夏 康

(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)

1 序言

GB/T13606-2007《土工試驗儀器巖土工程儀器振弦式傳感器通用技術(shù)條件》是我國關(guān)于振弦式傳感器技術(shù)領(lǐng)域出臺的首個產(chǎn)品國家標(biāo)準(zhǔn)，其頒布實施至今已超過六年了，客觀地講，該標(biāo)準(zhǔn)對統(tǒng)一行業(yè)內(nèi)外各種振弦式產(chǎn)品專業(yè)技術(shù)的要求發(fā)揮了一定作用。但不可否認的是由于種種歷史原因，該標(biāo)準(zhǔn)自身也因為存在著不少缺陷而引起一些爭議，在此，筆者就此提出了一些自己的技術(shù)見解和體會，希望對該標(biāo)準(zhǔn)在今后的修訂中能夠得以完善。

2 主要技術(shù)缺陷

2.1 術(shù)語定義方面

該標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)術(shù)語定義方面和現(xiàn)行的傳感器國標(biāo)的定義不協(xié)調(diào)。GB/T 13606-2007在術(shù)語方面基本延續(xù)了GB/T 13606-1992版標(biāo)準(zhǔn)的術(shù)語及定義，由于傳感器技術(shù)及計量測試技術(shù)的發(fā)展，其術(shù)語也有了比較大的變化，但是GB/T 13606-2007版的標(biāo)準(zhǔn)卻沒有對此予以體現(xiàn)，這不能不說是很遺憾的事情。具體來說:體現(xiàn)在分辨力、不重復(fù)度、非線性度這幾個術(shù)語，和現(xiàn)行的傳感器標(biāo)準(zhǔn)并不一致。

(1)分辨力指的是傳感器在規(guī)定測量范圍內(nèi)可能檢測出的被測量的最小變化量，它是一個帶有量綱的絕對量概念。傳感器的分辨力是指傳感器可能感受到的被測量的最小變化的能力。也就是說，如果輸入量從某一非零值緩慢地變化，當(dāng)輸入變化值未超過某一數(shù)值時，傳感器的輸出不會發(fā)生變化，即傳感器對此輸入量的變化是分辨不出來的;只有當(dāng)輸入量的變化超過分辨力時，其輸出才會發(fā)生變化。通常傳感器在滿量程范圍內(nèi)各點的分辨力并不相同，因此常用滿量程中能使輸出量產(chǎn)生階躍變化的輸入量中的最大變化值作為衡量分辨力的指標(biāo)。上述指標(biāo)若用滿量程的百分比表示，則稱為分辨率。而在標(biāo)準(zhǔn)中，無論是該指標(biāo)的定義還是計算方法都和此定義矛盾，如果按照標(biāo)準(zhǔn)中的定義的話，不應(yīng)叫做分辨力，而應(yīng)叫做分辨率更恰當(dāng)。

(2)不重復(fù)度這個詞如果從其在GB/T 13606-2007中的定義來看和GB/T18459-2001《傳感器主要靜態(tài)性能指標(biāo)計算方法》中重復(fù)性的定義幾乎完全一致，實際上就是重復(fù)性;無論是在傳感器通用術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)還是有關(guān)計量的規(guī)程中都是用重復(fù)性來表示連續(xù)多次測量所得結(jié)果之間的一致性，所以這里似乎沒必要為了行業(yè)上的習(xí)慣用法而重新產(chǎn)生新的術(shù)語沖突。

(3)非線性度也是同樣的問題，GB/T18459-2001中沒有該術(shù)語，只有線性度的定義，即:正、反行程實際平均特性曲線相對于參比直線的最大偏差，用滿量程輸出的百分比來表示;隨著參比直線的不同，存在著多種線性度，如端基線性度、零基線性度、最小二乘線性度等。振弦式傳感器采用最小二乘直線作為其參比直線，所以其線性度應(yīng)該屬于最小二乘線性度。在GB/T13606-2007中非線性度的定義與GB/T18459-2001線性度的定義完全一樣，按照其在標(biāo)準(zhǔn)中的定義及計算方法來看的話，實際上也就是線性度，所以這里似乎應(yīng)該和傳感器的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)，采用線性度來表示為宜。

注:“不重復(fù)度”和“非線性度”過去在我國早期的誤差理論研究和相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用領(lǐng)域中，曾一度用“重復(fù)性誤差”和“直線性誤差”來描述，后來因為國家關(guān)于誤差理論標(biāo)準(zhǔn)的變化和修訂，才形成了現(xiàn)在這種表述形式。

2.2 技術(shù)要求方面

該標(biāo)準(zhǔn)在有關(guān)主要技術(shù)要求方面過于放松或偏低，這使得有些條款存在著明顯的技術(shù)問題，具體如下。

(1)穩(wěn)定性指標(biāo)從0.25%FS調(diào)到0.5%FS，下降了一倍。穩(wěn)定性指標(biāo)是傳感器最重要的指標(biāo)之一，振弦式傳感器經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，隨著科學(xué)技術(shù)及工藝的進步，本應(yīng)跟上國內(nèi)外科技進步的步伐，縮小和國外先進產(chǎn)品的差距，1992版的標(biāo)準(zhǔn)歷經(jīng)15年后的修訂，對此指標(biāo)也理應(yīng)做出更嚴格的規(guī)定，但遺憾的是不但沒有提高指標(biāo)，反而將此指標(biāo)降低了一倍，這不能不說是一大缺憾。

