于0.5 MPa 或规定的水压中静置 2 h，测头和电（光）缆应无渗漏，绝缘电阻应满足要求。”[4]3旧版标准规定：“测斜仪在 2 MPa 的水压下，电路和壳体之间的绝缘电阻值应大于 50 MΩ。”[3]2通过两者的条款比对，可以发现新版标准对仪器的防水密封性要求进行了降低，此条款在征求意见时，仪器供货方和使用方的意见较为突出。供货方即仪器生产厂商希望降低防水密封性的要求，因为考虑到 200 m 水压进行倾斜角度测量的情况极为罕见，如果以极端情况考核仪器，对仪器的要求太高，也对生产厂家的工艺和技术水平提出更高的要求，不利于产品制造成本的降低；使用方则认为，应该加严防水密封性指标的考核，有利于延长仪器的使用寿命。标准编制组综合考虑多方意见及国家标准使用范围较广的因素后，采用了现有国家标准中对岩土工程仪器的防水密封性指标要求，即 0.5 MPa 水压下。这样规定，也保证了新版标准与现有国家标准的一致性和延续性。

2.8 温度测量和影响误差方面

考虑到测斜仪的实际使用特点和生产厂商已增加了仪器温度测量功能，新版标准增加了仪器的温度测量和影响误差的指标。主要内容如下：

1）温度测量误差。具有测温功能的测斜仪，温度测量误差应不大于 ±0.5 ℃。

2）温度影响误差。测斜仪经过温度修正后，由温度引起的测量误差应不大于 0.04% FS/℃。

3 结语

新版标准的整个编制过程大约经历 2 a 的时间，从填写项目申报书提请立项，到编制任务的下达，形成编制组。然后是新版标准资料的收集、调研、检测试验等工作，到完成新版标准的编制大纲、征求意见稿、送审稿、报批稿等标准编制的各个阶段成果生成，期间经历了编制组内部讨论稿，行业内外广泛的征求意见，以及对各方意见的汇总和处理等多个环节。新版标准在征求意见阶段共发出征求意见函 87 份，收到 21 家单位及专家提出的意见和建议 74 条，采纳意见 44 条，部分采纳意见 9 条，不采纳意见 21 条。2016 年 1 月在南京召开了新版标准审查会，与会的各方专家对新版标准送审稿在仔细认真研讨的基础上，提出了 10 条审查意见，编制组经过细致研究和讨论，对标准重新修改及完善，最终形成新版标准的报批稿。目前新版标准已由国家标准化管理委员会正式发布，将于 2020 年1 月 1 日实施。新版标准虽然经历了多个环节，多名专家学者的共同参与、审批，但仍然会存在多种问题，希望通过此分析比较与各方加强沟通与交流，促使我国的标准化体系得到不断完善。