關于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條件》的探討和商榷

夏 康

(水利部水文儀器及巖土工程儀器質量監督檢驗測試中心，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條件》是我國關于振弦式傳感器技術領域出臺的首個產品國家標準，其頒布實施至今已超過六年了，客觀地講，該標準對統一行業內外各種振弦式產品專業技術的要求發揮了一定作用。但不可否認的是由于種種歷史原因，該標準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見解和體會，希望對該標準在今后的修訂中能夠得以完善。

2 主要技術缺陷

2.1 術語定義方面

該標準有關術語定義方面和現行的傳感器國標的定義不協調。GB/T 13606-2007在術語方面基本延續了GB/T 13606-1992版標準的術語及定義，由于傳感器技術及計量測試技術的發展，其術語也有了比較大的變化，但是GB/T 13606-2007版的標準卻沒有對此予以體現，這不能不說是很遺憾的事情。具體來說:體現在分辨力、不重復度、非線性度這幾個術語，和現行的傳感器標準并不一致。

(1)分辨力指的是傳感器在規定測量范圍內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，當輸入變化值未超過某一數值時，傳感器的輸出不會發生變化，即傳感器對此輸入量的變化是分辨不出來的;只有當輸入量的變化超過分辨力時，其輸出才會發生變化。通常傳感器在滿量程范圍內各點的分辨力并不相同，因此常用滿量程中能使輸出量產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。上述指標若用滿量程的百分比表示，則稱為分辨率。而在標準中，無論是該指標的定義還是計算方法都和此定義矛盾，如果按照標準中的定義的話，不應叫做分辨力，而應叫做分辨率更恰當。

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

(3)非線性度也是同樣的問題，GB/T18459-2001中沒有該術語，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，按照其在標準中的定義及計算方法來看的話，實際上也就是線性度，所以這里似乎應該和傳感器的基礎標準協調，采用線性度來表示為宜。

注:“不重復度”和“非線性度”過去在我國早期的誤差理論研究和相應標準應用領域中，曾一度用“重復性誤差”和“直線性誤差”來描述，后來因為國家關于誤差理論標準的變化和修訂，才形成了現在這種表述形式。

2.2 技術要求方面

該標準在有關主要技術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問題，具體如下。

(1)穩定性指標從0.25%FS調到0.5%FS，下降了一倍。穩定性指標是傳感器最重要的指標之一，振弦式傳感器經過數十年的發展，隨著科學技術及工藝的進步，本應跟上國內外科技進步的步伐，縮小和國外先進產品的差距，1992版的標準歷經15年后的修訂，對此指標也理應做出更嚴格的規定，但遺憾的是不但沒有提高指標，反而將此指標降低了一倍，這不能不說是一大缺憾。

(2)防水密封性指標要求明顯偏低。防水密封性是振弦式傳感器另一重要的特性指標，振弦式傳感器的工作環境一般是安裝在水工建筑物的表面，或埋設在水工建筑物的內部監測應力、應變、位移等參數，這就要求傳感器在比較惡劣的環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保持不變。這就要求傳感器內部及其聯接導線在周圍具有一定水壓的環境下不能進水，作為技術要求，防水密封性指標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

該標準的附錄A所給出的技術內容也存在不少問題，具體如下:

(1)缺校準曲線擬合示意圖。GB/T13606-1992版的國標里面在計算方法中有一張校準曲線圖，這張圖里顯示了通過最小二乘法擬合的校準曲線及各種技術指標在圖上的示意計算方法。振弦式傳感器的各項技術指標的計算方法應該說是比較復雜的，很多業內人士都理解得不盡正確，有了圖對標準的使用者來說就相對比較容易理解有關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符號的正確含義，理解發生偏差直接就會導致指標計算的錯誤。實際上，最好的方法是附上有關的具體計算示例，這樣在計算相關技術指標時就不容易產生錯誤了。但是GB/T13606-2007版的國標卻刪掉了該圖，這樣給該標準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典的工作特性方程應該是線性擬合方程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系直線。而標準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指標計算方法。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，在傳感器的設計中，設計者就已經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構自身的熱平衡外，從結構設計和裝配技術上不斷地調整零件的幾何尺寸和相對固定位置，以取得最佳的補償結果。這樣經過精心設計和嚴格的生產工藝流程生產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的。由此可見，在標準中只需提及用于校準的工作特性方程即可。

3 意見及建議

綜上所述，GB/T13606-2007的部分技術內容確實存在著一些問題，本著認真負責和科學求實的精神，筆者希望通過本文的探討，能夠引起標準相關各方的重視，并盡快將該標準納入水利部的標準制修訂計劃之中，同時，在組織對該標準的修訂中，建議能夠與時俱進，及時將近些年振弦式傳感器產品制造工藝技術應用技術和科學發展的新成果吸收進來，從而將該標準修訂得更為合理及完善。

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

［1］GB/T 18459-2001傳感器主要靜態性能指標計算方法．中國標準出版社，2007-09-01．

［2］GB/T 7665-2005傳感器通用術語．中國標準出版社，2006-02．

［3］GB/T 15406巖土工程儀器基本參數及通用技術條件．中國標準出版社，2007-09-01．

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