趙花城，王為勝（.國(guó)家能源局大壩安全監(jiān)察中心，浙江杭州，3004；.國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司，江蘇南京，003）

已埋差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器工作狀態(tài)評(píng)價(jià)

趙花城1，王為勝2
（1.國(guó)家能源局大壩安全監(jiān)察中心，浙江杭州，310014；2.國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司，江蘇南京，210032）

DL/T1254-2013《差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器鑒定技術(shù)規(guī)程》對(duì)已埋差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器工作狀態(tài)的鑒定方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)作出了規(guī)定，為差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器的現(xiàn)場(chǎng)鑒定起指導(dǎo)性的作用。筆者對(duì)規(guī)程中的相關(guān)內(nèi)容做了簡(jiǎn)要介紹和必要的說(shuō)明，供業(yè)內(nèi)人員開(kāi)展相關(guān)工作時(shí)準(zhǔn)確理解和掌握。

差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器；工作狀態(tài)；評(píng)價(jià)

0　引言

差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器又稱為卡爾遜式儀器，是美國(guó)加利福尼亞大學(xué)的卡爾遜教授于1932年研制成功并用于安全監(jiān)測(cè)中。20世紀(jì)50年代中期，我國(guó)引進(jìn)該類型監(jiān)測(cè)儀器，應(yīng)用在佛子嶺、梅山、上猶江、流溪河等混凝土大壩，同時(shí)著手差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器的研制，自60年代開(kāi)始，國(guó)產(chǎn)的差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器廣泛應(yīng)用在各類水利水電工程的安全監(jiān)測(cè)中。監(jiān)測(cè)儀器與其他物件一樣，受結(jié)構(gòu)材料、元器件老化及變形等因素的影響，使儀器自身的性能發(fā)生變化，影響監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。對(duì)已埋入差動(dòng)電阻式儀器，如何鑒定并評(píng)價(jià)其工作狀態(tài)，雖在有關(guān)的監(jiān)測(cè)技術(shù)培訓(xùn)教材或叢書中已有所介紹，但一直沒(méi)有形成統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。為此，電力行業(yè)大壩安全監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)組織相關(guān)單位，編制完成了《差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器鑒定技術(shù)規(guī)程》。該標(biāo)準(zhǔn)適用于已安裝埋設(shè)的差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器（含銅電阻溫度計(jì)）的現(xiàn)場(chǎng)鑒定，規(guī)定了差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器的鑒定方法和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器工作狀態(tài)的現(xiàn)場(chǎng)鑒定具有明確的指導(dǎo)性作用。為了準(zhǔn)確理解和合理應(yīng)用本規(guī)程，對(duì)規(guī)程中的相關(guān)內(nèi)容作簡(jiǎn)要介紹和必要的說(shuō)明，供業(yè)內(nèi)同行討論和借鑒。

1　鑒定工作準(zhǔn)備

根據(jù)建筑物的特點(diǎn)以及監(jiān)測(cè)儀器自身的工作特性，對(duì)已埋差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器鑒定工作主要包括歷年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析評(píng)價(jià)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試評(píng)價(jià)和綜合評(píng)價(jià)。因此，在監(jiān)測(cè)儀器鑒定工作開(kāi)始前，應(yīng)收集需鑒定監(jiān)測(cè)儀器的基本信息、歷年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)所處建筑物的相關(guān)運(yùn)行資料等，同時(shí)準(zhǔn)備用于差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器測(cè)量?jī)x表及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試所需的相關(guān)記錄表格。

2　測(cè)量?jī)x表的檢驗(yàn)

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的測(cè)量?jī)x表（水工比例電橋或數(shù)字電橋，統(tǒng)稱電橋）必須為經(jīng)檢定合格且在有效期內(nèi)使用的產(chǎn)品。測(cè)讀時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照說(shuō)明書的要求進(jìn)行操作。