(2)防水密封性指標(biāo)要求明顯偏低。防水密封性是振弦式傳感器另一重要的特性指標(biāo)，振弦式傳感器的工作環(huán)境一般是安裝在水工建筑物的表面，或埋設(shè)在水工建筑物的內(nèi)部監(jiān)測應(yīng)力、應(yīng)變、位移等參數(shù)，這就要求傳感器在比較惡劣的環(huán)境特別是在有一定的水壓的情況下，能正常工作;所謂正常工作，指的是在其工作壽命期間能夠正常運行，并能保持其精度不變，此外其絕緣性能也應(yīng)保持不變。這就要求傳感器內(nèi)部及其聯(lián)接導(dǎo)線在周圍具有一定水壓的環(huán)境下不能進水，作為技術(shù)要求，防水密封性指標(biāo)只要求傳感器在水下能正常工作2小時，明顯要求過低，滿足不了傳感器在實際使用中的需要。

2.3 附錄A方面

該標(biāo)準(zhǔn)的附錄A所給出的技術(shù)內(nèi)容也存在不少問題，具體如下:

(1)缺校準(zhǔn)曲線擬合示意圖。GB/T13606-1992版的國標(biāo)里面在計算方法中有一張校準(zhǔn)曲線圖，這張圖里顯示了通過最小二乘法擬合的校準(zhǔn)曲線及各種技術(shù)指標(biāo)在圖上的示意計算方法。振弦式傳感器的各項技術(shù)指標(biāo)的計算方法應(yīng)該說是比較復(fù)雜的，很多業(yè)內(nèi)人士都理解得不盡正確，有了圖對標(biāo)準(zhǔn)的使用者來說就相對比較容易理解有關(guān)最小二乘法的計算方法了，否則只看到計算公式，會很難理解每個指標(biāo)符號的正確含義，理解發(fā)生偏差直接就會導(dǎo)致指標(biāo)計算的錯誤。實際上，最好的方法是附上有關(guān)的具體計算示例，這樣在計算相關(guān)技術(shù)指標(biāo)時就不容易產(chǎn)生錯誤了。但是GB/T13606-2007版的國標(biāo)卻刪掉了該圖，這樣給該標(biāo)準(zhǔn)的使用上帶來了一些不便。

(2)擬合公式存在嚴重問題。工作特性方程有誤:作為振弦式傳感器最經(jīng)典的工作特性方程應(yīng)該是線性擬合方程Pi=kN+C，其擬合采用的直線是最小二乘直線，即:通過最小二乘法率定出工作直線，將這條直線作為傳感器的定量關(guān)系直線。而標(biāo)準(zhǔn)中的給出的工作特性方程卻是Pi=kN+b(Tt－Ti)+C，然后是一系列的技術(shù)指標(biāo)計算方法。按照這個工作特性方程來擬合直線，兩個自變量，一個因變量，明顯是不可能的。退一步講，將這個方程用在實際中對溫度影響的修正到是有一定的可能性。實際上，在傳感器的設(shè)計中，設(shè)計者就已經(jīng)考慮到溫度影響這一因素，在零件材料選擇上，除盡量考慮達到傳感器機械結(jié)構(gòu)自身的熱平衡外，從結(jié)構(gòu)設(shè)計和裝配技術(shù)上不斷地調(diào)整零件的幾何尺寸和相對固定位置，以取得最佳的補償結(jié)果。這樣經(jīng)過精心設(shè)計和嚴格的生產(chǎn)工藝流程生產(chǎn)出來的傳感器在實際使用中也是不需要額外再進行溫度補償?shù)?。由此可見，在?biāo)準(zhǔn)中只需提及用于校準(zhǔn)的工作特性方程即可。

3 意見及建議

綜上所述，GB/T13606-2007的部分技術(shù)內(nèi)容確實存在著一些問題，本著認真負責(zé)和科學(xué)求實的精神，筆者希望通過本文的探討，能夠引起標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)各方的重視，并盡快將該標(biāo)準(zhǔn)納入水利部的標(biāo)準(zhǔn)制修訂計劃之中，同時，在組織對該標(biāo)準(zhǔn)的修訂中，建議能夠與時俱進，及時將近些年振弦式傳感器產(chǎn)品制造工藝技術(shù)應(yīng)用技術(shù)和科學(xué)發(fā)展的新成果吸收進來，從而將該標(biāo)準(zhǔn)修訂得更為合理及完善。

總之，筆者力圖在此拋磚引玉，希望能為該標(biāo)準(zhǔn)未來的修訂提供一些有價值的參考意見。

［1］GB/T 18459-2001傳感器主要靜態(tài)性能指標(biāo)計算方法．中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007-09-01．

［2］GB/T 7665-2005傳感器通用術(shù)語．中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006-02．

［3］GB/T 15406巖土工程儀器基本參數(shù)及通用技術(shù)條件．中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2007-09-01．

［4］JJF1001-2011通用計量術(shù)語及定義．中國計量出版社，2011-07-20．