目前，工程中應(yīng)用的電橋，由于生產(chǎn)廠家不同，其內(nèi)部接線方式也不同，對(duì)儀器電阻值的讀取有所不同，故應(yīng)注意區(qū)別。如：有的電橋是直接測(cè)量?jī)x器的溫度電阻值Rt=R1+R2+r黑-r白（當(dāng)電纜芯線電阻差很小，r黑r白，即Rt=R1+R2）；而有的電橋是測(cè)量?jī)x器的總電阻值Rs=R1+R2+r黑+r白和芯線電阻2r（即r黑+r白），經(jīng)計(jì)算后才能得到溫度電阻值Rt=Rs-2r；有些電橋也可直接測(cè)量溫度電阻值Rt=Rs-2r。

在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試之前，還需要采用標(biāo)準(zhǔn)試件（電橋率定器）對(duì)電橋的準(zhǔn)確性進(jìn)行校驗(yàn)。其基本操作步驟如下：先用專用連結(jié)片將電橋和率定器相應(yīng)的接線柱正確連接；再將電橋率定器的電阻比分別調(diào)節(jié)至9 500×10-4、10 000×10-4、10 500×10-4等檔位，同時(shí)用電橋測(cè)得對(duì)應(yīng)各檔的電阻比，每檔連續(xù)讀取5個(gè)測(cè)值；然后將電橋率定器的電阻分別調(diào)節(jié)至10 Ω檔、50 Ω檔、100 Ω檔，用電橋分別讀取對(duì)應(yīng)各檔的電阻值，每檔連續(xù)讀取5個(gè)測(cè)值。以電橋每檔的各次電阻比測(cè)值與相應(yīng)檔位的標(biāo)準(zhǔn)值之差均不大于1×10-4（即1個(gè)電阻比），且每檔的各次電阻測(cè)值與相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值之均差不大于0.02 Ω為控制標(biāo)準(zhǔn)，滿足要求的電橋則可以認(rèn)為合格，能夠用于現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。

3　歷年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析評(píng)價(jià)

分析評(píng)價(jià)歷年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)是鑒定監(jiān)測(cè)儀器工作狀態(tài)的重要依據(jù)之一，評(píng)價(jià)時(shí)主要采用測(cè)值過(guò)程線圖分析法，以便發(fā)現(xiàn)一些現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試鑒定時(shí)難以出現(xiàn)的問(wèn)題和現(xiàn)象。

為使現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試有針對(duì)性，在測(cè)試前應(yīng)先根據(jù)被鑒定監(jiān)測(cè)儀器的歷年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)（即電阻比和電阻值）和相應(yīng)的環(huán)境量（如庫(kù)水位、氣溫）等資料，繪制測(cè)值過(guò)程線。分析評(píng)價(jià)時(shí)，應(yīng)結(jié)合建筑物實(shí)際運(yùn)行情況，可同時(shí)與被鑒定監(jiān)測(cè)儀器埋設(shè)位置相近的同類其他儀器測(cè)值進(jìn)行比對(duì)，檢查測(cè)值變化規(guī)律的一致性或相關(guān)性，以做出準(zhǔn)確合理的分析和判斷。由于對(duì)測(cè)值過(guò)程線分析評(píng)價(jià)還難以提出定量的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，目前主要以定性評(píng)價(jià)為主，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)一般按以下三個(gè)等級(jí)進(jìn)行分類：

可靠：變化合理，測(cè)值過(guò)程線規(guī)律明顯，無(wú)系統(tǒng)誤差；或雖存在系統(tǒng)誤差，但能夠排除儀器自身的問(wèn)題。

基本可靠：測(cè)值過(guò)程線能呈現(xiàn)較明顯的規(guī)律，即使存在不能排除儀器原因的系統(tǒng)誤差，也可經(jīng)過(guò)處理修正。

不可靠：測(cè)值變化紊亂無(wú)規(guī)律；或誤差頻現(xiàn)難以處理修正，測(cè)值無(wú)法分析和引用。

4　現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試及成果評(píng)價(jià)

4.1現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

在實(shí)際工程中，差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器可能由人工直接測(cè)量或接入集線箱后再進(jìn)行人工測(cè)量，也可能采用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化讀取。對(duì)于采用人工測(cè)量的儀器，可將儀器電纜與讀數(shù)儀連接后直接測(cè)試；對(duì)于已接入數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)的儀器，可將其從數(shù)據(jù)采集模塊上拆下后再進(jìn)行測(cè)試，或中斷自動(dòng)采集系統(tǒng)工作后采用人工比測(cè)接口進(jìn)行測(cè)試。

據(jù)調(diào)查，在早期建設(shè)的工程中使用的應(yīng)力應(yīng)變計(jì)、測(cè)縫計(jì)、鋼筋計(jì)、滲壓計(jì)等監(jiān)測(cè)儀器均采用四芯電纜連接，而近20年內(nèi)建設(shè)的工程中使用的這些監(jiān)測(cè)儀器主要采用五芯電纜接長(zhǎng)，因此，差動(dòng)電阻式儀器的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試分為四芯連接、五芯連接兩類，銅電阻溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)可單列為一類。

4.1.1測(cè)量間隔要求

按照電橋的功能測(cè)讀儀器的電阻比和電阻值，對(duì)監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行穩(wěn)定性測(cè)試時(shí)，需連續(xù)測(cè)量3次測(cè)值并記錄，每次測(cè)量時(shí)間間隔不少于10 s。當(dāng)遇到儀器測(cè)值不穩(wěn)、集線箱旋鈕或采集模塊接口接觸不良、電纜芯線顏色與常規(guī)不一致、儀器測(cè)值異常等現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)將相關(guān)情況的文字說(shuō)明一并記錄在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表中。

4.1.2絕緣電阻測(cè)試

監(jiān)測(cè)儀器電纜芯線對(duì)地絕緣電阻采用500 V電壓等級(jí)的兆歐表測(cè)量。測(cè)試時(shí)，將兆歐表的一根導(dǎo)線夾緊所測(cè)試儀器的電纜芯線，另一根導(dǎo)線接地，在現(xiàn)場(chǎng)可夾在測(cè)站旁的鋼筋或電纜保護(hù)箱的固定螺栓上。

4.1.3四芯連接監(jiān)測(cè)儀器測(cè)試

四芯電纜連接的監(jiān)測(cè)儀器，其電纜四根芯線的顏色分別為白、綠、紅、黑，測(cè)量時(shí)分別連接至電橋的相應(yīng)線色接線柱，接線電路簡(jiǎn)圖如圖1所示。

圖1　四芯電纜連接儀器接線電路簡(jiǎn)圖Fig.1　The circuit diagram of the quadded cable

對(duì)四芯電纜連接的監(jiān)測(cè)儀器，除按四芯接線方式，采用電橋測(cè)量電阻比和電阻值外，還應(yīng)將接入電橋的監(jiān)測(cè)儀器黑白芯線對(duì)調(diào)后再進(jìn)行測(cè)量，測(cè)得反測(cè)電阻比Z′。

4.1.4五芯電纜連接監(jiān)測(cè)儀器測(cè)試

五芯電纜連接的監(jiān)測(cè)儀器五根芯線的顏色分別為白、綠、紅、黑、藍(lán)，測(cè)量時(shí)分別連接至電橋的相應(yīng)線色接線柱，接線電路簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2　五芯電纜連接儀器接線電路簡(jiǎn)圖Fig.2　The circuit diagram of the 5-core cable

4.1.5銅電阻溫度計(jì)測(cè)試

早期的銅電阻溫度計(jì)接線電纜沒(méi)有綠線，測(cè)試時(shí)將紅色線連接至電橋的綠色接線柱，其余按線色分別連接至電橋的相應(yīng)線色接線柱，接線電路簡(jiǎn)圖如圖3所示。

五芯電纜測(cè)量技術(shù)應(yīng)用以來(lái)，銅電阻溫度計(jì)接線電纜沒(méi)有紅線，按線色分別連接至電橋的相應(yīng)線色接線柱，接線電路簡(jiǎn)圖如圖4所示。

圖3　銅電阻溫度計(jì)接線電路簡(jiǎn)圖一Fig.3　The circuit diagram of copper resistance thermometer

圖4　銅電阻溫度計(jì)接線電路簡(jiǎn)圖二Fig.4　The circuit diagram of copper resistance thermometer

根據(jù)銅電阻溫度計(jì)接線方式，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)按三芯連接或四芯連接溫度計(jì)與電橋?qū)?yīng)連接，測(cè)量溫度計(jì)的電阻值。

4.2測(cè)試成果評(píng)價(jià)

4.2.1影響評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)確定的因素

在確定差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，需考慮以下幾方面的因素。

第一，在儀器出廠檢驗(yàn)或埋設(shè)前現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上，適當(dāng)放寬儀器的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。在不影響對(duì)建筑物運(yùn)行性態(tài)作出合理判斷的前提下，對(duì)已埋監(jiān)測(cè)儀器，應(yīng)遵循能利用則盡量繼續(xù)利用的原則。

第二，電橋的基本誤差：電阻比為±0.01%，電阻值為±0.02Ω（參比工作條件為：溫度20℃±2℃，相對(duì)濕度＜80%）。

第三，集線箱允許誤差：各接點(diǎn)內(nèi)阻不大于0.03Ω（包括內(nèi)部導(dǎo)線電阻、開(kāi)關(guān)電阻、接觸電阻）。

第四，監(jiān)測(cè)儀器本身的結(jié)構(gòu)和輸出，其總電阻比輸出一般在300×10-4以上（低靈敏度的滲壓計(jì)除外），以總電阻比輸出的1%作為電阻比測(cè)值穩(wěn)定性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)之一，即3×10-4。

第五，儀器絕緣電阻對(duì)測(cè)值的影響，以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)儀器絕緣度的要求。

4

.2.2評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

經(jīng)綜合考慮上述各項(xiàng)影響因素后，可確定差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)一般為：

（1）四芯電纜連接的監(jiān)測(cè)儀器：

電阻比測(cè)值極差≤3×10-4為合格；電阻比測(cè)值極差＞3×10-4為不合格。

電阻值測(cè)值極差≤0.05 Ω為合格；電阻值測(cè)值極差＞0.05 Ω為不合格。

記正測(cè)電阻比Z與反測(cè)電阻比Z′之和為Zt，則：||Zt-N≤5為合格；||Zt-N＞5為不合格，其中：N=20 000+M2，M=（10 000-Z）/100。

絕緣電阻≥0.1MΩ為合格；絕緣電阻＜0.1MΩ為不合格。

（2）五芯電纜連接監(jiān)測(cè)儀器：

電阻比測(cè)值極差≤3×10-4為合格；電阻比測(cè)值極差＞3×10-4為不合格。

電阻值測(cè)值極差≤0.05 Ω為合格；電阻值測(cè)值極差＞0.05Ω為不合格。

絕緣電阻≥0.1MΩ為合格；絕緣電阻＜0.1MΩ為不合格。

（3）銅電阻溫度計(jì)：

電阻值測(cè)值極差≤0.05 Ω為合格；電阻值測(cè)值極差＞0.05 Ω為不合格。

絕緣電阻值≥0.1 MΩ為合格；絕緣電阻＜0.1 MΩ為不合格。

4.2.3四芯電纜連接監(jiān)測(cè)儀器的芯線電阻變差

對(duì)四芯電纜連接監(jiān)測(cè)儀器測(cè)量時(shí)，可測(cè)得：

電阻比：

電阻值：

R=R1+R2+r黑-r白

實(shí)際測(cè)量工作中常以r白的結(jié)果近似代替r黑值，計(jì)算儀器的電阻比、電阻值。

如監(jiān)測(cè)儀器的接長(zhǎng)電纜芯線電阻值發(fā)生了變化，其中黑、白線的變化量分別為Δr黑、Δr白，則其測(cè)值：

電阻比：

電阻值：

上式中的（Δr黑-Δr白）即為芯線電阻變差。

根據(jù)差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器自身的制造原理，儀器的（R2+r黑）一般在25～40 Ω之間，現(xiàn)以CF-12測(cè)縫計(jì)為例：，若芯線電阻變差發(fā)生0.01 Ω的變化，其將會(huì)引起大約4×10-4電阻比誤差和0.01 Ω的電阻值誤差。由此可見(jiàn)，芯線電阻變差對(duì)電阻比測(cè)量影響較大，對(duì)電阻值測(cè)量影響相對(duì)較小。因此，測(cè)量中希望芯線電阻變差盡可能小，以減小電阻比測(cè)量誤差。但在實(shí)際測(cè)量中，四芯電纜連接的監(jiān)測(cè)儀器接線方式已決定了R2與r黑總在同一測(cè)量支路中，r黑無(wú)法獨(dú)立測(cè)量出來(lái)，相應(yīng)的芯線電阻變差也就無(wú)法通過(guò)測(cè)量取得，故在這次編制的規(guī)程中未對(duì)芯線電阻變差作明確的要求，因?yàn)椴捎梦逍倦娎|連接的監(jiān)測(cè)儀器可避免這個(gè)問(wèn)題的產(chǎn)生。

4.2.4測(cè)試成果評(píng)價(jià)

根據(jù)差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器電阻比極差、電阻值極差、絕緣電阻值的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試成果，從儀器的電阻比測(cè)值和溫度測(cè)值兩方面對(duì)儀器的工作狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)論按可靠、基本可靠、不可靠三個(gè)等級(jí)分類；銅電阻溫度計(jì)僅評(píng)價(jià)溫度測(cè)值，評(píng)價(jià)結(jié)論也分為可靠、基本可靠、不可靠三個(gè)等級(jí)。相關(guān)儀器的評(píng)價(jià)情況見(jiàn)表1～3。

5　綜合評(píng)價(jià)

在對(duì)已埋差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器歷年監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評(píng)價(jià)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，最終對(duì)儀器的工作狀態(tài)作出綜合評(píng)價(jià)，儀器的評(píng)價(jià)結(jié)論分正常、基本正常、異常三類，相關(guān)情況評(píng)價(jià)詳見(jiàn)表4和表5。

對(duì)工作狀態(tài)正常的儀器需進(jìn)行觀測(cè)；對(duì)工作狀態(tài)基本正常的儀器可繼續(xù)觀測(cè)，但在監(jiān)測(cè)資料分析時(shí)，應(yīng)分析評(píng)價(jià)其測(cè)值的可靠性；工作狀態(tài)異常的儀器作停測(cè)封存處理，但應(yīng)根據(jù)按相關(guān)程序，報(bào)有關(guān)部門審批后方可實(shí)施，同時(shí)需妥善保存擬停測(cè)封存儀器的所有歷史資料，包括圖紙、埋設(shè)基本資料、

表1　四芯電纜連接差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試成果評(píng)價(jià)表Table1　The appraisal of differential resistance monitoring instrument connected by quadded cable based on on-site tests

表2　五芯電纜連接差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試成果評(píng)價(jià)表Table2　The appraisal of differential resistance monitoring instrument connected by 5-core cable based on on-site tests

表3　銅電阻溫度計(jì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試成果評(píng)價(jià)表Table3　The appraisal of copper resistance thermometer based on on-site tests

表4　差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器綜合評(píng)價(jià)成果表Table4　The comprehensive appraisal of differential resistance monitoring instrument

表5　銅電阻溫度計(jì)綜合評(píng)價(jià)表Table5　The comprehensive appraisal of copper resistance thermometer

儀器相關(guān)參數(shù)、歷年監(jiān)測(cè)資料等。

［1］DL/T1254-2013，差動(dòng)電阻式監(jiān)測(cè)儀器鑒定技術(shù)規(guī)程［S］.北京：中國(guó)電力出版社，2014.

［2］儲(chǔ)海寧.混凝土壩內(nèi)部觀測(cè)技術(shù)［M］.北京：水利電力出版社，1989.

作者郵箱：zhao_hc@ecidi.com

Title:Appraisal on performance of embedded differential resistance instrument//by ZHAO Huacheng and WANG Wei-sheng//Large Dam Safety Supervision Center of National Energy Administration

Specification for appraisal of elastic wire resistance type sensor mainly aims at the regulation of the appraisal of working state of the embedded differential resistance sensors which is a guide for on site practice.This paper introduces the main contents as well as some key points in the specification，for reference.

differential resistance monitoring instrument；working state；assessment

TV698.1

A

1671-1092（2015）01-0077-06

2015-01-20

趙花城（1964-），男，浙江金華人，教授級(jí)高級(jí)工程師，長(zhǎng)期從事大壩安全監(jiān)測(cè)工作。